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技術 下水道システムの貯留設備運用支援装置

出願人 株式会社東芝
発明者 山田富美夫長岩明弘高嶋英和奥満男
出願日 1997年12月25日 (22年0ヶ月経過) 出願番号 1997-358539
公開日 1999年7月13日 (20年6ヶ月経過) 公開番号 1999-190056
状態 特許登録済
技術分野 下水 気象学 非電気的変量(レベル、濃度等)の制御
主要キーワード 堰構造 対策モード 自動設定装置 浸水対策 運用支援装置 貯留管 浸透面 バイパスルート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年7月13日)のものです。
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図面 (19)

課題

渇水期初期汚濁負荷削減を行い、大雨時には浸水対策を行うこと。

解決手段

下水道幹線22の周辺流域20に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段1と、雨量計観測データ入力手段からのデータを処理して将来の降雨状況予測する降雨量予測手段2と、この予測された将来降雨を入力として、流域20に降る降雨が下水道幹線22に流出する量を予測する流出量予測手段3と、この予測された流出量が下水道幹線22を移送して下水道幹線22下流に到達する量を予測する流下量予測手段4と、この予測された流下量の予測値に基づいて、貯留設備24に流入する量を制御するための可動式23の開時刻をあらかじめ演算しておく堰開時刻演算手段5と、この演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段6とを備えている。

概要

背景

流域下水道では、複数の市町村を貫いて広域的に効率の良い下水道運用が図られようとしている。

しかしながら、最近の急速な都市化に伴ない、降雨の地面浸透面積が減少し、不浸透分が下水道幹線に流出してくるようになり、管径が小さい既設幹線では、雨水流能力が低く、浸水被害を引き起こしている。

また、各市町村公共下水道から流域下水道幹線への送水量が増加し、幹線の流下能力が低下してきている。

そこで、この対策としては、例えば既設幹線を大口径の幹線に取り替えることが考えられるが、工事期間中のバイパスルートの確保が困難なことや、コストがかかりすぎる問題がある。

これに対し、比較的増設が容易な大口径貯留管を併設した設備や、一時貯留のための調整池等が設置されるようになった。

図2は、本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図である。

図2において、22は合流式下水道幹線であり、周辺流域20から雨水や汚水が流入、流下する。

また、23は合流式下水道幹線22の途中に設置された可動式(以下、可動堰と称する)であり、開口部の高さは電動機で駆動する。

すなわち、可動堰23の堰高下げると、合流式下水道幹線22から貯留設備24へ越流する量Q2 が増え、幹線流下量Q1 は(Q1 −Q2 )まで減少する。

さらに、26は降雨後の晴天時に貯留された下水を合流式下水道幹線22に返送する返送ポンプであり、腐敗防止のため24時間以内に貯留水は元の幹線に排出される。

一方、合流式下水道幹線22の可動堰23よりも下流に位置するポンプ場では、ポンプ場入り口の分水人孔27にある分流堰28を越えて流入する雨水Q3 をポンプ場排水ポンプ29で排水する。

また、分流堰28を越えない下水(Q1−Q2−Q3 )は下流の幹線に流れ、最下流端にある図示しない水処理場にて水処理される。

なお、図2中、25は貯留設備24の水位観測する貯留水位計である。

概要

渇水期初期汚濁負荷削減を行い、大雨時には浸水対策を行うこと。

下水道幹線22の周辺の流域20に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段1と、雨量計観測データ入力手段からのデータを処理して将来の降雨状況予測する降雨量予測手段2と、この予測された将来降雨を入力として、流域20に降る降雨が下水道幹線22に流出する量を予測する流出量予測手段3と、この予測された流出量が下水道幹線22を移送して下水道幹線22下流に到達する量を予測する流下量予測手段4と、この予測された流下量の予測値に基づいて、貯留設備24に流入する量を制御するための可動式堰23の開時刻をあらかじめ演算しておく堰開時刻演算手段5と、この演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段6とを備えている。

目的

本発明の目的は、下水道幹線幹線に設置される可勤堰の高さ制御の最適運用を図るための支援情報を運転員に提供して、渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことが可能な下水道システムの貯留設備運用支援装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

下水道幹線の途中に設置された可動式と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、前記下水道幹線の周辺流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況予測する降雨量予測手段と、前記降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、前記流域に降る降雨が前記下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、前記流出量予測手段により予測された流出量が前記下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、前記流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、前記貯留設備に流入する量を制御するための堰の開時刻をあらかじめ演算しておく堰開時刻演算手段と、前記堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と、を備えて成ることを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。

