JP7416667B2 - Equipment planning support device and equipment planning support method - Google Patents
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Description
本発明は、水道施設の適切な規模・能力を算定するための設備計画支援装置および設備計画支援方法に関する。 The present invention relates to an equipment planning support device and an equipment planning support method for calculating the appropriate scale and capacity of a water facility.
浄水場や配水池などの水道施設の更新に際しては、水需要を満たすために必要十分な適正規模の施設能力が求められる。浄水場や配水池の適正な規模を決めるための指針として、以下の文献が公開されている。例えば非特許文献1には、配水池の有効容量は計画一日最大給水量の12時間分を標準とし給水の安定性を高めるためできるだけ大きくすること、浄水場の計画浄水量は計画一日最大給水量を基準としこれに作業用水などを見込んで決める、と定められている。
When updating water supply facilities such as water treatment plants and water distribution reservoirs, appropriate capacity is required to meet water demand. The following documents have been published as guidelines for determining the appropriate size of water treatment plants and distribution reservoirs. For example, Non-Patent
上述の非特許文献1に記載の内容に従って水道施設の規模を決定すれば、給水エリアの水需要を十分満足させることができ、安定的な給水が可能となる。しかしながら上記従来の施設規模決定方法では、安全性や安定性に十分配慮しているため過剰な施設規模となっている可能性がある。また水道施設においては、一般に浄水流量の平準化や配水池水位の目標値維持などの水運用が行われる。このため、浄水場や配水池の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値(最大値)が低減される傾向にあるが、上記従来の施設規模決定方法では、水運用による上記ピーク値の低減効果が考慮されないため、この点からも過剰な施設規模になっている可能性がある。よって従来の施設規模決定方法では施設規模が過剰となり、その結果、より多くの施設更新コストが発生する可能性がある。
If the scale of the water supply facility is determined according to the contents described in the above-mentioned Non-Patent
本発明は、施設更新時における水需要だけでなく、水運用による施設規模の低減効果を考慮した適正な水道施設の施設規模の決定が可能な設備計画支援装置および設備計画支援方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a facility planning support device and a facility planning support method that are capable of determining an appropriate facility scale of a water supply facility, taking into account not only the water demand at the time of facility renewal but also the effect of reducing the facility scale due to water operation. With the goal.
開示する浄水場または配水池の更新時の施設規模の決定を支援する設備計画支援装置は、
前記水浄水場または配水池によって配水される配水区の施設更新予定年における年間の水需要量予測を行い、
前記浄水場の浄水量または配水池の貯水量が大きくなるという悪条件下での前記配水区の複数日数分の所定時間単位の水需要量実績データを、それぞれの前記水需要実績データに対応する年間需要量実績値と前記施設更新予定年における前記水需要量予測の結果とを用いて、それぞれ施設更新予定年相当の水需要量データとなるように補正して、前記悪条件下での施設更新予定年相当の複数の水需要量予測データの作成を行い、
前記作成された複数の各水需要量予測データが与えられたときの前記浄水場または配水池を含む水道施設の水運用計画をそれぞれ立案し、立案された全計画案における前記浄水場の浄水量ピーク値または前記配水池の貯水量ピーク値のうち所定の条件を満たす値をそれぞれ算出し、前記所定の条件を満たす値をそれぞれ前記浄水場または配水池の施設規模として決定する。
A facility planning support device that supports determining the facility size when updating a water treatment plant or water distribution reservoir to be disclosed is
Forecasting the annual water demand in the year in which the facilities of the water distribution district to which water is distributed by the water treatment plant or the water distribution reservoir is scheduled to be updated;
Water demand performance data for a predetermined time unit for a plurality of days in the water distribution district under adverse conditions in which the amount of purified water at the water treatment plant or the amount of water stored in the water distribution reservoir increases is corresponded to each of the water demand performance data. Using the actual annual demand value and the result of the water demand forecast for the year in which the facility is scheduled to be updated, each is corrected to become water demand data corresponding to the year in which the facility is scheduled to be updated. Create multiple water demand forecast data corresponding to the planned update year,
Each of the water operation plans for the water treatment plant or the water supply facility including the distribution reservoir is prepared when each of the plurality of water demand forecast data created above is given, and the amount of purified water of the water treatment plant in all the plans that are drawn up is determined. A value that satisfies a predetermined condition among the peak value or a peak value of the water storage amount of the water distribution reservoir is calculated, and the value that satisfies the predetermined condition is determined as the facility scale of the water purification plant or the water distribution reservoir, respectively.
本発明によれば、施設更新時における水需要だけでなく、水運用による施設規模の低減効果を考慮した適正な水道施設の施設規模の決定が可能となる。 According to the present invention, it is possible to appropriately determine the facility scale of a water facility, taking into account not only the water demand at the time of facility renewal, but also the effect of reducing the facility scale due to water operation.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態に本発明が限定されることはない。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are omitted and simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless specifically limited, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.
以下の説明では、「テーブル」、「リスト」等の表現にて各種情報を説明することがあるが、各種情報は、これら以外のデータ構造で表現されていてもよい。データ構造に依存しないことを示すために「XXテーブル」、「XXリスト」等を「XX情報」と呼ぶことがある。識別情報について説明する際に、「識別情報」、「識別子」、「名」、「ID」、「番号」等の表現を用いた場合、これらについてはお互いに置換が可能である。 In the following description, various information may be described using expressions such as "table" and "list," but various information may be expressed using data structures other than these. "XX table", "XX list", etc. are sometimes referred to as "XX information" to indicate that they do not depend on the data structure. When describing identification information, when expressions such as "identification information", "identifier", "name", "ID", and "number" are used, these expressions can be replaced with each other.
同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are multiple components having the same or similar functions, the same reference numerals may be given different suffixes for explanation. However, if there is no need to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted in the description.
また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理を説明する場合があるが、プログラムは、プロセッサ(例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit))によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源(例えばメモリ)および/またはインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路(例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit))を含んでいてもよい。 In addition, in the following explanation, processing performed by executing a program may be explained, but the program is executed by a processor (for example, a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit)). The processor may be the main body of the processing in order to perform the processing using appropriate storage resources (for example, memory) and/or interface devices (for example, communication ports). Similarly, the subject of processing performed by executing a program may be a controller, device, system, computer, or node having a processor. The main body of the processing performed by executing the program may be an arithmetic unit, and may include a dedicated circuit (for example, FPGA (Field-Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) that performs specific processing. .
プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されてもよいし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されてもよい。 A program may be installed on a device, such as a computer, from a program source. The program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable storage medium. When the program source is a program distribution server, the program distribution server includes a processor and a storage resource for storing the program to be distributed, and the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to other computers. Furthermore, in the following description, two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.
図1に、本発明の一実施形態に係る設備計画支援装置101と監視制御システム、浄水場、ポンプ、配水池、配水管網、ネットワークなどからなる上水道システム102の全体構成の概略図を示す。 FIG. 1 shows a schematic diagram of the overall configuration of a water supply system 102 including a facility planning support device 101, a monitoring and control system, a water purification plant, a pump, a water distribution reservoir, a water distribution pipe network, a network, etc., according to an embodiment of the present invention.
