ダム水位制御システム
【課題】ダム制御処理設備にて実施する水位一定制御において、流入量や貯水位の急激な変化に対して水位一定を保持するようなゲート制御が実施できない場合があった。
【解決手段】ダムの貯水位データ１、ゲートの開度データ２、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部２１と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部３１と、ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部３２とを有する演算処理部３０を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにした。
【解決手段】ダムの貯水位データ１、ゲートの開度データ２、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部２１と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部３１と、ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部３２とを有する演算処理部３０を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダムや堰、貯水池など（本書においては、これらを単に「ダム」と呼称する）の貯水位を制御するダム水位制御システムに関し、特にダムの貯水位が設定された所定の貯水位を保つように放流用のゲートを制御する水位一定制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のダムの水位一定制御においては、ダムの貯水位を一定に保持するための基準水位、制御判定間隔、及び基準水位を含む形で不感帯をあらかじめ設定し、貯水位が不感帯にある場合は貯水位が基準水位にて保持されていると見なされるため、ゲートの制御は行わない。基準水位より高く、不感帯ではない貯水位帯は開制御区間、基準水位より低く、不感帯ではない貯水位帯は閉制御区間とし、貯水位が開制御区間にある場合はゲートの開制御を行い、閉制御区間にある場合はゲートの閉制御を行なう。但し、数分前の貯水位と現在貯水位を比較し、［数分前の貯水位＜現在貯水位］（現在貯水位が開制御区間にあった場合）または、［数分前の貯水位＞現在貯水位］（現在貯水位が閉制御区間にあった場合）であれば制御は行わない。また、従来の水位一定制御におけるゲート制御量（一度の制御にて動くゲート動作量）について、貯水位の変化勾配や現在貯水位と基準水位との差に応じてゲート制御量を変化させる手法が用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２２７２６号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水位一定制御では、貯水位が不感帯、開制御区間、閉制御区間の何れにあるかという条件の他に、過去から現在までの貯水位の変動を条件に加えて制御要否を決定している。この制御では、貯水位が開制御区間内にあり、かつ［数分前の貯水位＞現在貯水位］であった場合、制御を行なわないが、自然現象や流入量算出のタイミングにより、現在から数分後までに流入量が急激に上がった場合、貯水位を基準水位に近づける制御を実施することができないなどの問題点があった。また、貯水位が閉制御区間にあり、かつ［数分前の貯水位＜現在貯水位］であった場合も同様に、流入量の変動によっては貯水位を基準水位に近づける制御を実施することができないなどの問題点があった。また、従来の水位一定制御では、貯水位の変化勾配や基準水位と貯水位との差によって、ゲートの制御量を変動させているが、貯水位のみを制御量決定の判断に使用しているため、流入量の変動によって、ゲート制御量が大きすぎて貯水位が急速に基準水位に近づき、そのまま通りすぎて基準水位から離れていく場合があるなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ダムの同じ水系の上流地点水位データを制御実施要否の判断条件に加えることにより、近い将来における流入量の変動を見込んだ制御要否判定を行なうことを可能とし、貯水位を基準水位で保持することがより確実にできるようにしたダム水位制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるダム水位制御システムは、ダムの貯水位データ、ゲートの開度データ、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部と、上記ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部とを有する演算処理部を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、ダムの同じ水系の上流地点水位データによる上流地点の流量の変動傾向を制御実施要否の判断条件に加えて、近い将来における流入量の変動を見込んだ制御要否判定を行なうようにしたことにより、ダムの貯水位を基準水位により確実に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１ないし図５はこの発明の実施の形態１によるダム水位制御システムを説明するもので、図１はダム水位制御システムの要部構成を示すブロック図、図２は図１のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図、図３はダムと同一水系の上流地点で測定された上流地点流量の時間変動例を示す測定図であり、縦軸は上流地点流量、横軸は経過時間を示す。図４は比較例として従来の水位一定制御を行なった場合における制御判定とダムの貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図であり、縦軸は貯水位、横軸は経過時間を示す。図５は図２に示すフロー図によって水位一定制御を行なった場合の制御判定とダム貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図であり、縦軸は貯水位、横軸は経過時間を示す。なお、説明の重複を避けるため、以降の実施の形態を含めて各図を通じて同一符号、同一番号のＳｔｅｐは同一もしくは相当部分を示すものとする。
【０００９】
図において、ダムに設置された貯水位計からの貯水位データ１、ゲートを駆動するゲート機側に設けられた開度計からの開度データ２、ダムの同じ水系の上流に設けられた水位局からの上流地点水位データ３は、入出力処理部２０の入力処理部２１に入力される。入力処理部２１に入力されたデータは演算処理部３０に渡され、以下詳述する演算処理が行なわれた後、入出力処理部２０のゲート制御出力処理部２２に送られ、このゲート制御出力処理部２２から制御出力信号１１として上記ゲートを駆動するゲート機側に伝送され、ゲートを駆動して指定された開度に制御することによりダム水位の制御が行なわれる。
【００１０】
なお、図１の左側に縦方向に示す１点鎖線の右側は入出力処理部２０や演算処理部３０などからなる制御装置を収容し、コントロールする管理所内、左側はその外部にあることを示し、ハードウエア関係の機器、装置類については、公知の従来装置は特別な制限なくそのまま用いることができるので図示を省略している。
【００１１】
上記演算処理部３０は、上記入力処理部２１から受取った上流地点水位データ３から上流地点流量８の算出を行なう流量演算処理部３４と、入力処理部２１から受信したダムの貯水位データ１及び上流地点流量８を元にゲート制御の要否を判定する制御判定処理部３１と、ゲート制御において、ゲートの制御量を水位データ等から演算する制御量演算処理部３２と、ゲート制御出力処理部２２に対して制御指示を行なうゲート制御指示部３３などから構成されている。なお、四角で囲む演算処理部３０の枠内に示す上記３１、３２、３３、及び３４などの各部分は、制御プログラムの演算処理部分に設けられたプログラム上の部分を概念的に示すものである。
【００１２】
また、４は目標とする貯水位の基準位置を示す基準水位、５は基準水位４に対して開制御を実施する貯水位の範囲を示す開制御区間、６は基準水位４に対して閉制御を実施する範囲を示す閉制御区間、７は基準水位４に対して制御を行わない範囲を示す不感帯、９は制御判定処理部３１にて制御判定を行なう間隔を示す制御判定間隔、１０は制御判定処理部３１の制御判定時に使用する制御判定設定値（α、β）であり、これら４、５、６、７、及び９、１０は図示を省略している設定手段により所定の値に設定され、ないしはテーブルとして図示を省略している記憶手段に記憶され、上記上流地点流量８と共に、制御判定処理部３１にてデータとして使用される。