請求項2

下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、前記下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する降雨量予測手段と、前記降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、前記流域に降る降雨が前記下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、前記流出量予測手段により予測された流出量が前記下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、前記流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、前記貯留設備に流入する量を制御するための堰の高さをリアルタイムに演算する堰高演算手段と、前記堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と、を備えて成ることを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。

請求項3

下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、前記下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、前記堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と、を備えて成ることを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。

請求項4

下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、前記下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、前記水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、前記堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と、を備えて成ることを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。

請求項5

下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、前記下水道幹線の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、前記下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、前記雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータと、前記水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータとに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位とから堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、前記堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、前記貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段と、を備えて成ることを特徴とする下水道システムの貯留設備運用支援装置。

技術分野

0001

本発明は、下水道幹線に併設された貯留設備とを備えた下水道システムにおいて、特に下水道幹線を流下する汚水または雨水を、下水道幹線に設置された可動式の高さを制御して貯留設備に取り込み、初期雨水汚濁削減と浸水防止を回避できるようにした貯留設備運用支援装置に関するものである。

背景技術

0002

流域下水道では、複数の市町村を貫いて広域的に効率の良い下水道運用が図られようとしている。

0003

しかしながら、最近の急速な都市化に伴ない、降雨の地面浸透面積が減少し、不浸透分が下水道幹線に流出してくるようになり、管径が小さい既設幹線では、雨水流能力が低く、浸水被害を引き起こしている。

0004

また、各市町村公共下水道から流域下水道幹線への送水量が増加し、幹線の流下能力が低下してきている。

0005

そこで、この対策としては、例えば既設幹線を大口径の幹線に取り替えることが考えられるが、工事期間中のバイパスルートの確保が困難なことや、コストがかかりすぎる問題がある。

0006

これに対し、比較的増設が容易な大口径貯留管を併設した設備や、一時貯留のための調整池等が設置されるようになった。

0007

図2は、本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図である。

0008

図2において、22は合流式下水道幹線であり、周辺流域20から雨水や汚水が流入、流下する。

0009

また、23は合流式下水道幹線22の途中に設置された可動式の堰(以下、可動堰と称する)であり、開口部の高さは電動機で駆動する。

0010

すなわち、可動堰23の堰高下げると、合流式下水道幹線22から貯留設備24へ越流する量Q2 が増え、幹線流下量Q1 は(Q1 −Q2 )まで減少する。

0011

さらに、26は降雨後の晴天時に貯留された下水を合流式下水道幹線22に返送する返送ポンプであり、腐敗防止のため24時間以内に貯留水は元の幹線に排出される。

0012

一方、合流式下水道幹線22の可動堰23よりも下流に位置するポンプ場では、ポンプ場入り口の分水人孔27にある分流堰28を越えて流入する雨水Q3 をポンプ場排水ポンプ29で排水する。

0013

また、分流堰28を越えない下水(Q1−Q2−Q3 )は下流の幹線に流れ、最下流端にある図示しない水処理場にて水処理される。

0014

なお、図2中、25は貯留設備24の水位観測する貯留水位計である。

発明が解決しようとする課題

0015

しかしながら、晴天時の汚水と降雨時の雨水が同一の管を流れる合流式の場合には、長く雨の降らない渇水期管底張り付いた汚泥に対して、ファーストフラッシュと呼ばれる初期雨水での洗浄効果が生じる。

0016

このファーストフラッシュ分は、汚濁濃度が高く、流域の最下流にある処理場の水処理負荷を急速に高め、最悪、規定の水質水準を守れない場合を生じる。そして、この場合には、処理水河川放流が行なえない。

0017

また、貯留設備24は、雨水排水の一時的なバッファとして運用するには、年間の大雨降雨日数が10日くらいしかなく設備の稼働率が低く、合流式特有初期汚濁負荷削減のために貯留設備24を有効に活用することが望まれている。

0018

すなわち、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策との両方を行なえる貯留設備24の運用方法が強く望まれている。

0019

この場合、可勤堰23の高さを、大雨時の浸水対策と渇水期の初期雨水対策の両方に対して的確に制御する必要があるが、従来の運転員の経験とだけでは、安全で確実な運転を行なうことが困難であると考えられる。