浄水場103、104で浄水された水は浄水場内のポンプ(図示なし)によって配水池105、106、107まで圧送され、各配水池にいったん貯留された後、各配水池内のポンプ(図示なし)によって配水管網108まで圧送され、配水管網108を経て需要家109まで配水される。浄水場103、104は、それぞれ各配水池へ送水した浄水量を所定周期(例えば1分周期)で計測、配水池105、106、107は、それぞれ配水池水位、および他の配水池や配水管網108への配水量を所定周期で計測し、監視制御システム(SCADA)110まで送信する。監視制御システム110は、上記送信された浄水場103、104の浄水量計測値、配水池105、106、107の水位計測値、および配水池105、106、107からの配水量計測値を取得し、その1時間分の総和または平均をとって毎時の1時間単位の各浄水量、各水位、各配水量を集計する。また、監視制御システム110は、配水管網108に対する配水量の総和をとって対象配水区の1時間単位の水需要量を算出し、集計・算出された各データを保存する。設備計画支援装置101は、ネットワーク111を介して監視制御システム110と接続されている。
Water purified at
設備計画支援装置101は、CPU、記憶装置(RAM、ハードディスク、フラッシュメモリ等)、入力部121(キーボード、マウス等)、表示部122(ディスプレイ、プリンタ等)から構成される一般的なコンピュータシステムである。記憶装置には、施設情報登録部123、計測データ取得部124、長期需要予測部(水需要予測部)125、需要データ作成部(水需要データ作成部)126、水運用計画部127、設備計画案提示部128、がプログラムとして記憶されており、CPUがこれらのプログラムを実行する。また記憶装置には、浄水場情報管理テーブル131、配水池情報管理テーブル132、計測データ管理テーブル133、更新予定年水需要データ管理テーブル134、水運用計画案管理テーブル135がデータとして記憶されており、上記プログラムを実行する際に利用することができるようになっている。
The equipment planning support device 101 is a general computer system that includes a CPU, a storage device (RAM, hard disk, flash memory, etc.), an input section 121 (keyboard, mouse, etc.), and a display section 122 (display, printer, etc.). be. The storage device includes a facility
施設情報登録部123は、管理者が入力した浄水場および配水池に関する情報を所定のテーブルに登録するプログラムである。計測データ取得部124は、監視制御システム110より送信された所定期間における浄水量、配水池水位、水需要量の各計測データを取得し、所定のテーブルに登録するプログラムである。長期需要予測部125は、水道施設の更新予定年における対象配水区の水需要量を予測するプログラムである。需要データ作成部126は、対象配水区の水需要量実績データを用いて、水需要量が大きく水道施設(浄水場、配水池)の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値が高くなりやすいといった最悪の環境条件下での水槽施設の更新予定年相当の複数日数の水需要量データを作成するプログラムである。水運用計画部127は、上記作成した最悪の環境条件下での水需要量データを用いて、上水道システム102における水運用計画問題を解いて水運用計画(浄水量、管路流量、配水池水位の計画値)を立案し、更新対象施設の浄水量や配水池貯水量のピーク値を適正な施設規模として決定するプログラムである。設備計画提示部128は、上記決定された更新対象施設の施設規模(浄水量や配水池貯水量のピーク値)とともに、上記ピーク発生日の水需要量データ、および水運用計画案などを合わせて提示するプログラムである。
The facility
浄水場情報管理テーブル131は、各浄水場に関する情報を管理するテーブルである。配水池情報管理テーブル132は、各配水池に関する情報を管理するテーブルである。計測データ管理テーブル133は、監視制御システム110より取得した所定期間における浄水量、配水池水位、水需要量等の各実績データを管理するテーブルである。更新予定年水需要データ管理テーブル134は、上記最悪の環境条件下での更新対象施設の更新予定年における水需要量データを管理するテーブルである。水運用計画案管理テーブル135は、上水道システム102における水運用計画問題を解いて立案された水運用計画案(複数可)を管理するテーブルである。
The water purification plant information management table 131 is a table for managing information regarding each water purification plant. The water distribution reservoir information management table 132 is a table that manages information regarding each water distribution reservoir. The measurement data management table 133 is a table for managing performance data such as the amount of purified water, the water level of the water distribution reservoir, and the amount of water demand for a predetermined period acquired from the monitoring and
本発明の実施の形態において、設備計画支援システム101では、水需要量が大きく水道施設の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値が高くなりやすいといった最悪の環境条件下において、水運用により上記ピーク値をできるだけ低減したときの上記ピーク値に基づいて施設規模の決定を行っている。安全性の観点から言えば、本来は最悪の環境条件下における上記ピーク値に基づいて施設規模を決めるべきであるが、最悪の環境条件下であっても適切な水運用により上記ピーク値を低減できる場合は、その低減された上記ピーク値に基づいて施設規模を決定しても現実的には問題ないという考え方に基づいている。ここで、更新対象施設を浄水場103と配水池106であると仮定しておく。このとき設備計画支援システム101は、浄水場103の施設規模として浄水量の最大値(上限値)を決定し、配水池106の施設規模として貯水量の最大値(上限値)を決定することになる。
In the embodiment of the present invention, the facility planning support system 101 performs operations under the worst environmental conditions, such as when the water demand is large and the peak value of the purified water amount corresponding to the facility scale of the water supply facility and the peak value of the water reservoir water storage amount are likely to be high. The scale of the facility is determined based on the peak value when the peak value is reduced as much as possible through water operation. From a safety perspective, the scale of the facility should originally be determined based on the above peak value under the worst environmental conditions, but even under the worst environmental conditions, the above peak value can be reduced by appropriate water management. This is based on the idea that, if possible, there is no practical problem in determining the scale of the facility based on the reduced peak value. Here, it is assumed that the facilities to be updated are the
設備計画支援システム101では、以下の処理(1)~(6)の処理を実行することにより、上述の考え方に基づいた、水需要だけでなく施設運用も考慮した適正な施設規模の決定が可能となる。
(1)施設情報の登録
(2)計測データの取得
(3)更新予定年における年間需要量予測
(4)最悪の環境条件下での水需要量データの作成
(5)最悪の環境条件下での水運用計画立案に基づく施設規模の決定
(6)施設規模案と各対応する水運用計画案の提示
以下、処理(1)~(6)の実現方法について、図2~14を用いて説明する。
In the facility planning support system 101, by executing the following processes (1) to (6), it is possible to determine an appropriate facility size based on the above-mentioned concept, taking into account not only water demand but also facility operation. becomes.
(1) Registering facility information (2) Obtaining measurement data (3) Forecasting annual demand in the planned renewal year (4) Creating water demand data under the worst environmental conditions (5) Under the worst environmental conditions (6) Presentation of facility scale plan and corresponding water operation plan plans Below, methods for realizing processes (1) to (6) will be explained using Figures 2 to 14. do.