【００１３】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について、先ず図２のフロー図を参照して説明する。まず、前回の制御判定処理実施時から、あらかじめ設定された制御判定間隔９が経過しているか確認し（Ｓｔｅｐ１）、次に入力処理部２１に入力された貯水位データ１とあらかじめ設定された基準水位４、開制御区間５、閉制御区間６、不感帯７を用いて、現在の貯水位が開制御区間５、不感帯７、閉制御区間６の何れにあるかを判定する（Ｓｔｅｐ２、４）。貯水位が開制御区間５または閉制御区間６内にあれば、前回制御判定時での貯水位、及び上流地点流量と、現在の貯水位、及び上流地点流量をそれぞれ下記１）ａ〜ｃ、２）ｄ〜ｆの条件式で比較し（Ｓｔｅｐ３、５）、ａ〜ｃの何れか、またはｄ〜ｆの何れかの条件がＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ６以下のフローに従ってゲートの制御を実施する。
【００１４】
１）現在貯水位が開制御区間５にある場合（即ち、Ｓｔｅｐ２がＹｅｓのとき）、
ａ［現在貯水位＞前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量≧前回制御判定時の上流地点流量］
ｂ［現在貯水位＞前回制御判定時の貯水位］かつ
［前回制御判定時の上流地点流量−現在上流地点流量≦α１］（α１：設定値）
ｃ［前回制御判定時の貯水位−現在貯水位＜α２］（α２：設定値）かつ、
［現在上流地点流量−前回制御判定時の上流地点流量≧α３］（α３：設定値）
２）現在貯水位が閉制御区間６にある場合（即ち、Ｓｔｅｐ４がＹｅｓのとき）、
ｄ［現在貯水位＜前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量≦前回制御判定時の上流地点流量］
ｅ［現在貯水位＜前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量−前回制御判定時の上流地点流量≦β１］（β１：設定値）
ｆ［現在貯水位−前回制御判定時の貯水位＜β２］（β２：設定値）かつ、
［前回制御判定時の上流地点流量−現在上流地点流量≧β３］（β３：設定値）
【００１５】
上記条件ｂに関連して、貯水位の変動傾向が増加方向であった場合において、上流地点流量８が設定値α１より大きく減少した場合は、近い将来に流入量が減少することが予想されるため、開制御を実施しない。
上記条件ｃでは、貯水位の変動傾向が設定値α２より小さな下降であった場合において、設定値α３以上の上流地点流量の増加があった場合は、近い将来に流入量が増加することが予想されるため、開制御を実施する。
上記条件ｅに関連して、貯水位の変動傾向が減少方向であった場合において、上流地点流量が設定値β１より大きく増加した場合は、近い将来に流入量が増加することが予想されるため、閉制御は実施しない。
上記条件ｆでは、貯水位の変動傾向が設定値β２より小さな上昇であった場合において、設定値β３以上の上流地点流量の減少があった場合は、近い将来に流入量が減少することが予想されるため、閉制御を実施する。
【００１６】
ダムのゲートの開制御または閉制御は、上記Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５の判定結果がＹｅｓの場合に、制御量演算処理部３２は、制御判定処理部３１からの開制御か閉制御かを含む情報に基づいてゲート制御量、即ち目標開度を算出、設定して、その結果をゲート制御指示部３３に渡し（Ｓｔｅｐ６）、ゲート制御指示部３３は、入出力処理部２０のゲート制御出力処理部２２にゲート指令出力として送信し（Ｓｔｅｐ７）、ゲート制御出力処理部２２は図示省略しているゲートを駆動するゲート機に制御信号出力１１を送出し（Ｓｔｅｐ８）、現在ゲート開度、即ちフィードバックされる開度データ２が目標開度に等しくなったかを判定し（Ｓｔｅｐ９）、現在ゲート開度が目標開度に等しくなったとき、即ちＳｔｅｐ９の判定がＹｅｓのときにゲート停止を行なう（Ｓｔｅｐ１０）ことによって制御される。
【００１７】
次に、上流地点の流量の変動と、ダムの貯水位の変動について図３、図４、図５を参照して説明する。図３は上流地点流量の時間変動例を示しており、Δｔは図１の制御判定間隔９で設定された制御判定間隔を示し、（１）〜（４）は各制御判定時点及び該制御判定時点における流量の変動傾向（増加または減少）を示す。図４は上流地点流量の変動を加味せずにダムの貯水位が開制御区間、不感帯、閉制御区間の何れにあるかによって単純にゲートを制御した場合を比較例として示す貯水位の時間変動例、図５は実施の形態１による水位制御システムで上流地点流量の変動傾向を加味して制御した場合の貯水位の時間変動例を示し、Δｔは同様に制御判定間隔を示し、（１）〜（４）は各制御判定時点と、そのときにおける判定結果を示している。
【００１８】
図４において、（１）では貯水位が開制御区間かつ前回制御判定時から上昇方向に変化しているため、制御を実施する。しかし、図３において、同時刻（１）の上流地点流量の変化方向では大きく減少しており、図４の（１）から（２）の間では、上流地点流量の影響により流入量が減少し、かつゲートの開制御が実施されたため、貯水位が大幅に変化し、閉制御区間まで下降している。
【００１９】
これに対して、図５に示す実施の形態１における水位一定制御の場合、制御判定時点（１）では貯水位が開制御区間５（Ｓｔｅｐ２の判定が「Ｙｅｓ」）、かつ前回制御判定時から上昇方向に変化しているが、図３の同時刻（１）において、上流地点流量が大きく減少しているため、Ｓｔｅｐ３における判定条件ａまたはｂまたはｃの何れにも当てはまらず、判定結果が「Ｎｏ」となるのでゲートの制御を実施しない。ゲートは前回制御実施時の状態、例えば少量開放した状態が維持される。
【００２０】
これにより、図５の制御判定時点（１）から（２）の間では、ゲート制御を実施していないため、貯水位が大幅に下降することを防いでいる。以降、制御判定間隔Δｔ経過時点の（２）、（３）、（４）では、図４の比較例では（２）と（３）でそれぞれ制御を実施することになったのに対し、この実施の形態１では（１）で制御を実施しなかったことが反映されて、何れもダムの貯水位が不感帯７にあるためゲートの制御を実施しないが、基準水位４は維持されている。そして、ダムの貯水位の変動は上流地点流量の変動が所定の時間差で影響している程度になっている。
【００２１】
上記説明したように、この実施の形態１では、開制御区間５、閉制御区間６、不感帯７を設けてダムの貯水位を一定に制御する場合におけるゲートの制御要否の判定に、現在貯水位及び前回制御判定時の貯水位の比較、並びに現在上流地点流量及び前回制御判定時の上流地点流量の比較を組み合わせたものを使用する。上流地点流量は近い将来の流入量の増減と同様の変化をするため、近い将来の流入量の変化を見込んだ制御要否判定が実施できるようになり、ダムの貯水位を目標とする基準水位により正確に制御できる。
【００２２】
実施の形態２．
図６及び図７はこの発明の実施の形態２によるダム水位制御システムを説明するものであり、図６は要部を示す構成図、図７は図６のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図である。この実施の形態２によるダム水位制御システムの構成は、上記図１に示す実施の形態１の制御量演算処理部３２に対する演算要素として、近い将来の流入量の変動を見込んだゲート制御量を算出するために所定の掛け率γ（１２）を加えるようにしたもので、その他の構成は図１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
次に図７のフロー図を参照して実施の形態２の動作について説明する。図７において、Ｓｔｅｐ１〜５は上記実施の形態１と同様である。Ｓｔｅｐ３、またはＳｔｅｐ５の判定結果が「Ｙｅｓ」となり、ゲート制御実施の判断がされた場合、目標放流量、現在流入量、制御判定間隔、現在貯水量、及び目標貯水量の間には、
（目標放流量−現在流入量）×制御判定間隔＝現在貯水量−目標貯水量
の関係式が成立することから、制御量演算処理部３２は下記式１にて求められる目標放流量からゲート制御量Ａを算出する（Ｓｔｅｐ１１Ａ、Ｓｔｅｐ１１Ｂ）。
なお、上記［（目標放流量−現在流入量）×制御判定間隔］は制御判定間隔９の間でのダムの貯水変化量であり、［現在貯水量−目標貯水量］は基準水位４に到達するために必要な放流量を示す。また、現在流入量及び現在貯水量の算出は、通常のダム制御装置に具備されている機能をそのまま用いることができるものであるので、図６において図示を省略している。
【００２４】
目標放流量＝（現在流入量×制御判定間隔＋現在貯水量−目標貯水量）／制御判定間隔 ・・・・・（式１）
但し、
目標放流量：基準水位４到達に必要な放流量
現在流入量：ダムへの現在の流入量算出値
制御判定間隔：制御判定を実施してから次の制御判定を実施するまでの時間（秒）
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【００２５】
上記式１により基準水位に到達させるために必要な目標放流量を算出し、算出された目標放流量からゲート制御量Ａを算出する。なお、目標放流量とゲート制御量Ａとの関係は、対象とするダムや設備されたゲートの諸元から別途計算及び試験等により求められた関係式により一義的に算出されるものであるので詳細説明は省略する。求められたゲート制御量Ａに対し、前回制御判定時と現在の上流地点流量の変動傾向を、下記ｇ、ｈ、ｉ、またはｊに分け、それぞれ予め設定された異なる掛け率γ（γ１〜γ４）を乗じてゲート制御量を増減させる（Ｓｔｅｐ３Ａ、５Ａ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ）。