0020

本発明の目的は、下水道幹線幹線に設置される可勤堰の高さ制御の最適運用を図るための支援情報を運転員に提供して、渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことが可能な下水道システムの貯留設備運用支援装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0021

上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況予測する降雨量予測手段と、降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、流出量予測手段により予測された流出量が下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、貯留設備に流入する量を制御するための堰の開時刻をあらかじめ演算しておく堰開時刻演算手段と、堰開時刻演算手段により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。

0022

従って、請求項1の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨予測に基づいて将来の下水道幹線への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することができる。

0023

また、請求項2の発明では、下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する降雨量予測手段と、降雨量予測手段により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が下水道幹線に流出する量を予測する流出量予測手段と、流出量予測手段により予測された流出量が下水道幹線を移送して当該下水道幹線下流に到達する量を予測する流下量予測手段と、流下量予測手段により予測された流下量の予測値に基づいて、貯留設備に流入する量を制御するための堰の高さをリアルタイムに演算する堰高演算手段と、堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。

0024

従って、請求項2の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、リアルタイムに堰高と下水道幹線水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な堰高さを演算することができる。

0025

一方、下水道幹線の途中に設置された可動式の堰と、汚水や雨水を取り込むための貯留設備とを備えた下水道システムの貯留設備運用支援装置において、請求項3の発明では、下水道幹線の周辺の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。

0026

従って、請求項3の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。

0027

また、請求項4の発明では、下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。

0028

従って、請求項4の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線の水位データから直接、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。

0029

さらに、請求項5の発明では、下水道幹線の流域に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する雨量計観測データ入力手段と、下水道幹線の水位を観測する幹線水位計からのデータを入力処理する水位計観測データ入力手段と、雨量計観測データ入力手段により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力手段により入力処理されたデータとに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位とから堰の高さを直接演算する堰高演算手段と、堰高演算手段により演算された堰高に基づいて、貯留設備を運用するのに必要な支援情報を表示する支援情報表示手段とを備えている。

0030

従って、請求項5の発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置においては、下水道幹線周辺の流域の降雨データと下水道幹線の水位データとを組み合わせて、堰高を演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することができる。

0031

以上により、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

発明を実施するための最良の形態

0032

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

0033

(第1の実施の形態:請求項1に対応)図1は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図である。

0034

すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図1に示すように、雨量計観測データ入力装置1と、降雨量予測装置2と、幹線流出量予測装置3と、幹線流下量予測装置4と、可動堰開時刻演算装置5と、支援情報表示装置6とから構成している。

0035

雨量計観測データ入力装置1は、前記合流式下水道幹線22の周辺の流域20に降る雨を観測するレーダ雨量計からのデータを入力処理する。

0036

降雨量予測装置2は、雨量計観測データ入力装置1により入力処理されたデータを処理して将来の降雨状況を予測する。

0037

幹線流出量予測装置3は、降雨量予測装置2により予測された将来降雨を入力として、流域に降る降雨が合流式下水道幹線22に流出する量を予測する。

0038

幹線流下量予測装置4は、幹線流出量予測装置3により予測された流出量が合流式下水道幹線22を移送して当該合流式下水道幹線22下流に到達する量を予測する。

0039

可動堰開時刻演算装置5は、幹線流下量予測装置4により予測された流下量の予測値に基づいて、前記貯留設備24に流入する量を制御するための可動堰23の開時刻をあらかじめ演算しておく。

0040

支援情報表示装置6は、可動堰開時刻演算装置5により演算された堰開時刻に基づいて、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を表示する。

