集中監視制御システムの効果把握モデル

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要約

上流が開水路、下流が管水路の水利施設系における集中監視制御システムの利用実態を明らかにした。また、これを基に集中監視制御システムの効果を算出する数理モデルを開発した。これは、開水路流れを計算する水理解析モデルと操作実態を反映した操作モデルを結合させたものであり、空気混入事故防止効果と配水管理用水節減効果を把握できる。

担当:農業工学研究所・農村整備部・施設管理システム研究室
代表連絡先:0298-38-7666
部会名:農業工学
専門:基幹施設
対象:維持・管理技術
分類:指導

背景

集中監視制御システムの導入により農業水利施設管理の省力化及び高度化が図られる一方で、維持管理費用及び更新費用が増加している。システムの規模は主に経験的な判断によって設計されている。そこで、システム設計を支援する目的で、上流が開水路で下流が管水路である水路施設系(図1)の集中監視制御効果を算出する数理モデルを開発した。

成果の内容・特徴

集中監視制御の効果
上記の特徴を持つ6地区において取水施設、分水施設、調整施設の操作実態を調査した(表1)。開水路と管水路の接合部で変動する需要水量を供給水量が下回って生じる管水路空気混入事故の防止が重視されている。需要より十分多くの用水を供給して事故を防ぐことができるが、過剰な水(qo)は無効に放流され配水管理用水となる。このような水利施設系ではトレードオフの関係にある事故発生と配水管理用水の減少が集中監視制御の主たる効果である。
効果把握モデル
水理解析モデルと操作モデルを組み合わせ、任意の集中監視制御システムにおける事故発生率と配水管理用水量を推定する数理モデルを開発した。
(1)水理解析モデルでは幹線開水路部分の非定常流を陽差分により計算する。下流境界条件として誤差分布を持つ管水路需要量(qE)を与える。
(2)取水操作実態の現地調査を行い、水資源の逼迫に応じ表2に示す様にパターン化した。それぞれについて取水量が1次式で示される簡単な操作モデルを作成した。
(3)2つのモデルを組み合わせて、定められた回数の試行を行い、事故発生率(事故発生回数/試行回数)と平均配水管理用水量を算出する。
(4)操作者は試行錯誤により熟練を積むと想定し、操作モデルの係数を変えて(3)を繰り返し、設定した事故発生率で最も小さくなる配水管理用水量を求める。
現行の手法の評価
現在は、分水工を遠方制御監視とすることの可否は主にその分水量の大きさによっている。図1の地区を想定して効果把握モデルを作成した。いくつかのケース(表3)について事故発生率を5%以下にする配水管理用水量の送水量に対する比(qo/Q)を算出して図2に示す。対象とする分水量が大きいほど効果は大きいが、分水工の位置により一概にそれは言えないこと、また効果の大きさには限界があることが示された。