JP2007278847A - 取水口堆積土砂監視システム及び監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が出向くことなく水力発電所の取水口内の土砂堆積状況を容易に且つ正確に把握することが可能な監視システムを提供する。
【解決手段】水力発電所内に設置された監視装置１と、取水口近傍に設置され、堆積土砂の測定と管理を行う堆積土砂測定／管理装置３０とを備え、堆積土砂測定／管理装置３０は超音波センサ３１ａから発信される超音波を利用して取水口内の堆積土砂厚を測定する超音波測定器３１と、超音波測定器３１により測定した測定信号を画像信号に変換する画像処理部３３と、画像処理部３３により画像処理された画像信号を監視装置１に監視装置１に伝送する伝送部３４とを備え、監視装置１は超音波測定器３１及び画像処理部３３を夫々制御して取水口の画像信号を取得する監視用パソコン２と取得した画像信号を表示するディスプレイを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、水力発電所の取水口堆積土砂監視システム及び監視方法に関するものである。

河川から発電用水を取り込み、水車を回転させることにより発電を行う水力発電所においては、河川を流れる河川水を、図６に示すような取水口に一旦取り込んだ後、導水路を介して発電用の水車に導くようにしている。ところで、上記したような取水口は、コンクリート構造物により構成されているため、その底面には河川から土砂が流入して徐々に堆積する。堆積した土砂が取水口から水力発電所内に流入すると導水路や水車が摩耗するため、取水口内に堆積している土砂が発電所側に流入しないように土砂の堆積状況を把握しておく必要がある。
そこで、従来の水力発電所では、作業員が定期的に取水口まで出向いて行き、目視等により堆積している土砂の状況を把握するようにしていた。

なお、特許文献１には、常時監視が可能で熟練を必要とせず、水深及び水位などを容易に測定できる水中測定装置が開示されている。また、特許文献２には、土砂崩れや河川の氾濫などによって、実際に地形変化が生じているか否かを判別することができる地形変化監視システムが開示されている。
特開平１１−２３７０４号公報 特開２００４−３６１１５７公報

しかしながら、取水口の水位（水深）は、通常２〜３ｍ程度あるため、水が濁っていたり、或いは澱んでいたりすると、目視により土砂の堆積状況を把握することができない。このため、測量等を行って土砂の堆積状況を把握する必要があり、堆積土砂の測定に時間がかかるという欠点があった。
また取水口内の土砂の堆積状況は一様でないため、取水口全体の土砂の堆積状況を把握するためには、測量箇所を多くする必要があり、測量に時間がかかるという欠点があった。
さらに取水口内の土砂の堆積状況を把握するには、作業員が定期的に取水口まで行く必要があり、リアルタイムで把握することができないという欠点があった。このため、例えば大雨時など作業員が取水口に近づいて堆積状況を把握できないような状況下では、水力発電所内の導水路や水車に多量の土砂が流入するおそれがあった。

そこで、本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、作業者が取水口に出向くことなく取水口内の土砂堆積状況を容易に且つ正確に把握することが可能な水力発電所の取水口堆積土砂監視システム及び監視方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚を測定する堆積土砂測定装置と、を備え、前記堆積土砂測定装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定して測定信号を出力する超音波測定手段と、該超音波測定手段からの測定信号を画像信号に変換する画像処理手段と、該画像処理手段により画像処理した画像信号を前記監視装置に伝送する伝送手段と、を有し、前記監視装置は、前記超音波測定手段、及び前記画像処理手段を夫々制御して前記取水口の画像信号を取得する制御手段と、取得した画像信号を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚の管理を行う堆積土砂管理装置と、を備え、前記堆積土砂管理装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する超音波測定手段と、該超音波測定手段による堆積土砂の測定を定期的に実行させると共に、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する管理手段と、を有し、前記監視装置は、前記管理手段からの警報信号に基づいて警報を出力する警報出力手段を有することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚の測定と管理を行う堆積土砂測定／管理装置と、を備え、前記堆積土砂測定／管理装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定して測定信号を出力する超音波測定手段と、該超音波測定手段からの測定信号を画像信号に変換する画像処理手段と、前記画像処理手段により画像処理した画像信号を前記監視装置に伝送する伝送手段と、前記超音波測定手段による堆積土砂の測定を定期的に実行させると共に、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する管理手段と、を有し、前記監視装置は、前記超音波測定手段、及び前記画像処理手段を夫々制御して前記取水口の画像信号を取得する制御手段と、取得した画像信号を表示する表示手段と、前記管理手段からの警報信号に基づいて警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の取水口堆積土砂監視システムにおいて、前記超音波センサを前記取水口に沿って移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の取水口堆積土砂監視システムにおいて、前記超音波センサを前記取水口に沿って複数配置したことを特徴とする。