0041

次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。

0042

図1において、雨量計観測データ入力装置1では、合流式下水道幹線22の周辺の流域20に降る雨をレーダ雨量計で観測したデータを入力処理する。

0043

ここでいうレーダ雨量計は、気象庁が観測する数100kmレベルの広域のレーダ雨量計ではなく、大都市自治体水害防止の目的で設置する細密タイプのレーダである。

0044

これは、観測範囲半径50kmくらいで、地上500mの高さで、500mメッシュ単位に降雨強度を2.5分周期できめ細かく観測するものである。

0045

次に、降雨量予測装置2では、雨量計観測データ入力装置1からのデータを処理して将来の降雨状況を予測する。

0046

ここで、降雨の予測は、過去のトレンドに注目して、例えば現在時刻から30分先までの降雨分布(位置と降雨強度)を推定する。

0047

また、降雨分布の推定は、降雨の特性や地形因子気象条件を取り込んで、移動方向と速度を推定し、さらに降雨強度分布の変化を考慮して将来降雨を算定する。

0048

この最も単純な方法としては、過去何分間かの降雨移動方向と速度をトレンド外挿して、降雨強度分布は現在値から変化しないと仮定して降雨分布を予測することができる。

0049

すなわち、例えば図3に示すように移動して、対象流域雨域がかかった時には、図4に示すように、流域上空での平均降雨強度を算定することができる。

0050

次に、幹線流出量予測装置3では、予測された将来降雨を入力として、流域20に降る降雨が合流式下水道幹線22に流出する量を予測する。

0051

ここで、流出量を算定する手法で周知のものとしては、例えば都市部のように管渠整備され、流下の経路が明確な場所での算定に有効なRRL法がある。

0052

このRRL法による算定は、まず図5に示すような等到達時間曲線と呼ばれる、時間間隔Δt毎の流域流出点への到達時間面積Ai (m2 )を算定しておき、これに図6に示すような降雨量曲線Ii (mm/h)を次式のように掛け合わせる。

0053

降雨開始からの雨水流出量Pi (m3 /s)は、図7に示すように得られる。

0054

Po =0
P1 =C・Ii ・ A1 ・E1
P2 =C・Ii ・ A2 ・E2 +C・I2 ・ A1 ・E1
P3 =C・Ii ・ A3 ・E3 +C・I2 ・ A2 ・E2
+C・I3 ・ A1 ・E1
Pn =C・Ii ・An ・En +C・I2 ・An-1 ・En-1
+…+C・In ・A1 ・E1 ……(1)
ここで、C:換算係数=10-3/3600
Ei :不浸透係数(−)
次に、幹線流下量予測装置4では、合流式下水道幹線22に流出した雨水が、合流式下水道幹線22を移送して幹線下流に到達する量を予測する。

0055

ここで、合流式下水道幹線22の移送時間T(s)は、移送距離、すなわち管延長L(m)と流速V(m/s)とから、下記式により算定することができる。

0056

T=L/V ……(2)
流下計算では、時刻tの距離L下流での幹線流下量Q(t)は、下記式により算定することができる。

0057

Q(t)=Pi (t−T) ……(3)
さらに、流下計算をより厳密に行なうためには、距離と時間とを細分割して差分解法する周知の不定流計算を行なって計算するようにしてもよい。

0058

いずれにしても、流域20の流出点から貯留設備24の取り込み口である可動堰23までの幹線移送計算を行なって、可動堰23位置における幹線流量または水位を予測的に算出することができる。

0059

次に、可動堰開時刻演算装置5では、合流式下水道幹線22に併設された貯留設備24に流入する量を制御するための可動堰23の開時刻をあらかじめ演算しておく。

0060

いま、例えば図8に示すような堰高H(m)、堰幅L(m)の堰構造に対して、堰低からの水位h(m)の時、合流式下水道幹線22から可動堰23を越流して貯留設備24に流入する量QE (m3 /s)は、下記の周知の越流公式で、図9に示すように算定することができる。

0061

すなわち、
QE =Cs ・L・(h−H)3/2 ……(4)
ここで、Cs :堰構造で決まる係数(−)
運転員が可動堰23の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、いつ可動堰23を開けたらよいかを支援してくれる情報である。

0062

これを、図10を用いて説明する。

0063

すなわち、現在時刻t0 に居る運転員は、降雨強度Iによる流出量Pが幹線流下により、流入幹線圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。

0064

その一つの方法として、雨が降ったら、直ぐに可動堰23を全開にして、雨水分を全て取り込む運用も考えられる。また、逆に、可動堰23を開けるタイミングをできるだけ遅くして、幹線水位hk が満管水位hu になる直近時刻に可動堰23を開けることも考えられる。

0065

前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。

0066

後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰23が動き始めた時には、手遅れで既に浸水が発生している恐れがあることである。

0067

いずれにしても、合流式下水道幹線22が満管水位に達しないように、可動堰23の動作タイミング、すなわち堰開時刻t1 を予測することが運転支援に必要である。

0068

この場合、堰高Hは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、晴天時計画最大汚水量(1Qと称する)の3倍流量である3Q相当の堰高とする。