【００２６】
ｇ 開制御時かつ［現在上流地点流量≧前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ１（但し、γ１＞１）
ｈ 開制御時かつ［現在上流地点流量＜前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ２（但し、０＜γ２＜１）
ｉ 閉制御時かつ［現在上流地点流量≦前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ３（但し、γ３＞１）
ｊ 閉制御時かつ［現在上流地点流量＞前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ４（但し、０＜γ４＜１）
【００２７】
上記ｇでは、開制御時にて上流地点流量が増加方向のため、近い将来では流入量が増加すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも大きくする。
上記ｈでは、開制御時にて上流地点流量が減少傾向のため、近い将来では流入量が減少すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも小さくする。
上記ｉでは、閉制御時にて上流地点流量が減少傾向のため、近い将来では流入量が減少すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも大きくする。
上記ｊでは、閉制御時にて上流地点流量が増加方向のため、近い将来では流入量が増加すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも小さくする。
【００２８】
次に、上記のようにしてＳｔｅｐ１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、または１１Ｆで、ゲート制御量Ａに所定の掛け率γを乗じて算出されたゲート制御量に対応してＳｔｅｐ６Ａでゲートの目標開度を設定し、以下実施の形態１と同様にしてＳｔｅｐ７〜Ｓｔｅｐ１０で、設定に従ってゲートの制御が実施される。
【００２９】
上記のように実施の形態２によれば、前回制御判定時と現在の上流地点流量を比較し、上流地点流量の変動傾向によって、近い将来での流入量の変化を予測し、ゲート制御量を所定の掛け率γを乗じて変化させることにより、現在貯水位から基準水位に到達するために必要な放流量よりも過放流、もしくは過少放流となってしまうことを防ぎ、ダムの貯水位を目標とする基準水位により正確に保持するような放流を行なうことが可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるダム水位制御システムの要部を示す構成図である。この実施の形態３は、上記図１に示す実施の形態１のダム水位制御システムに、流入量予測処理部４０を追加し、その流入量予測処理部４０の有する流入量予測機能４１から提供される予測流入量１３のデータを制御判定処理部３１に加えるようにしたものである。なお、動作フローは図２と同様であるので、以下、図８、及び図２を参照して実施の形態３の動作を具体的に説明する。
【００３１】
この実施の形態３のダム水位制御システムでは、演算処理部３０の制御量演算処理部３２によるＳｔｅｐ６（図２）のゲート制御量（目標開度）算出・設定の演算処理において、上記実施の形態１、２で用いた現在流入量に代えて、ダム水位制御システムに設けられた流入量予測機能４１から算出された予測流入量１３を用いて目標放流量を算出することによって、算出した目標放流量の誤差をより小さくするようにしたものである。なお、流入量予測機能４１からは例えば毎分にて流入量を取得するため、目標放流量を演算するための式は下記式２を用いる。
【００３２】
［Σ（目標放流量−予測流入量）＝（現在貯水量−目標貯水量）］・・・・・（式２）
但し、
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
予測流入量：流入量予測機能から得たの流入量予測値
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
なお、その他の動作については、上位実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
上記のように、この実施の形態３によれば、制御量演算処理部３２による目標放流量の算出式に流入量予測機能４１から得た毎分の予測流入量１３を用いるようにしたことにより、次の制御判定までの流入量の変動を見込んだ目標放流量の演算ができるため、より精度の高い目標放流量が算出できので、過放流もしくは過少放流となって、貯水位を基準水位に維持できなくなる事態を回避できる。
【００３４】
実施の形態４．
図９ないし図１１はこの発明の実施の形態４によるダム水位制御システムを説明するもので、図９はその要部を示す構成図、図１０は図９のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図、図１１は上流地点流量の変動幅に応じて制御判定間隔を変更した例を示す説明図である。この実施の形態４は、図１に示す実施の形態１では、制御判定間隔がΔｔで一定としたのに対し、上流地点の流量の変動幅に応じて制御判定間隔を自動的に切り替えて制御をきめ細かく行なえるようにしたもので、制御間隔を切り替えるかの判定値φ（９Ｂ）と、予め設定された制御判定間隔Ｔ１、Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２）（９Ａ）を追加したものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
次に図１０のフロー図を参照して実施の形態４の動作について説明する。Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ６のゲート制御量（目標開度）の算出、設定までは実施の形態１と同様である。Ｓｔｅｐ６に次ぐＳｔｅｐ１１Ａでは、下記条件式ｌ（ｌはローマ字、「エル」）による上流地点流量の変化量の判定、即ち、現在上流地点流量と前回制御判定時における上流地点流量との差の絶対値が予め設定されたしきい値である判定値φ未満であるかの判定が行なわれ、判定結果がＮｏの場合、即ち判定値φよりも大きい場合（この場合は下記の条件式ｋを満たしている）、Ｓｔｅｐ１１Ｄにより、次回の制御判定間隔を通常のＴ１からＴ２に変更する。（但し、Ｔ１＞Ｔ２。Ｔ１、及びＴ２は設定値）
【００３６】
上記制御判定間隔の切り替えは例えば下記選択式の任意の一方にて行なう。
ｋ［｜現在上流地点水位−前回制御判定時の上流地点流量｜≧φ］であればＴ２を選択。
ｌ［｜現在上流地点水位−前回制御判定時の上流地点流量｜＜φ］であればＴ１を選択。
なお、Ｓｔｅｐ１１Ａでは、ｌを満たすか否かの判定結果で切り替えている。
【００３７】
また、Ｔ２からＴ１へ戻す場合、ｋを満たした後、即ち、図１０のフロー図ではＳｔｅｐ１１Ａの「ｌを満たす」か否かの判定結果が「Ｎｏ」となった後、上流地点流量が小さくなり、その後連続Ｎ回（Ｎは設定値）の制御判定時にてｌを満たした場合（Ｓｔｅｐ１１Ｂ）、制御判定間隔をＴ２からＴ１に戻す（Ｓｔｅｐ１１Ｃ）。以降、Ｓｔｅｐ７〜Ｓｔｅｐ１０により、実施の形態１と同様にしてゲートの制御が行なわれる。
【００３８】
図１１は設定された判定値φと、上流地点流量の変動に伴って制御判定間隔が変更された例を示しており、経過時点（１）で上記式ｋを満たしたため、即ち、図１０のフロー図ではＳｔｅｐ１１Ａの「ｌを満たす」か否かの判定結果が「Ｎｏ」であるため、Ｓｔｅｐ１１Ｄにて次回制御判定間隔にＴ２が設定される。（２）、（３）にてＮ回（この例ではＮ＝２）連続してｌを満たしたため、その次の経過時点（４）では制御判定間隔がＴ１に戻されたことを示している。
【００３９】
上記のように、この実施の形態４によれば、所定の制御判定間隔における上流地点流量の変化量（変動幅）に対してしきい値φを判定値として設定し、変動幅がφを超える非常に大きな場合において、制御判定間隔を切り替え、貯水位ならびに上流地点流量の変動傾向を短い間隔で監視するようにしたことにより、急激な流入量変化に伴う貯水位変化にも対応することが可能となり、貯水位を基準水位に近づけた制御を行なうことができる。
【００４０】
実施の形態５．
図１２及び図１３はこの発明の実施の形態５によるダム水位制御システムを説明する図であり、図１２は要部を示す構成図、図１３は自動選択を実施する場合の動作例を示すフロー図である。この実施の形態５は実施の形態１に係る図１の演算処理部３０において、制御判定処理部３１に制御条件判定処理部３５を加えたものである。図において、１４はしきい値ωである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省路する。この実施の形態５では、制御条件判定処理部３５において、上流地点流量の変動傾向を制御要否判定に用いるＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５の追加・削除（もしくは実施・不実施）を任意または自動にて選択できるようにしたものである。自動によるＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５の追加・削除要否の判定は、ダムに対する現在流入量と、ダムの貯水位の変動傾向に応じて行われる。