請求項６に記載の本発明は、水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視方法であって、超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する測定ステップと、前記測定ステップにより測定した測定信号を画像信号に変換する画像処理ステップと、前記画像処理ステップにより画像処理した画像信号を表示する表示ステップと、を有することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明は、水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視方法であって、超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する測定ステップと、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する警報出力ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、超音波測定手段を用いて取水口内に堆積する土砂厚を測定するので、河川が濁っていたり、或いは澱んでいたりした場合でも土砂の堆積状況を短時間で正確に測定することができる。
また本発明は、水力発電所内に設置された監視装置の制御装置により、取水口近傍に設置した堆積土砂測定装置の超音波測定手段及び画像処理手段を夫々制御して取水口の画像信号を取得し、取得した画像信号を表示手段に表示するようにしているので、水力発電所において取水口内に堆積する土砂の状況をリアルタイムで把握することができる。

また本発明は、取水口近傍に設置した堆積土砂管理装置の管理手段の制御により、超音波測定手段により取水口内の堆積土砂厚を定期的に測定し、取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上となったときに監視装置に設けられている警報出力手段に対して警報信号を出力するようにしているので、取水口内の堆積土砂が導水路に流入する前に水力発電所の作業者に土砂が導水路に流入する虞があることを知らせることが可能になる。
また本発明は、超音波センサを取水口に沿って移動させる移動手段を備えるようにすると、１つの超音波センサで取水口全体の土砂の堆積状況を短時間で把握することが出来る。
また超音波センサを取水口に沿って複数配置しても取水口全体の土砂の堆積状況を短時間で把握することが出来る。また、この場合は、超音波センサが複数個必要になるが、超音波センサを取水口に沿って移動させる移動手段が不要になるので移動手段のメンテナンス等を行う必要がなく、コスト面から有利になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態である水力発電所の取水口堆積土砂監視システムの構成を示した図である。
この図１に示す水力発電所の取水口堆積土砂監視システムは、水力発電所内に設置される監視装置１と、河川の取水口の近傍に設置される堆積土砂測定／管理装置３０とから構成される。
監視装置１には制御手段である監視用パーソナルコンピュータ（以下、「監視用パソコン」という）２と警報出力手段である警報装置３が設けられている。
監視用パソコン２は、社内回線網４を介して堆積土砂測定／管理装置３０の伝送部３４に接続され、堆積土砂測定／管理装置３０から取水口内に堆積している土砂の画像信号を取得可能になっている。なお、監視装置１の監視用パソコン２と堆積土砂測定／管理装置３０の伝送部３４との間はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）やインターネット等を介して接続してもよい。

図２は監視用パソコン２のハードウェアの構成例を示した図である。
この図２においてＣＰＵ（Central Processing Unit）１１は、監視用パソコン２全体の制御を司る。ＲＯＭ（Read Only Memory）１２は、プログラムデータ等が記憶されており、必要に応じてバス１０を介してＣＰＵ１１が読み出しを行うことで、ここに格納されたプログラムに従った処理を実行する。ＲＡＭ（Random Access Memory）１３には、ＣＰＵ１１が各種処理を実行するのに必要なデータやプログラム等が適宜保持される。ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１４は、記憶媒体としてハードディスク（ＨＤ）１５を備えており、ＣＰＵ１１がＨＤ１５に対してデータやプログラム等の記録又は読み出しを行う。この場合、ＣＰＵ１１はＨＤＤ１４のＨＤ１５に記憶されているアプリケーションプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３に展開することで、そのアプリケーションプログラムに従った各種処理を実行する。
また内部バス１０にはディスプレイ１６が接続されると共に、入力手段であるキーボード１７やマウス１８が接続されている。また内部バス１０にはモデム１９が接続されており、モデム１９を介して社内回線網４に接続される。また内部バス１０にはプリンタＩ／Ｆを介してプリンタ２０等の出力装置が接続されている。

このように構成される監視用パソコン２においては、作業者がキーボード１７やマウス１８により所要の操作を行うことで、堆積土砂測定／管理装置３０から取水口内に堆積している土砂の画像信号を得ることができるため、取水口内に堆積している土砂の画像をディスプレイ１６上にリアルタイムで表示することができる。一方、監視装置１の警報装置３は、例えばスピーカなどの音声出力装置や表示装置等により構成され、既存の設備である中継盤５及び遠方監視制御盤（ＴＣ盤）６を介して堆積土砂測定／管理装置３０の堆積土砂管理部３６から警報情報が送られてきた時に警報音を発生したり或いは警報画面を表示したりする。