はじめに、施設情報の登録処理(1)について説明する。設備計画支援装置101の管理者は、事前に、入力部121より、浄水場に関する情報として、浄水場103、104の名称、浄水量の上下限値、接続先施設の名称を入力し、また配水池に関する情報として、配水池105、106、107の名称、貯水量の上下限値、配水池の断面積を入力しておく。設備計画支援装置101の施設情報登録部123は、上記入力された各浄水場および各配水池のエントリごとに、上記入力情報を浄水場情報管理テーブル131および配水池情報管理テーブル132に登録する。図2、図3に、それぞれ施設情報登録部123によって登録された浄水場情報管理テーブル131、配水池情報管理テーブル132の一例を示しておく。
First, the facility information registration process (1) will be explained. The administrator of the facility planning support device 101 inputs the names of the
上記のようにして、施設情報登録部123によって、施設情報の登録処理が行われる。
As described above, the facility
次に、計測データの取得処理(2)について説明する。本処理(2)は、浄水場または配水池の更新に向けた施設規模の算定を行う際に、設備計画支援装置101の管理者によって実行される。管理者は、入力部121より、計測データの取得の指示を入力する。設備計画支援装置101の計測データ取得部104は、ネットワーク111を介して、監視制御システム110に対して、過去時点から現時点までの所定期間(例えば10年間)における浄水量、配水池水位、水需要量の1時間単位の各計測データの送信を指示する。指示を受けた監視制御システム110は、ネットワーク111を介して、上記各計測データとその計測日時(曜日含む)を送信する。計測データ取得部104は、上記送信された核計測データとその計測日時(曜日含む)を受信し、計測データ管理テーブル133に登録する。このとき各配水池105、106、107の水位計測値に各配水池の断面積を乗じて各配水池の貯水量を算出し、合わせて計測データ管理テーブル133に登録する。図4に、計測データ取得部104によって登録された計測データ管理テーブル133の一例を示しておく。
Next, the measurement data acquisition process (2) will be explained. This process (2) is executed by the administrator of the facility planning support device 101 when calculating the facility scale for updating a water purification plant or a water distribution reservoir. The administrator inputs an instruction to acquire measurement data from the
上記のようにして、計測データ取得部104によって、計測データの登録処理が行われる。
As described above, the measurement
次に、更新予定年における年間需要量予測処理(3)について説明する。本処理(3)は、上記処理(2)が行われた後で、設備計画支援装置101の管理者によって実行される。管理者は、入力部121より、更新対象施設の更新予定年(例えば本年から5年後)を入力する。設備計画支援装置101の長期需要予測部125は、公知の長期水需要予測技術を用いて更新予定年における対象配水エリアの年間水需要量Aの予測を行う。例えば、長期需要予測部125は、対象配水エリアを含む地域における、人口、高齢者人口、世帯数、単身世帯数、世帯構成人員数、一人あたり市民所得、一人あたり消費支出などを説明変数とし、対象配水エリアにおける年間水需要量を被説明変数とする重回帰モデルを用いることができる。長期需要予測部125は、上記説明変数の説明変数の過去実績および将来予測の公開データ、および計測データ管理テーブル133に登録された時間需要量の積算より算出された過去の年間水需要量実績データを用いて重回帰モデルの構築、予測を行えばよい。
Next, the annual demand forecasting process (3) in the planned update year will be explained. This process (3) is executed by the administrator of the facility planning support device 101 after the above process (2) is performed. The administrator inputs the planned update year of the facility to be updated (for example, 5 years from this year) using the
上記のようにして、長期需要予測部125によって、更新予定年における年間需要量予測処理が行われる。
As described above, the long-term
次に、最悪の環境条件下での水需要量データの作成処理(4)について説明する。設備計画支援装置101の需要データ作成部126は、上記処理(3)が行われた後で、水需要量が大きく水道施設の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値が高くなりやすいといった最悪の環境条件下における複数日数分の施設更新予定年に相当する水需要量データの作成を行う。図5に、最悪の環境条件下における複数日数分の施設更新予定年に相当する水需要量データの作成を行う処理のフローチャートを示す。
Next, the process (4) for creating water demand data under the worst environmental conditions will be explained. After the above process (3) is performed, the demand
ステップS501において、需要データ作成部126は、計測データ管理テーブル133に登録された直近1年間の平日の実績データの中から、各更新対象施設ごとに、その施設規模に相当する所定量(更新対象施設が浄水場の場合は浄水量、配水池の場合は貯水量)の日ピーク値が高くなる上位10日分の水需要量実績データ(すなわち上記ピーク値が高くなりやすい最悪の環境条件下のデータ)を選定する。上記仮定のように更新対象施設は浄水場103と配水池106であるため、需要データ作成部126は、直近1年間の平日の実績データの中から、浄水場103の浄水量の日ピーク値が高くなる上位10日分の水需要量実績データを選定し、また配水池106の貯水量の日最大値が高くなる上位10日分の水需要量実績データを選定する。それぞれ選定された10日分のデータに重複の日があれは1日分のデータとして考えてよく、最大20日分のデータが選定される。
In step S501, the demand
ステップS502において、需要データ作成部126は、計測データ管理テーブル133に登録された直近1年間の休日(土曜、日曜、祝日)の実績データの中から、各更新対象施設ごとに、その施設規模に相当する所定量(更新対象施設が浄水場の場合は浄水量、配水池の場合は貯水量)の日ピーク値が高くなる上位10日分の水需要量実績データ(すなわち上記ピーク値が高くなりやすい最悪の環境条件下のデータ)を選定する。上記仮定のように更新対象施設は浄水場103と配水池106であるため、需要データ作成部126は、直近1年間の休日の実績データの中から、浄水場103の浄水量の日ピーク値が高くなる上位10日分の水需要量実績データを選定し、また配水池106の貯水量の日最大値が高くなる上位10日分の水需要量実績データを選定する。それぞれ選定された10日分のデータに重複の日があればそれは1日分のデータとして考えてよく、最大20日分のデータが選定される。
In step S502, the demand
ここで上述のように、平日データと休日データの中からそれぞれ別々に最悪の環境条件下のデータの選定を行ったが、これは、平日と休日とで大きく異なる水需要量パターン(24時間時系列パターン)の両方を含むように最悪の環境条件下のデータを選定するためである。もし平日データと休日データを分けずに上記データの選定を行った場合、平日または休日のどちらかの最悪の環境条件下の水需要量データが選定されない可能性があり、その結果、平日または休日のどちらかの最悪の環境条件下の水需要が考慮されないまま不適切な施設規模の決定が行われる可能性がある。よって上述のように、ステップS501とステップS502を分けることにより、後述のように、平日と休日の両方の最悪の環境条件下の水需要を考慮した施設規模の決定が可能となり、その信頼性が向上する。 As mentioned above, data under the worst environmental conditions was selected separately from weekday data and holiday data, but this is because the water demand pattern (24 hour hour This is to select data under the worst environmental conditions so as to include both series patterns). If the above data is selected without separating weekday data and holiday data, there is a possibility that the water demand data under the worst environmental conditions on weekdays or holidays will not be selected, and as a result, the water demand data on weekdays or holidays may not be selected. Inappropriate facility sizing decisions may be made without considering the water demand under either of the worst environmental conditions. Therefore, as described above, by separating step S501 and step S502, it is possible to determine the facility scale taking into account the water demand under the worst environmental conditions on both weekdays and holidays, as will be described later, and its reliability can be improved. improves.