【００４１】
次に図１３のフロー図を参照して実施の形態５の動作について説明する。図１３において、Ｓｔｅｐ２またはＳｔｅｐ４で実施の形態１と同様に貯水位の判定を行なった後、この実施の形態５では、Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５による制御判定の前に、Ｓｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃで、下記選択式ｍにより現在流入量が予め設定されたしきい値ω以上であるかのチェック、判定を行なう。
選択式
ｍ［現在流入量≧ω］（但し、ωは予め設定されたしきい値）
【００４２】
上記選択式ｍを満たす場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５に進み、実施の形態１と同様に上流地点水位データを用いて制御判定を実施する。以降、実施の形態１と同様にゲート制御が行なわれる。一方、選択式ｍを満たさない場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＮｏの場合、開制御区間ではＳｔｅｐ１２Ｂで下記条件ｎを満たすか否か、閉制御区間ではＳｔｅｐ１２Ｄで下記条件ｏを満たすか否かの判定が行なわれ、満たす場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＹｅｓの場合、制御判定条件に上流地点流量の変動傾向を用いるＳｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５の判定をバイパスし、即ち削除し、Ｓｔｅｐ６でゲート制御量（目標開度）の算出、設定が行なわれる。Ｓｔｅｐ１２Ｂ、またはＳｔｅｐ１２Ｄの判定結果がＮｏの場合はゲート制御を実施せず、Ｓｔｅｐ１に戻る。つまり、下記ｎ、ｏ、で示す貯水位の位置と変動傾向（変化方向）にて制御要否を決定する。
【００４３】
開制御実施
ｎ現在貯水位が開制御区間５にある場合、かつ
［前回制御判定時の貯水位＜現在貯水位］
閉制御実施
ｏ現在貯水位が閉制御区間６にある場合、かつ
［前回制御判定時の貯水位＞現在貯水位］
なお、しきい値ωによって、上記条件によりＳｔｅｐ３、５の削除（バイパス）を決定する条件追加の選択について、任意または自動にするかは、あらかじめ設定できるものとし、任意選択を設定した場合は、自動による条件削除は行なわない。また、Ｓｔｅｐ６以降の動作は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
上記のように、この実施の形態５によれば、使用する上流地点水位局によっては、高水時は上流地点流量の変動幅が大きいが、通常時は変動幅が小さく、かつ頻繁に上昇・下降を繰り返している場合など、上流地点流量の変動傾向の判定が制御要否条件において有効ではない場合において、任意、自動により上流地点流量による判定条件の追加・削除要否を判断し、選択することにより、よりダムの状況に応じた水位一定制御が可能となる。
【００４５】
ところで、上記実施の形態の説明で示したフロー図や、判定に用いた条件式は一例を示したものに過ぎず、同様の作用効果を得るために適宜に変形や変更ができることは当然である。また、実施の形態２〜５に示す互いに異なる機能を適宜組み合わせることも差し支えなく、その場合には組み合わせによる相乗効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１によるダム水位制御システムの要部構成を示すブロック図。
【図２】図１のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図３】ダムと同一水系の上流地点流量の時間変動例を示す測定図。
【図４】比較例として従来の水位一定制御を行なった場合における制御判定とダムの貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図。
【図５】図２に示すフロー図によって水位一定制御を行なった場合の制御判定とダム貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図。
【図６】この発明の実施の形態２によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図７】図６のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図８】この発明の実施の形態３によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図９】この発明の実施の形態４によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図１０】図９のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図１１】上流地点流量の変動に応じて制御判定間隔を変更した例を示す説明図。
【図１２】この発明の実施の形態５によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図１３】図１２のダム水位制御システムにおいて、自動選択を実施する場合の動作例を示すフロー図。
【符号の説明】
【００４７】
１ 貯水位データ、 ２ 開度データ、 ３ 上流地点水位データ、 ４ 基準水位、 ５ 開制御区間、 ６ 閉制御区間、 ７ 不感帯、 ８ 上流地点流量、 ９ 制御判定間隔、 ９Ａ 制御判定間隔（Ｔ１、Ｔ２）、 ９Ｂ 制御判定間隔判定値（φ）、 １０ 制御判定設定値（α・β）、 １１ 制御信号出力、 １２ 掛け率（γ）、 １３ 予測流入量、 １４ しきい値（ω）、 ２０ 入出力処理部、 ２１ 入力処理部、 ２２ ゲート制御出力処理部、 ３０ 演算処理部、 ３１ 制御判定処理部、 ３２ 制御量演算処理部、 ３３ ゲート制御指示部、 ３４ 流量演算処理部、 ３５ 制御条件判定処理部、 ４０ 流入量予測処理部、 ４１ 流入量予測機能。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダムや堰、貯水池など（本書においては、これらを単に「ダム」と呼称する）の貯水位を制御するダム水位制御システムに関し、特にダムの貯水位が設定された所定の貯水位を保つように放流用のゲートを制御する水位一定制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のダムの水位一定制御においては、ダムの貯水位を一定に保持するための基準水位、制御判定間隔、及び基準水位を含む形で不感帯をあらかじめ設定し、貯水位が不感帯にある場合は貯水位が基準水位にて保持されていると見なされるため、ゲートの制御は行わない。基準水位より高く、不感帯ではない貯水位帯は開制御区間、基準水位より低く、不感帯ではない貯水位帯は閉制御区間とし、貯水位が開制御区間にある場合はゲートの開制御を行い、閉制御区間にある場合はゲートの閉制御を行なう。但し、数分前の貯水位と現在貯水位を比較し、［数分前の貯水位＜現在貯水位］（現在貯水位が開制御区間にあった場合）または、［数分前の貯水位＞現在貯水位］（現在貯水位が閉制御区間にあった場合）であれば制御は行わない。また、従来の水位一定制御におけるゲート制御量（一度の制御にて動くゲート動作量）について、貯水位の変化勾配や現在貯水位と基準水位との差に応じてゲート制御量を変化させる手法が用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２２７２６号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水位一定制御では、貯水位が不感帯、開制御区間、閉制御区間の何れにあるかという条件の他に、過去から現在までの貯水位の変動を条件に加えて制御要否を決定している。この制御では、貯水位が開制御区間内にあり、かつ［数分前の貯水位＞現在貯水位］であった場合、制御を行なわないが、自然現象や流入量算出のタイミングにより、現在から数分後までに流入量が急激に上がった場合、貯水位を基準水位に近づける制御を実施することができないなどの問題点があった。また、貯水位が閉制御区間にあり、かつ［数分前の貯水位＜現在貯水位］であった場合も同様に、流入量の変動によっては貯水位を基準水位に近づける制御を実施することができないなどの問題点があった。