0069

合流式下水道幹線22内の等流に対しては、流量Q(m3 )と水位h(m)との関係は、周知のマニングの式から算定することができる。

0070

すなわち、
Q=f{h、r、n、K} ……(5)
ここで、f:関数
r:管半径(円管の場合)(m)
n:粗度係数(−)
K:管勾配(−)
これにより、上記1Qが与えられれば、3Q相当の堰高H=hとして求めることができる。

0071

あらかじめ設定された複数の水位レベルに達した時に可動堰23を開けた時に、満管水位を下回るような堰開時刻を予測する。すなわち、図10に示す例では、水位レベル1で満管水位を大きく下回っているので、時刻t1 で可動堰23を開けばよい。

0072

次に、支援情報表示装置6では、貯留設備24を運用するのに必要な図10に示すような支援情報を画面表示する。

0073

すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線22の水位が何分後に満管水位hu に近づき、可動堰23を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、いつ可動堰23を開けたらよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。

0074

上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線22の周辺の流域20の降雨予測に基づいて将来の合流式下水道幹線22への雨水の流入レベルを知ることができるため、初期汚濁雨水の取り込みのための堰高とすべきか、浸水対策のための雨水取り込みの堰高さとすべきかをあらかじめ決定することが可能となる。

0075

これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰23の開時刻の設定が、予測シミュレーションにて直接支援されるため、運転員にとって可動堰23制御による安全で確実な貯留設備24の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

0076

(第2の実施の形態:請求項2に対応)図11は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

0077

すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図11に示すように、図1における可動堰開時刻演算装置5を省略し、これに代えて、運用モード判定装置9と、可動堰高演算装置7とを備えた構成としている。

0078

運用モード判定装置9は、前降雨日からの経過日数に基づいて、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。

0079

可動堰高演算装置7は、前記幹線流下量予測装置4により予測された流下量の予測値と、運用モード判定装置9により決定された堰高さとに基づいて、合流式下水道幹線22に併設された貯留設備24に流入する量を制御するための可動堰23の高さをリアルタイムに演算する。

0080

次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。

0081

なお、図1と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。

0082

図11において、運用モード判定装置9では、前降雨日からの経過日数を基に、初期雨水対策用の堰高さとするか、浸水対策用の堰高さとするかを決定する。

0083

次に、可動堰高演算装置7では、幹線流下量予測装置4からの流下量の予測値と、運用モード判定装置9からの堰高さとを基に、合流式下水道幹線22に併設された貯留設備24に流入する量を制御するための可動堰23の高さをリアルタイムに演算する。

0084

運転員が可動堰23の高さを決定するのに、一番知りたい情報は、今後の降雨に対して、幹線水位が何処まで上昇し、どれだけ可動堰23を開けたらよいかを支援してくれる情報である。

0085

これを、図12を用いて説明する。

0086

すなわち、現在時刻t0 に居る運転員は、流入幹線が圧力管になって、マンホールから地表に水が噴き出して浸水しないような運転をしたい。

0087

その一つの方法として、合流式下水道幹線22の水位が堰開水位レベルに達したら、できるだけ可動堰23を下げて(開口部を大きくして)、雨水分をできるだけ多く貯留設備24に取り込む運用が考えられる。また、逆に、可動堰23をあまり開けないで貯留設備24に取り込む雨水分を抑える運用も考えられる。

0088

前者の問題点は、幹線途中のポンプ場での排水能力で十分対処できる場合には、不必要な貯留を発生させることになる。

0089

後者の問題点は、急速な雨水流入で水位が急上昇すると、可動堰23の高さが高いので浸水が発生する恐れがあることである。

0090

いずれにしても、合流式下水道幹線22が満管水位に達しないように、可動堰23の最適な高さを予測することが運転支援に必要である。

0091

この場合、堰開の水位レベルは事前に決定しておき、降雨流入の間は固定とする。例えば、満管水位h0 の90%レベルになれば、堰開を行なう。

0092

あらかじめ設定された複数の堰高に対して、満管水位を下回るような堰高を予測する。図12の例では、高さ(c)で満管水位を大きく下回っているので、堰開時刻t1 に堰を下げる。

0093

次に、支援情報表示装置6では、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。

0094

すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線22の水位が何分後に満管水位hu に近づき、可動堰23をいくら開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。そして、運転員は、この画面を見て、可動堰23の高さをいくらにすればよいかを判断し、手動で可動堰駆動装置を操作する。