ステップS503において、需要データ作成部126は、計測データ管理テーブル133に登録された直近1年間の時間単位の需要量実績値を積算し、年間の水需要量実績値Bを算出する。
In step S503, the demand
ステップS504において、需要データ作成部126は、ステップS501、S502において選定された全ての日(最大40日)に対する水需要量データに対して、上記処理(3)において予測された更新予定年の年間需要量予測値Aに対する直近1年間の年間水需要量実績値Bの比(A/B)を乗じて補正し、直近1年間の上記選定された各日の水需要量データを更新予定年に相当する水需要量データを作成する。そして需要データ作成部126は、作成した全ての日(最大40日)の水需要量データ(予測データ)を更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録する。図6に、需要データ作成部126によって登録された更新予定年水需要データ管理テーブル134の一例を示しておく。
In step S504, the demand
上記のようにして、需要データ作成部126によって、最悪の環境条件下での水需要量データの作成処理が行われる。
As described above, the demand
次に、最悪の環境条件下での水運用計画立案に基づく施設規模の決定処理(5)について説明する。設備計画支援装置101の水運用計画部127は、上記処理(4)が行われた後で、上記作成された最悪の環境条件下での複数日数分の水需要量データに対する各水道施設の24時間分の水運用計画の立案を行う。このとき更新対象施設である浄水場103の施設規模に相当する浄水場103浄水量のピーク値(日最大値)と配水池106の施設規模に相当する配水池106貯水量ピーク値(日最大値)が最小となるように浄水量または貯水量を削減した計画立案を行う。そして水運用計画部127は、上記複数日数分の上記立案された全ての計画案における上記各ピーク値の最大値を用いて適正な施設規模を決定する。すなわち水運用計画部127は、水需要量が大きく水道施設の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値が高くなりやすいといった最悪の環境条件下であっても、適切な水運用を行うことにより、これ以上高くなることはないとみなされるときのピーク値(すなわち全ピーク値の中の最大値)を用いて各施設規模を決定するものである。
Next, the facility scale determination process (5) based on water operation planning under the worst environmental conditions will be explained. After the above process (4) is performed, the water
水運用計画部127では、上述の浄水場103浄水量計画値と配水池106の水位計画値のピーク値が最小となるような浄水量または貯水量を削減した計画立案を行うために、以下のような水運用計画問題の定式化を行っている。これを以下に示す。
In the water
図1に示す水道施設および水系構造に対する水運用計画を立案するための水運用計画問題について、各施設における所定の変数を以下のように定義する。これを図7に示す(一部図示なし)。ここで、時刻t=1、…、24(1時間単位、24時間分)とし、流量(浄水量、配水量)は時刻t-1から時刻tまでのトータル値、水位は時刻tにおける値とする。 Regarding the water operation planning problem for formulating a water operation plan for the water supply facilities and water system structure shown in FIG. 1, predetermined variables for each facility are defined as follows. This is shown in FIG. 7 (parts not shown). Here, times t = 1, ..., 24 (1 hour unit, 24 hours), the flow rate (purified water amount, water distribution amount) is the total value from time t-1 to time t, and the water level is the value at time t. do.
・X1(t):時刻tにおける浄水場103の浄水量(配水池105への流量)
・X2(t):時刻tにおける浄水場104の浄水量(配水池107への流量)
・X3(t):時刻tにおける配水池105から配水管網108への配水量
・X4(t):時刻tにおける配水池106から配水管網108への配水量
・X5(t):時刻tにおける配水池107から配水管網108への配水量
・X6(t):時刻tにおける配水池105から配水池106への流量
・X7(t):時刻tにおける配水池107から配水池106への流量
・V1(t):時刻tにおける配水池105の水位(初期値のみ既知)
・V2(t):時刻tにおける配水池105の水位(初期値のみ既知)
・V3(t):時刻tにおける配水池105の水位(初期値のみ既知)
・D(t):時刻tにおける需要量(既知)
・E1(t):時刻tにおける浄水場103の浄水設備・ポンプの電力消費量
・E2(t):時刻tにおける浄水場104の浄水設備・ポンプの電力消費量
・E3(t):時刻tにおける配水池105から配水管網108に送水するポンプの電力消費量
・E4(t):時刻tにおける配水池106から配水管網108に送水するポンプの電力消費量
・E5(t):時刻tにおける配水池107から配水管網108に送水するポンプの電力消費量
・E6(t):時刻tにおける配水池105から配水池106に送水するポンプの電力消費量
・E7(t):時刻tにおける配水池107から配水池106に送水するポンプの電力消費量
・X1(t): Amount of purified water in the
・X2(t): Amount of purified water in the
-X3(t): Amount of water distributed from the
・V2(t): Water level of the
・V3(t): Water level of the
・D(t): Demand quantity at time t (known)
・E1(t): Power consumption of the water purification equipment and pumps of the
このとき、上記各変数を用いて、水運用計画問題(制約条件、目的関数)は一般的に以下のように定式化される。 At this time, the water operation planning problem (constraints, objective function) is generally formulated as follows using the above variables.
〇制約条件(水収支式)
・V1(t)=V1(t-1)+X1(t)-X3(t)-X6(t) (t=1、…、24)
・V2(t)=V2(t-1)+X6(t)+X7(t)-X4(t) (t=1、…、24)
・V3(t)=V3(t-1)+X2(t)-X5(t)-X7(t) (t=1、…、24)
・D(t)=X3(t)+X4(t)+X5(t) (t=1、…、24)
〇Constraint conditions (water balance formula)
・V1(t)=V1(t-1)+X1(t)-X3(t)-X6(t) (t=1,...,24)
・V2(t)=V2(t-1)+X6(t)+X7(t)-X4(t) (t=1,...,24)
・V3(t)=V3(t-1)+X2(t)-X5(t)-X7(t) (t=1,...,24)
・D(t)=X3(t)+X4(t)+X5(t) (t=1,...,24)
〇制約条件(電力消費量計算式)
・浄水場103の浄水設備・ポンプ電力量E1(t)=F1(X1(t)) (F1はX1の一次関数または折線関数、t=1、…、24)
・浄水場104の浄水設備・ポンプ電力量E2(t)=F2(X2(t)) (F2はX2の一次関数または折線関数、t=1、…、24)
・配水池105のポンプ電力量E3(t)+E6(t)=F3(X3(t))+F6(X6(t)) (F3はX3の一次関数または折線関数、F6はX6の一次関数または折線関数、t=1、…、24)
・配水池106のポンプ電力量E4(t)=F4(X4(t)) (F4はX4の一次関数または折線関数、t=1、…、24)
・配水池107のポンプ電力量E5(t)+E7(t)=F5(X5(t))+F7(X7(t)) (F5はX5の一次関数または折線関数、F7はX7の一次関数または折線関数、t=1、…、24)
〇 Constraints (power consumption calculation formula)
・Water purification equipment of
・Water purification equipment of
・Pump power consumption of
- Pump power consumption of
・Pump power consumption of
〇制約条件(上下限制約)
・X1_MIN ≦ X1(t) ≦ X1_MAX
(X1_MINはX1の下限値、X1_MAXはX1の上限値、t=1、…、24)
・X2_MIN ≦ X2(t) ≦ X2_MAX
(X2_MINはX2の下限値、X2_MAXはX2の上限値、t=1、…、24)
・X3_MIN ≦ X3(t) ≦ X3_MAX (t=1、…、24)
(X3_MINはX3の下限値、X3_MAXはX3の上限値、t=1、…、24)
・X4_MIN ≦ X4(t) ≦ X4_MAX (t=1、…、24)
(X4_MINはX4の下限値、X4_MAXはX4の上限値、t=1、…、24)
・X5_MIN ≦ X5(t) ≦ X5_MAX (t=1、…、24)
(X5_MINはX5の下限値、X5_MAXはX5の上限値、t=1、…、24)
・X6_MIN ≦ X6(t) ≦ X6_MAX (t=1、…、24)
(X6_MINはX6の下限値、X6_MAXはX6の上限値、t=1、…、24)
・X7_MIN ≦ X7(t) ≦ X7_MAX (t=1、…、24)
(X7_MINはX7の下限値、X7_MAXはX7の上限値、t=1、…、24)
・V1_MIN ≦ V1(t) ≦ V1_MAX (t=1、…、24)
(V1_MINはV1の下限値、V1_MAXはX2の上限値、t=1、…、24)
・V2_MIN ≦ V2(t) ≦ V2_MAX (t=1、…、24)
(V2_MINはV2の下限値、V2_MAXはV2の上限値、t=1、…、24)
・V3_MIN ≦ V3(t) ≦ V3_MAX (t=1、…、24)
(V3_MINはV3の下限値、V3_MAXはV3の上限値、t=1、…、24)
〇 Constraint conditions (upper and lower limit constraints)
・X1_MIN ≦ X1(t) ≦ X1_MAX
(X1_MIN is the lower limit value of X1, X1_MAX is the upper limit value of X1, t=1, ..., 24)
・X2_MIN ≦ X2(t) ≦ X2_MAX