堆積土砂測定／管理装置３０は、超音波センサ３１ａを備えた超音波測定器（超音波測定手段）３１、センサ駆動部（センサ移動手段）３２、画像処理部（画像処理手段）３３、伝送部（伝送手段）３４、モデム３５、及び堆積土砂管理部（管理手段）３６を備え、取水口内に堆積している土砂の測定及び管理を行っている。
超音波測定器３１は、超音波センサ３１ａから超音波を発信したときに河川の底面から発射されてくる反射音を受信して河川の底面に堆積している堆積土砂厚を測定する。

本実施形態では、超音波センサ３１ａに図示しない駆動装置等が取り付けられており、取水口の縦断面に沿って取り付けたレール４１上を移動可能に構成されている。超音波センサ３１ａの移動はセンサ駆動部３２により制御が行われる。
センサ駆動部３２は、監視用パソコン２から伝送部３４に伝送されてくる制御信号または堆積土砂管理部３６からの制御信号により超音波センサ３１ａの駆動を制御するようにしている。
画像処理部３３は、監視用パソコン２から伝送部３４に伝送されてくる制御信号に基づいて超音波測定器３１で測定した測定信号を画像信号に変換する。

図３は、画像処理部３３において画像に変換された画像の一例を示した図である。
超音波センサ３１ａを用いて測定を行った場合は、河川底面のコンクリート等の堅い構造物とこの構造物５１上に堆積した砂や泥等の堆積土砂とでは、超音波センサ３１ａから発信した発信波の反射強度が異なる。この結果、超音波測定器３１で取水口内を測定した測定信号を画像処理部３３で画像処理すると、図３に示すような、コンクリート構造部５１上に堆積した堆積土砂５２の画像を得ることができる。
伝送部３４はモデム３５を備えており、モデム３５を介して監視用パソコン２から伝送されてくる制御信号をセンサ駆動部３２や画像処理部３３に伝送したり、監視用パソコン２の制御により画像処理部３３において画像処理された画像信号を、モデム３５を介して監視用パソコン２に伝送したりする。

堆積土砂管理部３６は、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成され、定期的に超音波測定器３１とセンサ駆動部３２の制御を行って取水口内に堆積している土砂厚の測定を実行させると共に、超音波測定器３１で測定された堆積土砂の厚さが、取水口内の導水路や水車に土砂が流入する虞がある所定の厚さ以上になったときに、中継盤５及びＴＣ盤６を介して監視装置１の警報装置３に警報信号を出力する。なお、堆積土砂管理部３６から警報信号を出力する堆積土砂の厚さは任意に設定可能であることは言うまでもない。また、堆積土砂管理部３６の主要なハード構成は図２と同じなので図示を省略する。

次に本実施形態の取水口堆積土砂監視システムによる堆積土砂の監視方法を説明する。
図４は本実施形態の取水口堆積土砂監視システムによる堆積土砂の監視方法の第１実施形態を示したフローチャートである。
この図４に示す堆積土砂の監視方法は、作業者が監視用パソコン２のキーボード１７やマウス１８を操作してＣＰＵ１１がＨＤ１５に予め記録されているプログラムを実行することにより実現される。
この場合、監視用パソコン２は、先ず、伝送部３４を介して超音波測定器３１に制御信号を出力し、取水口内に堆積している堆積土砂厚を測定させる（Ｓ１）。次に、伝送部３４を介して画像処理部３３を制御する制御信号を出力し、超音波測定器３１で測定された測定信号を画像信号に変換させる（Ｓ２）。次に、監視用パソコン２は、伝送部３４に対して制御信号を出力して画像処理部３３において変換した画像信号を監視用パソコン２へ伝送させる（Ｓ３）。そして、伝送された画像信号を監視用パソコン２のディスプレイ１６上に表示させる。

図５は、本実施形態の取水口堆積土砂監視システムによる堆積土砂の監視方法の第２実施形態を示したフローチャートである。
この図５に示す堆積土砂の監視方法は、堆積土砂測定／管理装置３０の堆積土砂管理部３６のＣＰＵがＨＤに予め記録されているプログラムを実行することにより実現される。
この場合、堆積土砂管理部３６は、先ず、超音波測定器３１を制御して取水口内に堆積している堆積土砂厚を測定させる（Ｓ１１）。次に、超音波測定器３１で測定された堆積土砂厚が所定の厚さ以上か否かの判別を行い、所定厚以上であると判別したときは（Ｓ１２でＹ）、監視装置１の警報装置３に対して警報信号を出力する（Ｓ１３）。