0095

一方、初期雨水の汚濁負荷増大は、長期間降雨が無い場合(渇水期)の最初の降雨で発生する。貯留設備24の運用は、初期雨水対策モードと浸水対策モードとでは、可動堰23の高さを切り替える必要がある。すなわち、ファーストフラッシュに対しては、できるだけ可動堰23を下げて、汚水を貯留設備24に取り込むことを行なう。

0096

また、大雨時には、河川放流してもよい希釈十分な3Qレベル程度の可動堰23の高さで雨水を貯留設備24に取り込むことを行なう。従って、降雨初期には、運用モードを判定して行なう。

0097

すなわち、まず前降雨日からの日数で短いものは、ファーストフラッシュである心配がないので、通常の浸水対策モードで運用する。

0098

一方、渇水期の初期雨水に対しては、3Qレベル以上の雨水流入が期待できない場合には、初期雨水対策モードで運用する。また、3Qレベル以上の雨水流入が期待される場合には、浸水対策モードで運用する。

0099

上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、リアルタイムに可動堰23の高さと合流式下水道幹線22の水位との関係を予測シミュレーションを行なって、その時点で最適な可動堰23の高さを演算することが可能となる。

0100

これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰23の高さの設定が、予測シミュレーションにて支援されるため、運転員にとって可動堰23制御による安全で確実な貯留設備24の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

0101

(第3の実施の形態:請求項3に対応)図13は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

0102

すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図13に示すように、図1における降雨量予測装置2、幹線流出量予測装置3、幹線流下量予測装置4、可動堰開時刻演算装置5を省略し、これに代えて、可動堰高演算装置7を備えた構成としている。

0103

可動堰高演算装置7は、前記雨量計観測データ入力装置1により入力処理されたデータに基づいて、現在の降雨強度と堰高との関係から可動堰23の高さを直接演算する。

0104

次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。

0105

なお、図1と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。

0106

図13において、可動堰高演算装置7では、雨量計観測データ入力装置1からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図14に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と堰高との関係から、可動堰23の高さを演算する。

0107

そして、降雨強度の条件を満たせば、その時点で可動堰23を、テーブルで指定された高さまで下げておく。

0108

次に、支援情報表示装置6では、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。

0109

すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線22の水位が何分後に満管水位hu に近づき、可動堰23を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。

0110

上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線22の周辺の流域20の降雨データから直接、可動堰23の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。

0111

これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰23の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰23制御による安全で確実な貯留設備24の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

0112

(第4の実施の形態:請求項4に対応)図15は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

0113

すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図15に示すように、図1における雨量計観測データ入力装置1、降雨量予測装置2、幹線流出量予測装置3、幹線流下量予測装置4、可動堰開時刻演算装置5を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置8と、可動堰高演算装置7とを備えた構成としている。

0114

水位計観測データ入力装置8は、前記合流式下水道幹線22の水位を観測する幹線水位計21からのデータを入力処理する。

0115

可動堰高演算装置7は、水位計観測データ入力装置8により入力処理されたデータに基づいて、現在の幹線水位と堰高との関係から可動堰23の高さを直接演算する。

0116

次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。

0117

なお、図1と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。

0118

図15において、可勤堰高演算装置5では、水位計観測データ入力装置8からのデータを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば図16に示すようなテーブルを用いて、現在の幹線水位と堰高との関係から、可動堰23の高さを演算する。

0119

そして、幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰23を、テーブルで指定された高さまで下げておく。

0120

次に、支援情報表示装置6では、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。

0121

すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線22の水位が何分後に満管水位hu に近づき、可動堰23を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。

0122

上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線22の水位データから直接、可動堰23の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。

0123

これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰23の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰23制御による安全で確実な貯留設備24の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

0124

(第5の実施の形態:請求項5に対応)図17は、本実施の形態による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の概略構成例を示すブロック図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

0125

すなわち、本実施の形態の貯留設備運用支援装置は、図17に示すように、図1における降雨量予測装置2、幹線流出量予測装置3、幹線流下量予測装置4、可動堰開時刻演算装置5を省略し、これに代えて、水位計観測データ入力装置8と、可動堰高演算装置7とを備えた構成としている。

0126

水位計観測データ入力装置8は、前記合流式下水道幹線22の水位を観測する幹線水位計21からのデータを入力処理する。

0127

可動堰高演算装置7は、前記雨量計観測データ入力装置1により入力処理されたデータと、水位計観測データ入力装置8により入力処理されたデータとに基づいて、現在の降雨強度と幹線水位とから可動堰23の高さを直接演算する。