また、従来の水位一定制御では、貯水位の変化勾配や基準水位と貯水位との差によって、ゲートの制御量を変動させているが、貯水位のみを制御量決定の判断に使用しているため、流入量の変動によって、ゲート制御量が大きすぎて貯水位が急速に基準水位に近づき、そのまま通りすぎて基準水位から離れていく場合があるなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ダムの同じ水系の上流地点水位データを制御実施要否の判断条件に加えることにより、近い将来における流入量の変動を見込んだ制御要否判定を行なうことを可能とし、貯水位を基準水位で保持することがより確実にできるようにしたダム水位制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるダム水位制御システムは、ダムの貯水位データ、ゲートの開度データ、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部と、上記ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部とを有する演算処理部を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、ダムの同じ水系の上流地点水位データによる上流地点の流量の変動傾向を制御実施要否の判断条件に加えて、近い将来における流入量の変動を見込んだ制御要否判定を行なうようにしたことにより、ダムの貯水位を基準水位により確実に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１ないし図５はこの発明の実施の形態１によるダム水位制御システムを説明するもので、図１はダム水位制御システムの要部構成を示すブロック図、図２は図１のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図、図３はダムと同一水系の上流地点で測定された上流地点流量の時間変動例を示す測定図であり、縦軸は上流地点流量、横軸は経過時間を示す。図４は比較例として従来の水位一定制御を行なった場合における制御判定とダムの貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図であり、縦軸は貯水位、横軸は経過時間を示す。図５は図２に示すフロー図によって水位一定制御を行なった場合の制御判定とダム貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図であり、縦軸は貯水位、横軸は経過時間を示す。なお、説明の重複を避けるため、以降の実施の形態を含めて各図を通じて同一符号、同一番号のＳｔｅｐは同一もしくは相当部分を示すものとする。
【０００９】
図において、ダムに設置された貯水位計からの貯水位データ１、ゲートを駆動するゲート機側に設けられた開度計からの開度データ２、ダムの同じ水系の上流に設けられた水位局からの上流地点水位データ３は、入出力処理部２０の入力処理部２１に入力される。入力処理部２１に入力されたデータは演算処理部３０に渡され、以下詳述する演算処理が行なわれた後、入出力処理部２０のゲート制御出力処理部２２に送られ、このゲート制御出力処理部２２から制御出力信号１１として上記ゲートを駆動するゲート機側に伝送され、ゲートを駆動して指定された開度に制御することによりダム水位の制御が行なわれる。
【００１０】
なお、図１の左側に縦方向に示す１点鎖線の右側は入出力処理部２０や演算処理部３０などからなる制御装置を収容し、コントロールする管理所内、左側はその外部にあることを示し、ハードウエア関係の機器、装置類については、公知の従来装置は特別な制限なくそのまま用いることができるので図示を省略している。
【００１１】
上記演算処理部３０は、上記入力処理部２１から受取った上流地点水位データ３から上流地点流量８の算出を行なう流量演算処理部３４と、入力処理部２１から受信したダムの貯水位データ１及び上流地点流量８を元にゲート制御の要否を判定する制御判定処理部３１と、ゲート制御において、ゲートの制御量を水位データ等から演算する制御量演算処理部３２と、ゲート制御出力処理部２２に対して制御指示を行なうゲート制御指示部３３などから構成されている。なお、四角で囲む演算処理部３０の枠内に示す上記３１、３２、３３、及び３４などの各部分は、制御プログラムの演算処理部分に設けられたプログラム上の部分を概念的に示すものである。
【００１２】
また、４は目標とする貯水位の基準位置を示す基準水位、５は基準水位４に対して開制御を実施する貯水位の範囲を示す開制御区間、６は基準水位４に対して閉制御を実施する範囲を示す閉制御区間、７は基準水位４に対して制御を行わない範囲を示す不感帯、９は制御判定処理部３１にて制御判定を行なう間隔を示す制御判定間隔、１０は制御判定処理部３１の制御判定時に使用する制御判定設定値（α、β）であり、これら４、５、６、７、及び９、１０は図示を省略している設定手段により所定の値に設定され、ないしはテーブルとして図示を省略している記憶手段に記憶され、上記上流地点流量８と共に、制御判定処理部３１にてデータとして使用される。
【００１３】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について、先ず図２のフロー図を参照して説明する。まず、前回の制御判定処理実施時から、あらかじめ設定された制御判定間隔９が経過しているか確認し（Ｓｔｅｐ１）、次に入力処理部２１に入力された貯水位データ１とあらかじめ設定された基準水位４、開制御区間５、閉制御区間６、不感帯７を用いて、現在の貯水位が開制御区間５、不感帯７、閉制御区間６の何れにあるかを判定する（Ｓｔｅｐ２、４）。貯水位が開制御区間５または閉制御区間６内にあれば、前回制御判定時での貯水位、及び上流地点流量と、現在の貯水位、及び上流地点流量をそれぞれ下記１）ａ〜ｃ、２）ｄ〜ｆの条件式で比較し（Ｓｔｅｐ３、５）、ａ〜ｃの何れか、またはｄ〜ｆの何れかの条件がＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ６以下のフローに従ってゲートの制御を実施する。
【００１４】
１）現在貯水位が開制御区間５にある場合（即ち、Ｓｔｅｐ２がＹｅｓのとき）、
ａ［現在貯水位＞前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量≧前回制御判定時の上流地点流量］
ｂ［現在貯水位＞前回制御判定時の貯水位］かつ
［前回制御判定時の上流地点流量−現在上流地点流量≦α１］（α１：設定値）
ｃ［前回制御判定時の貯水位−現在貯水位＜α２］（α２：設定値）かつ、
［現在上流地点流量−前回制御判定時の上流地点流量≧α３］（α３：設定値）
２）現在貯水位が閉制御区間６にある場合（即ち、Ｓｔｅｐ４がＹｅｓのとき）、
ｄ［現在貯水位＜前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量≦前回制御判定時の上流地点流量］
ｅ［現在貯水位＜前回制御判定時の貯水位］かつ、
［現在上流地点流量−前回制御判定時の上流地点流量≦β１］（β１：設定値）
ｆ［現在貯水位−前回制御判定時の貯水位＜β２］（β２：設定値）かつ、
［前回制御判定時の上流地点流量−現在上流地点流量≧β３］（β３：設定値）
【００１５】
上記条件ｂに関連して、貯水位の変動傾向が増加方向であった場合において、上流地点流量８が設定値α１より大きく減少した場合は、近い将来に流入量が減少することが予想されるため、開制御を実施しない。
上記条件ｃでは、貯水位の変動傾向が設定値α２より小さな下降であった場合において、設定値α３以上の上流地点流量の増加があった場合は、近い将来に流入量が増加することが予想されるため、開制御を実施する。
上記条件ｅに関連して、貯水位の変動傾向が減少方向であった場合において、上流地点流量が設定値β１より大きく増加した場合は、近い将来に流入量が増加することが予想されるため、閉制御は実施しない。
上記条件ｆでは、貯水位の変動傾向が設定値β２より小さな上昇であった場合において、設定値β３以上の上流地点流量の減少があった場合は、近い将来に流入量が減少することが予想されるため、閉制御を実施する。
【００１６】
ダムのゲートの開制御または閉制御は、上記Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５の判定結果がＹｅｓの場合に、制御量演算処理部３２は、制御判定処理部３１からの開制御か閉制御かを含む情報に基づいてゲート制御量、即ち目標開度を算出、設定して、その結果をゲート制御指示部３３に渡し（Ｓｔｅｐ６）、ゲート制御指示部３３は、入出力処理部２０のゲート制御出力処理部２２にゲート指令出力として送信し（Ｓｔｅｐ７）、ゲート制御出力処理部２２は図示省略しているゲートを駆動するゲート機に制御信号出力１１を送出し（Ｓｔｅｐ８）、現在ゲート開度、即ちフィードバックされる開度データ２が目標開度に等しくなったかを判定し（Ｓｔｅｐ９）、現在ゲート開度が目標開度に等しくなったとき、即ちＳｔｅｐ９の判定がＹｅｓのときにゲート停止を行なう（Ｓｔｅｐ１０）ことによって制御される。
【００１７】
次に、上流地点の流量の変動と、ダムの貯水位の変動について図３、図４、図５を参照して説明する。図３は上流地点流量の時間変動例を示しており、Δｔは図１の制御判定間隔９で設定された制御判定間隔を示し、（１）〜（４）は各制御判定時点及び該制御判定時点における流量の変動傾向（増加または減少）を示す。図４は上流地点流量の変動を加味せずにダムの貯水位が開制御区間、不感帯、閉制御区間の何れにあるかによって単純にゲートを制御した場合を比較例として示す貯水位の時間変動例、図５は実施の形態１による水位制御システムで上流地点流量の変動傾向を加味して制御した場合の貯水位の時間変動例を示し、Δｔは同様に制御判定間隔を示し、（１）〜（４）は各制御判定時点と、そのときにおける判定結果を示している。