(X2_MIN is the lower limit value of X2, X2_MAX is the upper limit value of X2, t=1,...,24)
・X3_MIN ≦ X3(t) ≦ X3_MAX (t=1,...,24)
(X3_MIN is the lower limit value of X3, X3_MAX is the upper limit value of X3, t=1,...,24)
・X4_MIN ≦ X4(t) ≦ X4_MAX (t=1,...,24)
(X4_MIN is the lower limit value of X4, X4_MAX is the upper limit value of X4, t=1,...,24)
・X5_MIN ≦ X5 (t) ≦ X5_MAX (t=1,...,24)
(X5_MIN is the lower limit value of X5, X5_MAX is the upper limit value of X5, t=1,...,24)
・X6_MIN ≦ X6 (t) ≦ X6_MAX (t=1,...,24)
(X6_MIN is the lower limit value of X6, X6_MAX is the upper limit value of X6, t=1,...,24)
・X7_MIN ≦ X7 (t) ≦ X7_MAX (t=1,...,24)
(X7_MIN is the lower limit value of X7, X7_MAX is the upper limit value of X7, t=1,...,24)
・V1_MIN ≦ V1(t) ≦ V1_MAX (t=1,...,24)
(V1_MIN is the lower limit value of V1, V1_MAX is the upper limit value of X2, t=1,...,24)
・V2_MIN ≦ V2 (t) ≦ V2_MAX (t=1,...,24)
(V2_MIN is the lower limit value of V2, V2_MAX is the upper limit value of V2, t=1,...,24)
・V3_MIN ≦ V3 (t) ≦ V3_MAX (t=1,...,24)
(V3_MIN is the lower limit value of V3, V3_MAX is the upper limit value of V3, t=1,...,24)
〇目的関数 〇Objective function
上記目的関数J1を構成する4つの目的項は、水運用計画問題において一般的に用いられるものである。第1項はトータル電力消費量を最小化する項(省エネ)、第2項は最大電力消費量を最小化する項(デマンドレスポンス時などのピーク電力最小化)、第3項は流量変動を最小化する項(流量安定化)、第4項は貯水量の目標値との誤差を最小化する項(目標貯水量維持)であり、全ての目的項を用いる必要はなく、水運用の目的に応じて必要な目的項のみ選定し目的関数を構成すればよい。上記定式化された水運用計画問題には、max記号(最大値)や絶対値記号、折線関数などが含まれているが、等価な線形計画問題または混合整数計画問題に変換可能であり、MATLAB(登録商標)やGUROBIなどの数値解析ソフトウェアを用いて求解することができる。上記水運用計画問題を解くことにより、上記目的関数J1の値を最小化した各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値が算出される。すなわち水運用計画案が立案され、上記各流量計画値となるように各ポンプ運転を行うことより各配水池の貯水量が上記貯水量計画値となるように変動する。その結果、上記目的関数値は最小化され、目的関数の各個別目的項に対応した省エネ、ピーク電力最小化、流量平準化、目標貯水量維持などの実現が図られるようになる。 The four objective terms constituting the objective function J1 are those commonly used in water operation planning problems. The first term is a term that minimizes total power consumption (energy saving), the second term is a term that minimizes maximum power consumption (minimization of peak power during demand response, etc.), and the third term is a term that minimizes flow rate fluctuations. The fourth term is a term that minimizes the error between the target water storage amount and the target water storage amount (maintenance of target water storage amount).There is no need to use all the objective terms; It is only necessary to select only the necessary objective terms and configure the objective function accordingly. The water operation planning problem formulated above includes max symbols (maximum values), absolute value symbols, broken line functions, etc., but it can be converted to an equivalent linear programming problem or mixed integer programming problem, and can be converted to an equivalent linear programming problem or mixed integer programming problem, The solution can be solved using numerical analysis software such as (registered trademark) or GUROBI. By solving the above water operation planning problem, each flow rate X1 (t), ..., X7 (t) and each water storage amount V1 (t), ..., V1 (t) that minimize the value of the above objective function J1 are Planned values are calculated. That is, a water operation plan is drawn up, and by operating each pump so as to achieve each of the flow rate plan values described above, the amount of water stored in each distribution reservoir is varied so that the amount of water stored in each reservoir becomes the planned amount of water. As a result, the objective function value is minimized, and it is possible to achieve energy saving, peak power minimization, flow rate leveling, target water storage amount maintenance, etc. corresponding to each individual objective term of the objective function.
上述の定式化された水運用計画問題において、その目的関数に更新対象である浄水場103の浄水量平準化や配水池106の目標貯水量維持などの目的項が含まれていれば、浄水場103の浄水量ピーク値や配水池106の貯水量ピーク値がある程度低減された計画が立案される可能性がある。しかしながら一般的には、浄水場や配水池の現在の施設能力を最大限活用した水運用計画が立案されるため、必ずしも上記各ピーク値が十分に低減されるとは限らない。
In the above-mentioned formulated water operation planning problem, if the objective function includes objective terms such as leveling the water treatment amount of the
そこで水運用計画部127では、上述の一般的な水運用計画問題に対して、目的関数を変更、または制約条件(上限制約)を変更することにより、上記各ピーク値をできるだけ低減した水運用計画を立案可能としている。
Therefore, the water
目的関数を変更する場合、更新対象である浄水場103の浄水量ピーク最小化項と配水池106の貯水量ピーク最小化項を追加し、以下のように構成する(説明簡略化のため、目的関数には上記追加項のほかにトータル電力最小化項のみ残している)。目的関数に上記ピーク最小化項が追加されたため、目的関数の変更された水運用計画問題を求解することにより、更新対象施設の上記ピーク値をできるだけ低減した水運用計画を立案可能となる。
When changing the objective function, add a term to minimize the peak water purification amount of the
〇目的関数 〇Objective function
制約条件を変更する場合、更新対象である浄水場103の浄水量の上限値、および配水池106の貯水量の上限値を以下のように徐々に下げていくものとし(その他の制約条件の変更なし、目的関数の追加なし、説明簡略化のため、目的関数はトータル電力最小化項のみとする)、制約条件の変更(上限値の低減)とその水運用計画問題の求解とを実行可能解が得られなくなるまで繰り返すことにより、更新対象施設の上記ピーク値をできるだけ低減した水運用計画を立案可能となる。
When changing the constraint conditions, the upper limit of the water purification amount of the
〇制約条件(上限制約)
・X1(t) ≦ X1_MAX-n・ΔX1
(X1_MAXはX1の初期上限値、ΔX1は所定量、n=0、1、2、…)
・V2(t) ≦ V2_MAX-n・ΔV2
(V2_MAXはV2の初期上限値、ΔV2は所定量、n=0、1、2、…)
〇Constraint conditions (upper limit constraint)
・X1(t) ≦ X1_MAX-n・ΔX1
(X1_MAX is the initial upper limit of X1, ΔX1 is a predetermined amount, n=0, 1, 2,...)