0128

次に、以上のように構成した本実施の形態の貯留設備運用支援装置の作用について説明する。

0129

なお、図1と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。

0130

図17において、水位計観測データ入力装置8では、合流式下水道幹線22の水位を幹線水位計21で観測したデータを入力処理する。

0131

可動堰高演算装置7では、雨量計観測データ入力装置1からのデータと、水位計観測データ入力装置8からのデータとを基に、予測シミュレーションを行なうことなく、経験的に求められた例えば第18図に示すようなテーブルを用いて、現在の降雨強度と幹線水位との2つの指標から、可動堰23の高さを演算する。

0132

そして、降雨強度と幹線水位の条件を満たせば、その時点で可動堰23を、テーブルで指定された高さまで下げておく。

0133

次に、支援情報表示装置6では、貯留設備24を運用するのに必要な支援情報を画面表示する。

0134

すなわち、支援情報として、合流式下水道幹線22の水位が何分後に満管水位hu に近づき、可動堰23を開けた時に満管状態を回避できるかを画面にトレンド表示する。

0135

上述したように、本実施の形態の貯留設備運用支援装置では、合流式下水道幹線22の周辺の流域20の降雨データと、合流式下水道幹線22の水位データとを組み合わせて、可動堰23の高さを演算することができるため、従来の経験に近い堰高運用を実現することが可能となる。

0136

これにより、降雨状況に応じて、最適な可動堰23の高さの設定が、直接支援されるため、運転員にとって可動堰23制御による安全で確実な貯留設備24の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

0137

(他の実施の形態)
(a)前記各実施の形態では、本発明を合流式の下水道システムに適用する場合について説明したが、これに限らず、分流式の下水道システム(分流式の雨水幹線)についても、本発明を適用することが可能である。

0138

この場合には、初期雨水対策のための堰高設定は不要となる、すなわち前述した運用モード判定装置9を省略することができる。

0139

(b)前記各実施の形態において、雨量計としては、レーダ雨量計でなくても、地上雨量計でも代用することが可能である。

0140

この場合には、降雨量予測は行なわず、降雨強度の現状値を用いる。

0141

また、本発明は運用支援装置としてではなく、その設定を、直接、可動堰23を駆動するための可動堰駆動装置を制御する自動設定装置として用いるようにしてもよい。

発明の効果

0142

以上説明したように、本発明の下水道システムの貯留設備運用支援装置によれば、降雨状況に応じて、最適な可動式堰の開時刻の設定、あるいは堰高の設定が、予測シミュレーションにて、または直接支援されるため、運転員にとって可動式堰制御による安全で確実な貯留設備の運用が可能となり、もって渇水期には初期汚濁負荷削減を行ない、大雨時には浸水対策を行なうことができる。

図面の簡単な説明

0143

図1本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第1の実施の形態を示すブロック図。
図2本発明の一適用対象となる一般的な貯留設備を併設した下水道幹線プロセスの構成例を示す概要図。
図3降雨域の移動の状態の一例を示す概念図。
図4降雨強度の予測の一例を示す図。
図5等到達時間曲線の一例を示す図。
図6RRL法の降雨量曲線の一例を示す図。
図7雨水流出量の一例を示す図。
図8堰構造の一例を示す図。
図9越流量の一例を示す図。
図10運転支援画面の一例を示す図。
図11本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第2の実施の形態を示すブロック図。
図12堰高決定の一例を示す図。
図13本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第3の実施の形態を示すブロック図。
図14降雨強度による堰高設定テーブルの一例を示す図。
図15本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第4の実施の形態を示すブロック図。
図16幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。
図17本発明による合流式下水道システムの貯留設備運用支援装置の第5の実施の形態を示すブロック図。
図18降雨強度と幹線水位による堰高設定テーブルの一例を示す図。

--

0144

1…雨量計観測データ入力装置、
2…降雨量予測装置、
3…幹線流出量予測装置、
4…幹線流下量予測装置、
5…可動堰開時刻演算装置、
6…支援情報表示装置、
7…可動堰高演算装置、
8…水位計観測データ入力装置、
9…運用モード判定装置、
20…流域、
21…幹線水位計、
22…合流式下水道幹線、
23…可動堰、
24…貯留設備、
25…貯留水位計、
26…返送ポンプ、
27…分水人孔、
28…分流堰、
29…ポンプ場排水ポンプ。

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