【００１８】
図４において、（１）では貯水位が開制御区間かつ前回制御判定時から上昇方向に変化しているため、制御を実施する。しかし、図３において、同時刻（１）の上流地点流量の変化方向では大きく減少しており、図４の（１）から（２）の間では、上流地点流量の影響により流入量が減少し、かつゲートの開制御が実施されたため、貯水位が大幅に変化し、閉制御区間まで下降している。
【００１９】
これに対して、図５に示す実施の形態１における水位一定制御の場合、制御判定時点（１）では貯水位が開制御区間５（Ｓｔｅｐ２の判定が「Ｙｅｓ」）、かつ前回制御判定時から上昇方向に変化しているが、図３の同時刻（１）において、上流地点流量が大きく減少しているため、Ｓｔｅｐ３における判定条件ａまたはｂまたはｃの何れにも当てはまらず、判定結果が「Ｎｏ」となるのでゲートの制御を実施しない。ゲートは前回制御実施時の状態、例えば少量開放した状態が維持される。
【００２０】
これにより、図５の制御判定時点（１）から（２）の間では、ゲート制御を実施していないため、貯水位が大幅に下降することを防いでいる。以降、制御判定間隔Δｔ経過時点の（２）、（３）、（４）では、図４の比較例では（２）と（３）でそれぞれ制御を実施することになったのに対し、この実施の形態１では（１）で制御を実施しなかったことが反映されて、何れもダムの貯水位が不感帯７にあるためゲートの制御を実施しないが、基準水位４は維持されている。そして、ダムの貯水位の変動は上流地点流量の変動が所定の時間差で影響している程度になっている。
【００２１】
上記説明したように、この実施の形態１では、開制御区間５、閉制御区間６、不感帯７を設けてダムの貯水位を一定に制御する場合におけるゲートの制御要否の判定に、現在貯水位及び前回制御判定時の貯水位の比較、並びに現在上流地点流量及び前回制御判定時の上流地点流量の比較を組み合わせたものを使用する。上流地点流量は近い将来の流入量の増減と同様の変化をするため、近い将来の流入量の変化を見込んだ制御要否判定が実施できるようになり、ダムの貯水位を目標とする基準水位により正確に制御できる。
【００２２】
実施の形態２．
図６及び図７はこの発明の実施の形態２によるダム水位制御システムを説明するものであり、図６は要部を示す構成図、図７は図６のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図である。この実施の形態２によるダム水位制御システムの構成は、上記図１に示す実施の形態１の制御量演算処理部３２に対する演算要素として、近い将来の流入量の変動を見込んだゲート制御量を算出するために所定の掛け率γ（１２）を加えるようにしたもので、その他の構成は図１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
次に図７のフロー図を参照して実施の形態２の動作について説明する。図７において、Ｓｔｅｐ１〜５は上記実施の形態１と同様である。Ｓｔｅｐ３、またはＳｔｅｐ５の判定結果が「Ｙｅｓ」となり、ゲート制御実施の判断がされた場合、目標放流量、現在流入量、制御判定間隔、現在貯水量、及び目標貯水量の間には、
（目標放流量−現在流入量）×制御判定間隔＝現在貯水量−目標貯水量
の関係式が成立することから、制御量演算処理部３２は下記式１にて求められる目標放流量からゲート制御量Ａを算出する（Ｓｔｅｐ１１Ａ、Ｓｔｅｐ１１Ｂ）。
なお、上記［（目標放流量−現在流入量）×制御判定間隔］は制御判定間隔９の間でのダムの貯水変化量であり、［現在貯水量−目標貯水量］は基準水位４に到達するために必要な放流量を示す。また、現在流入量及び現在貯水量の算出は、通常のダム制御装置に具備されている機能をそのまま用いることができるものであるので、図６において図示を省略している。
【００２４】
目標放流量＝（現在流入量×制御判定間隔＋現在貯水量−目標貯水量）／制御判定間隔 ・・・・・（式１）
但し、
目標放流量：基準水位４到達に必要な放流量
現在流入量：ダムへの現在の流入量算出値
制御判定間隔：制御判定を実施してから次の制御判定を実施するまでの時間（秒）
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【００２５】
上記式１により基準水位に到達させるために必要な目標放流量を算出し、算出された目標放流量からゲート制御量Ａを算出する。なお、目標放流量とゲート制御量Ａとの関係は、対象とするダムや設備されたゲートの諸元から別途計算及び試験等により求められた関係式により一義的に算出されるものであるので詳細説明は省略する。求められたゲート制御量Ａに対し、前回制御判定時と現在の上流地点流量の変動傾向を、下記ｇ、ｈ、ｉ、またはｊに分け、それぞれ予め設定された異なる掛け率γ（γ１〜γ４）を乗じてゲート制御量を増減させる（Ｓｔｅｐ３Ａ、５Ａ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ）。
【００２６】
ｇ 開制御時かつ［現在上流地点流量≧前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ１（但し、γ１＞１）
ｈ 開制御時かつ［現在上流地点流量＜前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ２（但し、０＜γ２＜１）
ｉ 閉制御時かつ［現在上流地点流量≦前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ３（但し、γ３＞１）
ｊ 閉制御時かつ［現在上流地点流量＞前回制御判定時の上流地点流量］の場合、
ゲート制御量＝ゲート制御量Ａ×γ４（但し、０＜γ４＜１）
【００２７】
上記ｇでは、開制御時にて上流地点流量が増加方向のため、近い将来では流入量が増加すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも大きくする。
上記ｈでは、開制御時にて上流地点流量が減少傾向のため、近い将来では流入量が減少すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも小さくする。
上記ｉでは、閉制御時にて上流地点流量が減少傾向のため、近い将来では流入量が減少すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも大きくする。
上記ｊでは、閉制御時にて上流地点流量が増加方向のため、近い将来では流入量が増加すると予測されるため、ゲート制御量をゲート制御量Ａよりも小さくする。
【００２８】
次に、上記のようにしてＳｔｅｐ１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、または１１Ｆで、ゲート制御量Ａに所定の掛け率γを乗じて算出されたゲート制御量に対応してＳｔｅｐ６Ａでゲートの目標開度を設定し、以下実施の形態１と同様にしてＳｔｅｐ７〜Ｓｔｅｐ１０で、設定に従ってゲートの制御が実施される。
【００２９】
上記のように実施の形態２によれば、前回制御判定時と現在の上流地点流量を比較し、上流地点流量の変動傾向によって、近い将来での流入量の変化を予測し、ゲート制御量を所定の掛け率γを乗じて変化させることにより、現在貯水位から基準水位に到達するために必要な放流量よりも過放流、もしくは過少放流となってしまうことを防ぎ、ダムの貯水位を目標とする基準水位により正確に保持するような放流を行なうことが可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるダム水位制御システムの要部を示す構成図である。この実施の形態３は、上記図１に示す実施の形態１のダム水位制御システムに、流入量予測処理部４０を追加し、その流入量予測処理部４０の有する流入量予測機能４１から提供される予測流入量１３のデータを制御判定処理部３１に加えるようにしたものである。なお、動作フローは図２と同様であるので、以下、図８、及び図２を参照して実施の形態３の動作を具体的に説明する。
【００３１】
この実施の形態３のダム水位制御システムでは、演算処理部３０の制御量演算処理部３２によるＳｔｅｐ６（図２）のゲート制御量（目標開度）算出・設定の演算処理において、上記実施の形態１、２で用いた現在流入量に代えて、ダム水位制御システムに設けられた流入量予測機能４１から算出された予測流入量１３を用いて目標放流量を算出することによって、算出した目標放流量の誤差をより小さくするようにしたものである。なお、流入量予測機能４１からは例えば毎分にて流入量を取得するため、目標放流量を演算するための式は下記式２を用いる。
【００３２】
［Σ（目標放流量−予測流入量）＝（現在貯水量−目標貯水量）］・・・・・（式２）
但し、
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
予測流入量：流入量予測機能から得たの流入量予測値
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
なお、その他の動作については、上位実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