・V2(t) ≦ V2_MAX-n・ΔV2
(V2_MAX is the initial upper limit value of V2, ΔV2 is a predetermined amount, n=0, 1, 2,...)
〇目的関数 〇Objective function
水運用計画部127は、上記目的関数の変更された水運用計画問題、または制約条件の変更された水運用計画問題のいずれかを用いて、更新対象施設の施設規模の決定を行う。
The water
はじめに、目的関数の変更された水運用計画問題P1を用いたときの更新対象施設の施設規模の決定を行う処理について説明する。図8に、目的関数の変更された水運用計画問題P1を用いたときの更新対象施設の施設規模の決定を行う処理のフローチャートを示す。 First, a process for determining the facility scale of a facility to be updated when using the water operation planning problem P1 with a changed objective function will be described. FIG. 8 shows a flowchart of the process of determining the facility scale of the facility to be updated when using the water operation planning problem P1 with a changed objective function.
ステップS801において、水運用計画部127は、水運用計画問題P1の目的関数J2の重みパラメータW1を初期化(最小値を設定)する。
In step S801, the water
ステップS802において、水運用計画部127は、水運用計画問題P1の目的関数J2の重みパラメータW2を初期化(最小値を設定)する。
In step S802, the water
ステップS803において、水運用計画部127は、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における水需要データの中から未使用(当該データを用いて水運用計画の立案が行われていない)の1日24時間分のデータを選定する。
In step S803, the water
ステップS804において、水運用計画部127は、目的関数J2を持つ水運用計画問題P1を用いて、上記選定された最悪の環境条件下における水需要データが与えられたときの各水道施設の24時間分の水運用計画の立案を行う。そして、水運用計画部127は、立案された計画案(各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値)およびトータル電力消費量計画値(目的関数J2の第1項の値)を記憶装置内に一時保存する。
In step S804, the water
ステップS805において、水運用計画部127は、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された全ての水需要データに対する水運用計画立案が行われたかどうかの確認を行う。全ての水需要データに対して計画立案が行われている場合はステップS806に進み、そうでない場合はステップS803に進む。
In step S805, the water
ステップS806において、水運用計画部127は、記憶装置内に一時保存された全ての計画案の中から、更新対象施設である浄水場103の浄水量ピーク値(日最大値)、および配水池106の貯水量ピーク値(日最大値)のそれぞれの最大値(全計画案の最大値)を算出し、算出された浄水量ピーク値の全計画案最大値、貯水量ピーク値の全計画案最大値をそれぞれ浄水場103、配水池106の適正な施設規模として決定する。そして、水運用計画部127は、各ピーク値がそれぞれ最大となった日の計画案を選定し、そのときの重みパラメータW1、W2、最大となる上記各ピーク値(施設規模案)、トータル電力消費量計画値、および計画案(各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値)を水運用計画案管理テーブル135に登録する。水運用計画案管理テーブル135は更新対象施設の個数分だけ存在し、本実施形態のケースでは、浄水場103の浄水量ピーク値が最大となる日の上記データを登録するためのテーブル135と、配水池106の貯水量ピーク値が最大となる日の上記データを登録するためのテーブル135の2種類のテーブルが存在する。図9、図10に、水運用計画部127によって登録された各水運用計画案管理テーブル135の一例を示しておく。2種類のテーブル135に対して、重みパラメータW1、W2の値の組合せごとに1つのエントリが登録される。ここで、ステップS803からステップS806までの一連の処理が同一の重パラメータW1、W2の値の組合せに対する処理となっている。
In step S806, the water
ステップS807において、水運用計画部127は、重みパラメータW2が所定の最大値に達しているかどうかの確認を行う。最大値に達している場合はステップS809に進み、そうでない場合はステップS808に進む。
In step S807, the water
ステップS808において、水運用計画部127は、重みパラメータW2に対して所定量ΔW2を加算し更新する(W2←W2+ΔW2)。また、水運用計画部127は、重みパラメータが変更(水運用計画問題が変更)されたため、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における全ての水需要データを未使用に設定する。
In step S808, the water
ステップS809において、水運用計画部127は、重みパラメータW1が所定の最大値に達しているかどうかの確認を行う。最大値に達している場合は全ての処理を終了し、そうでない場合はステップS810に進む。
In step S809, the water
ステップS810において、水運用計画部127は、重みパラメータW1に対して所定量ΔW1を加算し更新する(W1←W1+ΔW1)。また、水運用計画部127は、重みパラメータが変更(水運用計画問題が変更)されたため、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における全ての水需要データを未使用に設定する。
In step S810, the water
上述のようにして、水運用計画部127において、計画問題P1を用いて、計画問題P1の目的関数に含まれる重みパラメータW1、W2の取りうる所定値の全ての組合せに対して、上記最悪の環境条件下での複数日数分の水需要量データが与えられたときの各水道施設の24時間分の水運用計画の立案が行われる。立案された計画案において、更新対象施設である浄水場103の施設規模に相当する浄水場103浄水量のピーク値(日最大値)と配水池106の施設規模に相当する配水池106貯水量ピーク値(日最大値)が最小化されている。この上記複数日数分の上記立案された全ての計画案における最小化された上記各ピーク値の最大値(全計画案の最大値)を用いて適正な施設規模が決定される。よって重みパラメータの値の組合せごとに、浄水場103および配水池106の適正な施設規模の案が決定されることになる。なお、本例では、上記各ピーク値の最大値を用いて適正な施設規模を決定したが、必ずしも上記各ピーク値の最大値を用いる必要はなく環境に応じて他の値を代用してもよい。例えば、水運用計画部127は、上記各ピーク値のうち、上記各ピーク値の最大値から所定値小さい値(例えば、上記各ピーク値の最大値の98%となる値)のような所定の条件を満たす値がある場合には、その値を適正な値とみなして施設規模を決定してもよい。
As described above, in the water
次に、制約条件の変更された水運用計画問題P2を用いたときの更新対象施設の施設規模の決定を行う処理について説明する。図11に、制約条件の変更された水運用計画問題P2を用いたときの更新対象施設の施設規模の決定を行う処理のフローチャートを示す。 Next, a process for determining the facility scale of the facility to be updated when using the water operation plan problem P2 with changed constraints will be described. FIG. 11 shows a flowchart of the process of determining the facility scale of the facility to be updated when using the water operation plan problem P2 with changed constraints.