上記のように、この実施の形態３によれば、制御量演算処理部３２による目標放流量の算出式に流入量予測機能４１から得た毎分の予測流入量１３を用いるようにしたことにより、次の制御判定までの流入量の変動を見込んだ目標放流量の演算ができるため、より精度の高い目標放流量が算出できので、過放流もしくは過少放流となって、貯水位を基準水位に維持できなくなる事態を回避できる。
【００３４】
実施の形態４．
図９ないし図１１はこの発明の実施の形態４によるダム水位制御システムを説明するもので、図９はその要部を示す構成図、図１０は図９のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図、図１１は上流地点流量の変動幅に応じて制御判定間隔を変更した例を示す説明図である。この実施の形態４は、図１に示す実施の形態１では、制御判定間隔がΔｔで一定としたのに対し、上流地点の流量の変動幅に応じて制御判定間隔を自動的に切り替えて制御をきめ細かく行なえるようにしたもので、制御間隔を切り替えるかの判定値φ（９Ｂ）と、予め設定された制御判定間隔Ｔ１、Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２）（９Ａ）を追加したものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
次に図１０のフロー図を参照して実施の形態４の動作について説明する。Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ６のゲート制御量（目標開度）の算出、設定までは実施の形態１と同様である。Ｓｔｅｐ６に次ぐＳｔｅｐ１１Ａでは、下記条件式ｌ（ｌはローマ字、「エル」）による上流地点流量の変化量の判定、即ち、現在上流地点流量と前回制御判定時における上流地点流量との差の絶対値が予め設定されたしきい値である判定値φ未満であるかの判定が行なわれ、判定結果がＮｏの場合、即ち判定値φよりも大きい場合（この場合は下記の条件式ｋを満たしている）、Ｓｔｅｐ１１Ｄにより、次回の制御判定間隔を通常のＴ１からＴ２に変更する。（但し、Ｔ１＞Ｔ２。Ｔ１、及びＴ２は設定値）
【００３６】
上記制御判定間隔の切り替えは例えば下記選択式の任意の一方にて行なう。
ｋ［｜現在上流地点水位−前回制御判定時の上流地点流量｜≧φ］であればＴ２を選択。
ｌ［｜現在上流地点水位−前回制御判定時の上流地点流量｜＜φ］であればＴ１を選択。
なお、Ｓｔｅｐ１１Ａでは、ｌを満たすか否かの判定結果で切り替えている。
【００３７】
また、Ｔ２からＴ１へ戻す場合、ｋを満たした後、即ち、図１０のフロー図ではＳｔｅｐ１１Ａの「ｌを満たす」か否かの判定結果が「Ｎｏ」となった後、上流地点流量が小さくなり、その後連続Ｎ回（Ｎは設定値）の制御判定時にてｌを満たした場合（Ｓｔｅｐ１１Ｂ）、制御判定間隔をＴ２からＴ１に戻す（Ｓｔｅｐ１１Ｃ）。以降、Ｓｔｅｐ７〜Ｓｔｅｐ１０により、実施の形態１と同様にしてゲートの制御が行なわれる。
【００３８】
図１１は設定された判定値φと、上流地点流量の変動に伴って制御判定間隔が変更された例を示しており、経過時点（１）で上記式ｋを満たしたため、即ち、図１０のフロー図ではＳｔｅｐ１１Ａの「ｌを満たす」か否かの判定結果が「Ｎｏ」であるため、Ｓｔｅｐ１１Ｄにて次回制御判定間隔にＴ２が設定される。（２）、（３）にてＮ回（この例ではＮ＝２）連続してｌを満たしたため、その次の経過時点（４）では制御判定間隔がＴ１に戻されたことを示している。
【００３９】
上記のように、この実施の形態４によれば、所定の制御判定間隔における上流地点流量の変化量（変動幅）に対してしきい値φを判定値として設定し、変動幅がφを超える非常に大きな場合において、制御判定間隔を切り替え、貯水位ならびに上流地点流量の変動傾向を短い間隔で監視するようにしたことにより、急激な流入量変化に伴う貯水位変化にも対応することが可能となり、貯水位を基準水位に近づけた制御を行なうことができる。
【００４０】
実施の形態５．
図１２及び図１３はこの発明の実施の形態５によるダム水位制御システムを説明する図であり、図１２は要部を示す構成図、図１３は自動選択を実施する場合の動作例を示すフロー図である。この実施の形態５は実施の形態１に係る図１の演算処理部３０において、制御判定処理部３１に制御条件判定処理部３５を加えたものである。図において、１４はしきい値ωである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省路する。この実施の形態５では、制御条件判定処理部３５において、上流地点流量の変動傾向を制御要否判定に用いるＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５の追加・削除（もしくは実施・不実施）を任意または自動にて選択できるようにしたものである。自動によるＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ５の追加・削除要否の判定は、ダムに対する現在流入量と、ダムの貯水位の変動傾向に応じて行われる。
【００４１】
次に図１３のフロー図を参照して実施の形態５の動作について説明する。図１３において、Ｓｔｅｐ２またはＳｔｅｐ４で実施の形態１と同様に貯水位の判定を行なった後、この実施の形態５では、Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５による制御判定の前に、Ｓｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃで、下記選択式ｍにより現在流入量が予め設定されたしきい値ω以上であるかのチェック、判定を行なう。
選択式
ｍ［現在流入量≧ω］（但し、ωは予め設定されたしきい値）
【００４２】
上記選択式ｍを満たす場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５に進み、実施の形態１と同様に上流地点水位データを用いて制御判定を実施する。以降、実施の形態１と同様にゲート制御が行なわれる。一方、選択式ｍを満たさない場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＮｏの場合、開制御区間ではＳｔｅｐ１２Ｂで下記条件ｎを満たすか否か、閉制御区間ではＳｔｅｐ１２Ｄで下記条件ｏを満たすか否かの判定が行なわれ、満たす場合、即ちＳｔｅｐ１２ＡまたはＳｔｅｐ１２Ｃの判定結果がＹｅｓの場合、制御判定条件に上流地点流量の変動傾向を用いるＳｔｅｐ３またはＳｔｅｐ５の判定をバイパスし、即ち削除し、Ｓｔｅｐ６でゲート制御量（目標開度）の算出、設定が行なわれる。Ｓｔｅｐ１２Ｂ、またはＳｔｅｐ１２Ｄの判定結果がＮｏの場合はゲート制御を実施せず、Ｓｔｅｐ１に戻る。つまり、下記ｎ、ｏ、で示す貯水位の位置と変動傾向（変化方向）にて制御要否を決定する。
【００４３】
開制御実施
ｎ現在貯水位が開制御区間５にある場合、かつ
［前回制御判定時の貯水位＜現在貯水位］
閉制御実施
ｏ現在貯水位が閉制御区間６にある場合、かつ
［前回制御判定時の貯水位＞現在貯水位］
なお、しきい値ωによって、上記条件によりＳｔｅｐ３、５の削除（バイパス）を決定する条件追加の選択について、任意または自動にするかは、あらかじめ設定できるものとし、任意選択を設定した場合は、自動による条件削除は行なわない。また、Ｓｔｅｐ６以降の動作は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
上記のように、この実施の形態５によれば、使用する上流地点水位局によっては、高水時は上流地点流量の変動幅が大きいが、通常時は変動幅が小さく、かつ頻繁に上昇・下降を繰り返している場合など、上流地点流量の変動傾向の判定が制御要否条件において有効ではない場合において、任意、自動により上流地点流量による判定条件の追加・削除要否を判断し、選択することにより、よりダムの状況に応じた水位一定制御が可能となる。
【００４５】
ところで、上記実施の形態の説明で示したフロー図や、判定に用いた条件式は一例を示したものに過ぎず、同様の作用効果を得るために適宜に変形や変更ができることは当然である。また、実施の形態２〜５に示す互いに異なる機能を適宜組み合わせることも差し支えなく、その場合には組み合わせによる相乗効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１によるダム水位制御システムの要部構成を示すブロック図。
【図２】図１のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図３】ダムと同一水系の上流地点流量の時間変動例を示す測定図。
【図４】比較例として従来の水位一定制御を行なった場合における制御判定とダムの貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図。
【図５】図２に示すフロー図によって水位一定制御を行なった場合の制御判定とダム貯水位の時間変動例を示すダム水位変動図。
【図６】この発明の実施の形態２によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図７】図６のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図８】この発明の実施の形態３によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図９】この発明の実施の形態４によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図１０】図９のダム水位制御システムによる制御例を示すフロー図。
【図１１】上流地点流量の変動に応じて制御判定間隔を変更した例を示す説明図。
【図１２】この発明の実施の形態５によるダム水位制御システムの要部を示す構成図。
【図１３】図１２のダム水位制御システムにおいて、自動選択を実施する場合の動作例を示すフロー図。
【符号の説明】
【００４７】
１ 貯水位データ、 ２ 開度データ、 ３ 上流地点水位データ、 ４ 基準水位、 ５ 開制御区間、 ６ 閉制御区間、 ７ 不感帯、 ８ 上流地点流量、 ９ 制御判定間隔、 ９Ａ 制御判定間隔（Ｔ１、Ｔ２）、 ９Ｂ 制御判定間隔判定値（φ）、 １０ 制御判定設定値（α・β）、 １１ 制御信号出力、 １２ 掛け率（γ）、 １３ 予測流入量、 １４ しきい値（ω）、 ２０ 入出力処理部、 ２１ 入力処理部、 ２２ ゲート制御出力処理部、 ３０ 演算処理部、 ３１ 制御判定処理部、 ３２ 制御量演算処理部、 ３３ ゲート制御指示部、 ３４ 流量演算処理部、 ３５ 制御条件判定処理部、 ４０ 流入量予測処理部、 ４１ 流入量予測機能。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムの貯水位が所定レベルを維持するように放流用のゲートの開閉により制御するダム水位制御システムにおいて、上記ダムの貯水位データ、上記ゲートの開度データ、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部と、上記ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部とを有する演算処理部を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにしてなることを特徴とするダム水位制御システム。
【請求項２】
上記制御量演算処理部は、上記制御判定処理部による判定の結果、上記ゲートの制御を行なうときに、次式（１）により算出された目標放流量に基づいてゲート制御量Ａを算出するようにしてなることを特徴とする請求項１に記載のダム水位制御システム。
目標放流量＝（現在流入量×制御判定間隔＋現在貯水量−目標貯水量）／制御判定間隔 ・・・・・（式１）
但し、
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
現在流入量：現在の流入量算出値
制御判定間隔：制御判定を実施してから次の制御判定を実施するまでの時間
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【請求項３】
上記ダムへの予測流入量を出力する流入量予測機能を備え、上記制御量演算処理部は、上記ゲートの制御を行なうときに、この流入量予測機能によって出力された予測流入量を用いた次式（２）により算出された目標放流量に基づいてゲート制御量Ａを算出するようにしてなることを特徴とする請求項１に記載のダム水位制御システム。
｛Σ（目標放流量−予測流入量）＝（現在貯水量−目標貯水量）｝・・・・・（式２）
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
予測流入量：流入量予測機能から得た流入量予測値
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【請求項４】
上記制御量演算処理部は、上記算出されたゲート制御量Ａに対し、上記上流地点における流量の増減傾向に応じて、予め定められた掛け率γ（但し、１＜γ、または０＜γ＜１）を乗じることにより、ゲート制御量を増減させるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載のダム水位制御システム。
【請求項５】
上記制御量演算処理部は、上記上流地点水位データの変動傾向に応じて上記制御判定処理部による制御判定間隔を可変にするようにしてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のダム水位制御システム。
【請求項６】
上記演算処理部は、上記ダムにおける現在流入量について、予め設定されたしきい値ωに対する判定を行なう制御条件判定処理部を備え、この制御条件判定処理部による判定結果がしきい値ωを超えているときには上記制御判定処理部による上記上流地点水位データを条件に入れた判定を行い、上記制御条件判定処理部による判定結果がしきい値ωを下回るときには該制御判定処理部による上記上流地点水位データを条件に入れた判定をバイパスし、上記ダムにおける貯水位の変動傾向に応じて上記ゲートの制御の判定を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載のダム水位制御システム。
【請求項１】
ダムの貯水位が所定レベルを維持するように放流用のゲートの開閉により制御するダム水位制御システムにおいて、上記ダムの貯水位データ、上記ゲートの開度データ、及び該ダムと同じ水系の上流地点水位データを入力する入力処理部と、この入力処理部に入力されたデータに基づいて制御判定を行なう制御判定処理部と、上記ゲートの制御量を算出する制御量演算処理部とを有する演算処理部を備え、上記制御判定処理部は、所定時間毎に現在貯水位が基準水位に対して設定された開制御区間、閉制御区間、及び制御を行なわない不感帯の何れに属するかの判定と、この判定結果、並びに前回制御判定時と今回制御判定時における上記ダムの貯水位、及び上記上流地点水位データを用いて上記ゲートの制御を行なうか否かの判定を行なうようにしてなることを特徴とするダム水位制御システム。
【請求項２】
上記制御量演算処理部は、上記制御判定処理部による判定の結果、上記ゲートの制御を行なうときに、次式（１）により算出された目標放流量に基づいてゲート制御量Ａを算出するようにしてなることを特徴とする請求項１に記載のダム水位制御システム。
目標放流量＝（現在流入量×制御判定間隔＋現在貯水量−目標貯水量）／制御判定間隔 ・・・・・（式１）
但し、
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
現在流入量：現在の流入量算出値
制御判定間隔：制御判定を実施してから次の制御判定を実施するまでの時間
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【請求項３】
上記ダムへの予測流入量を出力する流入量予測機能を備え、上記制御量演算処理部は、上記ゲートの制御を行なうときに、この流入量予測機能によって出力された予測流入量を用いた次式（２）により算出された目標放流量に基づいてゲート制御量Ａを算出するようにしてなることを特徴とする請求項１に記載のダム水位制御システム。
｛Σ（目標放流量−予測流入量）＝（現在貯水量−目標貯水量）｝・・・・・（式２）
目標放流量：基準水位到達に必要な放流量
予測流入量：流入量予測機能から得た流入量予測値
現在貯水量：現在のダムの貯水量
目標貯水量：基準水位に対する貯水量
【請求項４】
上記制御量演算処理部は、上記算出されたゲート制御量Ａに対し、上記上流地点における流量の増減傾向に応じて、予め定められた掛け率γ（但し、１＜γ、または０＜γ＜１）を乗じることにより、ゲート制御量を増減させるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載のダム水位制御システム。
【請求項５】
上記制御量演算処理部は、上記上流地点水位データの変動傾向に応じて上記制御判定処理部による制御判定間隔を可変にするようにしてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のダム水位制御システム。
【請求項６】
上記演算処理部は、上記ダムにおける現在流入量について、予め設定されたしきい値ωに対する判定を行なう制御条件判定処理部を備え、この制御条件判定処理部による判定結果がしきい値ωを超えているときには上記制御判定処理部による上記上流地点水位データを条件に入れた判定を行い、上記制御条件判定処理部による判定結果がしきい値ωを下回るときには該制御判定処理部による上記上流地点水位データを条件に入れた判定をバイパスし、上記ダムにおける貯水位の変動傾向に応じて上記ゲートの制御の判定を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載のダム水位制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１７１８４５（Ｐ２００６−１７１８４５Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５９７５２（Ｐ２００４−３５９７５２）
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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