ステップS1101において、水運用計画部127は、水運用計画問題P2の制約条件(上限制約)における更新対象施設である浄水場103の浄水量X1(t)の上限値を初期化(所定の初期上限値X1_MAXを設定)する。
In step S1101, the water
ステップS1102において、水運用計画部127は、水運用計画問題P2の制約条件(上限制約)における更新対象施設である配水池106の貯水量V2(t)の上限値を初期化(所定の初期上限値V2_MAXを設定)する。
In step S1102, the water
ステップS1103において、水運用計画部127は、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における水需要データの中から未使用(当該データを用いて水運用計画の立案が行われていない)の1日24時間分のデータを選定する。
In step S1103, the water
ステップS1104において、水運用計画部127は、水運用計画部127は、目的関数J2を持つ水運用計画問題P1を用いて、上記選定された最悪の環境条件下における水需要データが与えられたときの各水道施設の24時間分の水運用計画の立案を行う。そして水運用計画部127は、実行可能解が得られたかどうかの確認を行う(制約条件が変更されていくため実行可能解が得られない場合あり)。実行可能解が得られた場合はステップS1105に進み、そうでない場合はステップS1108に進む。
In step S1104, the water
ステップS1105において、水運用計画部127は、ステップS1104において立案された計画案(各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値)およびトータル電力消費量計画値(目的関数J3の値)を記憶装置内に一時保存する。
In step S1105, the water
ステップS1106において、水運用計画部127は、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された全ての水需要データに対する水運用計画立案が行われたかどうかの確認を行う。全ての水需要データに対して計画立案が行われている場合はステップS1107に進み、そうでない場合はステップS1103に進む。
In step S1106, the water
ステップS1107において、水運用計画部127は、記憶装置内に一時保存された全ての計画案の中から、更新対象施設である浄水場103の浄水量ピーク値(日最大値)、および配水池106の貯水量ピーク値(日最大値)のそれぞれの最大値(全計画案の最大値)を算出する。水運用計画部127は、算出された浄水量ピーク値の全計画案最大値、貯水量ピーク値の全計画案最大値をそれぞれ浄水場103、配水池106の適正な施設規模として決定する。そして、水運用計画部127は、各ピーク値がそれぞれ最大となった日の計画案を選定し、そのときの浄水量X1の上限値、貯水量V2の上限値、最大となる上記各ピーク値(施設規模案)、トータル電力消費量計画値、および計画案(各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値)を水運用計画案管理テーブル135に登録する。水運用計画案管理テーブル135は更新対象施設の個数分だけ存在し、本実施形態のケースでは、浄水場103の浄水量ピーク値が最大となる日の上記データを登録するためのテーブル135と、配水池106の貯水量ピーク値が最大となる日の上記データを登録するためのテーブル135の2種類のテーブルが存在する。図12、図13に、水運用計画部127によって登録された各水運用計画案管理テーブル135の一例を示しておく。2種類のテーブル135に対して、浄水量X1の上限値、貯水量V2の上限値の組合せごとに1つのエントリが登録される。ここで、ステップS1103からステップS1107までの一連の処理が同一の浄水量X1の上限値、貯水量V2の上限値の組合せに対する処理となっている。
In step S1107, the water
ステップS1108において、水運用計画部127は、現在の貯水量V2の上限値が所定の初期上限値V2_MAXであるかどうかの確認を行う。初期上限値である場合は全ての処理を終了し、そうでない場合はステップS1109に進む。
In step S1108, the water
ステップS1109において、水運用計画部127は、貯水量V2の上限値に対して所定量ΔV2を減算し更新する(V2上限値←V2上限値-ΔV2)。また、水運用計画部127は、制約条件が変更(水運用計画問題が変更)されたため、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における全ての水需要データを未使用に設定する。
In step S1109, the water
ステップS1110において、水運用計画部127は、浄水量X1の上限値に対して所定量ΔX1を減算し更新する(X1上限値←X1上限値-ΔX1)。また、水運用計画部127は、制約条件が変更(水運用計画問題が変更)されたため、更新予定年水需要データ管理テーブル134に登録された最悪の環境条件下における全ての水需要データを未使用に設定する。
In step S1110, the water
上述のようにして、水運用計画部127において、計画問題P2を用いて、計画問題P1の制約条件に含まれる浄水量X1上限値、貯水量V2上限値の取りうる所定値の全ての組合せに対して、上記最悪の環境条件下での複数日数分の水需要量データが与えられたときの各水道施設の24時間分の水運用計画の立案が行われる。立案された計画案において、更新対象施設である浄水場103の施設規模に相当する浄水場103浄水量のピーク値(日最大値)と配水池106の施設規模に相当する配水池106貯水量ピーク値(日最大値)が最小化されている。この上記複数日数分の上記立案された全ての計画案における最小化された上記各ピーク値の最大値(全計画案の最大値)を用いて適正な施設規模が決定される。よって浄水量X1上限値、貯水量V2上限値の組合せごとに、浄水場103および配水池106の適正な施設規模が決定されることになる。
As described above, the water
上記のようにして、水運用計画部127によって、最悪の環境条件下での水運用計画立案に基づく施設規模の決定処理が行われる。
As described above, the water
次に、施設規模案と各対応する水運用計画案の提示処理(6)について説明する。設備計画支援装置101の設備計画提示部128は、上記処理(5)が行われた後で、上記決定された更新対象施設の施設規模(浄水量や配水池貯水量のピーク値)とともに、上記ピーク発生日の水需要量データ、および水運用計画案などの提示を行う。
Next, the presentation process (6) of the facility scale plan and each corresponding water operation plan plan will be explained. After the above process (5) is performed, the facility
設備計画提示部128は、水運用計画案管理テーブル135に登録された各エントリごとの更新対象施設の適正な施設規模案(浄水場103の浄水量ピーク値、配水池106の貯水量ピーク値)、そのピークが発生する日のトータル電力消費量計画値、水需要量予測データ、および水運用計画案(各流量X1(t)、…、X7(t)、および各貯水量V1(t)、…、V1(t)の計画値)を表示する画面を作成し、表示部122に表示する。表示部122に表示される施設規模案、水運用計画案等の表示画面の一例を図14に示す。その結果、上水道システム102の管理者は、表示部122に表示された複数の施設規模案とそのときのトータル電力消費量計画値などを比較しながら、各更新対象施設の適正な施設規模の決定を行うことが可能となる。
The facility
上記のようにして、設備計画提示部128によって、施設規模案と各対応する水運用計画案の提示処理が行われる。
As described above, the facility
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、施設更新年における水需要量が大きく水道施設の施設規模に相当する浄水量や配水池貯水量のピーク値が高くなりやすいといった最悪の環境条件下において、水運用により上記ピーク値をできるだけ低減したときの上記ピーク値に基づいて施設規模の決定を行っている。その結果、施設更新時における水需要だけでなく、水運用による施設規模の低減効果も考慮した適正な水道施設の施設規模の決定が可能となる。 As described above, according to the embodiments of the present invention, the worst case scenario is that the water demand in the year of facility renewal is large and the peak value of the water purification amount corresponding to the facility scale of the water supply facility and the peak value of the water reservoir water storage amount are likely to be high. Under environmental conditions, the scale of the facility is determined based on the peak value when the peak value is reduced as much as possible through water operation. As a result, it becomes possible to determine the appropriate facility size of a water supply facility, taking into account not only the water demand at the time of facility renewal, but also the effect of reducing the facility size due to water operation.
101…設備計画支援装置、
102…上水道システム、
103、104…浄水場、
105、106、107…配水池、
108…配水管網、
109…需要家、
110…監視制御システム、
111…ネットワーク、
121…入力部、
122…表示部、
123…施設情報登録部、
124…計測データ取得部、
125…長期需要予測部、
126…需要データ作成部、
127…水運用計画部、
128…設備計画提示部、
131…浄水場情報管理テーブル、
132…配水池情報管理テーブル、
133…計測データ管理テーブル、
134…更新予定年水需要データ管理テーブル、
135…水運用計画案管理テーブル
101...Equipment planning support device,
102...Water system,
103, 104...Water treatment plant,
105, 106, 107... water reservoir,
108...Water pipe network,
109...Demander,
110... Supervisory control system,
111...Network,
121...input section,
122...display section,
123...Facility information registration department,
124...Measurement data acquisition unit,
125...Long-term demand forecasting department,
126...Demand data creation department,
127...Water Operation Planning Department,
128...Equipment plan presentation department,
131...Water treatment plant information management table,
132... Water reservoir information management table,
133...Measurement data management table,
134... Annual water demand data management table scheduled for update,
135...Water operation plan management table
Claims (6)
前記浄水場または配水池によって配水される配水区の施設更新予定年における年間の水需要量予測を行う水需要予測部と、
前記浄水場の浄水量または配水池の貯水量が大きくなるという悪条件下での前記配水区の複数日数分の所定時間単位の水需要量実績データを、それぞれの前記水需要量実績データに対応する年間需要量実績値と前記施設更新予定年における前記水需要量予測の結果とを用いて、それぞれ施設更新予定年相当の水需要量データとなるように補正して、前記悪条件下での施設更新予定年相当の複数の水需要量予測データの作成を行う水需要データ作成部と、
前記作成された複数の各水需要量予測データが与えられたときの前記浄水場または配水池を含む水道施設の水運用計画をそれぞれ立案し、立案された全計画案における前記浄水場の浄水量ピーク値または前記配水池の貯水量ピーク値のうち所定の条件を満たす値をそれぞれ算出し、前記所定の条件を満たす値をそれぞれ前記浄水場または配水池の施設規模として決定する水運用計画部と、
を備えることを特徴とする設備計画支援装置。 A facility planning support device that supports determining facility scale when updating a water treatment plant or water distribution reservoir,
a water demand forecasting unit that predicts the annual water demand in the year in which the facilities of the water distribution district to which water is distributed by the water treatment plant or the water distribution reservoir is scheduled to be updated;
The actual water demand data for a predetermined time unit for a plurality of days in the water distribution district under adverse conditions in which the amount of purified water at the water treatment plant or the amount of water stored in the water distribution reservoir increases is corresponded to the actual water demand amount data for each of the water demand amounts. Using the actual annual demand value and the result of the water demand forecast for the planned year of facility renewal, each is corrected so that it becomes the water demand data corresponding to the planned year of facility renewal. A water demand data creation department that creates multiple water demand forecast data corresponding to the planned year of facility renewal;
Each of the water operation plans for the water treatment plant or the water supply facility including the distribution reservoir is prepared when each of the plurality of water demand forecast data created above is given, and the amount of purified water of the water treatment plant in all the plans that are drawn up is determined. a water operation planning department that calculates a peak value or a value that satisfies a predetermined condition among the peak value of the water storage amount of the water distribution reservoir, and determines the value that satisfies the predetermined condition as the facility scale of the water purification plant or the water distribution reservoir, respectively; ,
An equipment planning support device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の設備計画支援装置。 The water demand data creation unit creates water demand forecast data corresponding to the planned year of facility renewal under the adverse conditions so as to include both weekday water demand data and holiday water demand data.
The equipment planning support device according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1に記載の設備計画支援装置。 The water operation planning unit formulates a water operation plan so as to reduce a peak value of water purification amount of the water purification plant or a peak value of water storage amount of a water distribution reservoir, which is an update target.
The equipment planning support device according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項3に記載の設備計画支援装置。 The water operation planning department gradually lowers the value of the upper limit constraint on the water purification amount of the water treatment plant that is the target of updating, or increases the upper limit constraint on the water storage amount of the distribution reservoir, in the constraint conditions of the water operation plan problem in the water operation plan. formulating a water operation plan so as to gradually lower the value and reduce the peak value of the amount of purified water at the water treatment plant or the peak value of the amount of water stored in the water distribution reservoir;
The equipment planning support device according to claim 3, characterized in that:
前記浄水場または配水池によって配水される配水区の施設更新予定年における年間の水需要量予測を行う水需要予測ステップと、
前記浄水場の浄水量または配水池の貯水量が大きくなるという悪条件下での前記配水区の複数日数分の所定時間単位の水需要量実績データを、それぞれの前記水需要量実績データに対応する年間需要量実績値と前記施設更新予定年における前記水需要量予測の結果とを用いて、それぞれ施設更新予定年相当の水需要量データとなるように補正して、前記悪条件下での施設更新予定年相当の複数の水需要量予測データの作成を行う水需要データ作成ステップと、
前記作成された複数の各水需要量予測データが与えられたときの前記浄水場または配水池を含む水道施設の水運用計画をそれぞれ立案し、立案された全計画案における前記浄水場の浄水量ピーク値または前記配水池の貯水量ピーク値のうち所定の条件を満たす値をそれぞれ算出し、前記所定の条件を満たす値をそれぞれ前記浄水場または配水池の施設規模として決定する水運用計画ステップと、
を含むことを特徴とする設備計画支援方法。 A facility planning support method for supporting facility scale determination when updating a water treatment plant or water distribution reservoir , which is executed by a computer,
a water demand forecasting step of predicting the annual water demand in the year in which the facilities of the water distribution district to which water is distributed by the water treatment plant or the water distribution reservoir are scheduled to be updated;
The actual water demand data for a predetermined time unit for a plurality of days in the water distribution district under adverse conditions in which the amount of purified water at the water treatment plant or the amount of water stored in the water distribution reservoir increases is corresponded to the actual water demand amount data for each of the water demand amounts. Using the actual annual demand value and the result of the water demand forecast for the planned year of facility renewal, each is corrected so that it becomes the water demand data corresponding to the planned year of facility renewal. a water demand data creation step of creating multiple water demand forecast data corresponding to the planned year of facility renewal;
Each of the water operation plans for the water treatment plant or the water supply facility including the distribution reservoir is prepared when each of the plurality of water demand forecast data created above is given, and the amount of purified water of the water treatment plant in all the plans that are drawn up is determined. A water operation planning step of calculating a peak value or a peak value of the water storage amount of the water distribution reservoir that satisfies a predetermined condition, and determining the value that satisfies the predetermined condition as the facility scale of the water purification plant or the water distribution reservoir, respectively; ,
An equipment planning support method characterized by comprising:
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