一方、超音波測定器３１で測定された堆積土砂厚が所定の厚以上でなければ（Ｓ１２でＮ）、監視装置１の警報装置３に対して警報信号を出力することなく処理を終えるようにする。なお、本実施形態では、堆積土砂管理部３６からの警報信号を監視装置１の警報装置３に対してのみ出力する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、堆積土砂管理部３６からの警報信号を監視装置１の監視用パソコン２に出力し、監視用パソコン２において警報信号に応じた警報画面を画像処理部３３からの画像信号と併せて表示しても良い。

このように本実施形態の取水口堆積土砂監視システムにおいては、超音波測定器（超音波測定手段）３１を利用して取水口内に堆積している土砂の厚さを測定するようにしているので、河川が濁っていたり或いは澱んでいたりする場合でも、取水口内の土砂の堆積状況を短時間で正確に把握することができる。
また水力発電所内に設置された監視装置１の監視用パソコン２により、取水口近傍に設置した堆積土砂測定／管理装置３０の超音波測定器３１、センサ駆動部３２及び画像処理部３３を夫々制御して取水口の画像信号を取得し、取得した画像信号を監視用パソコン２のディスプレイ（表示手段）１６に表示するので、水力発電所において取水口内に堆積する土砂の状況をリアルタイムで把握することができる。

また本実施形態の取水口堆積土砂監視システムにおいては、取水口近傍に設置した堆積土砂測定／管理装置３０の堆積土砂管理部（管理手段）３６の制御により超音波測定器３１により取水口内の堆積土砂厚を定期的に測定し、取水口内の堆積土砂の厚さが所定の厚さ以上となったときに、監視装置１内に設けられている警報装置（警報出力手段）３に対して警報信号を出力するようにしている。これにより、取水口内の堆積土砂が導水路に流入する前に水力発電所の作業者に土砂が流入する虞があることを知らせることが可能になる。また、このように構成すると大雨等が降って河川からの流入が増大する出水時等においても、取水口内の土砂の流入状況を十分に把握することができ、水力発電所内の導水路や水車へ多量の土砂が流入するのを防ぐことができる。

さらに本実施形態では取水口の縦断面に沿って取り付けたレール４１に沿って超音波センサ３１ａを駆動可能に構成したことで、レール４１に沿って超音波センサ３１ａを移動させるセンサ移動手段を備えたことで、取水口全体の土砂の堆積状況を短時間で把握することが出来る。
なお、センサ移動手段の代わりに超音波センサ３１ａを取水口に沿って複数配置するようにしても同様の効果が得られる。また、この場合は超音波センサ３１ａが複数個必要になるが、超音波センサ３１ａを取水口に沿って移動させるためのレール４１や駆動装置等が不要になると共に、これらのメンテナンス等も不要になるため、超音波センサ３１ａが複数個配置した方がセンサ移動手段を備える場合に比べてコスト的に有利になる。

また本実施形態では、監視装置１の監視パソコン２により取水口内の堆積土砂厚を測定する堆積土砂測定装置と、堆積土砂管理部３６により堆積土砂厚を定期的に測定して管理を行う堆積土砂管理装置とが一体的に構成されている場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、堆積土砂測定装置と堆積土砂管理装置とは別体で構成されていても良いことは言うまでもない。

本発明の実施形態である水力発電所の取水口堆積土砂監視システムの構成を示した図。 監視用パソコン２のハードウェアの構成例を示した図。 画像処理部において画像に変換された画像の一例を示した図。 本実施形態の取水口堆積土砂監視システムによる堆積土砂の監視方法の第１実施形態を示したフローチャート。 本実施形態の取水口堆積土砂監視システムによる堆積土砂の監視方法の第２実施形態を示したフローチャート。 水力発電所の取水口の構造を示した図。

符号の説明

１…監視装置、２…監視用ＰＣ、３…警報装置、４…社内回線網、５…中継盤、６…ＴＣ盤、１０…内部バス、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ、１４…ＨＤＤ、１５…ＨＤ、１６…ディスプレイ、１７…キーボード、１８…マウス、１９…モデム、２０…プリンタ、３０…堆積土砂測定／管理装置、３１…超音波測定器、３１ａ…超音波センサ、３２…センサ駆動部、３３…画像処理部、３４…伝送部、３５…モデム、３６…堆積土砂管理部、４１…レール、５１…コンクリート構造部、５２…堆積土砂

Claims (7)

1. 水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、
   水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚を測定する堆積土砂測定装置と、を備え、
   前記堆積土砂測定装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定して測定信号を出力する超音波測定手段と、該超音波測定手段からの測定信号を画像信号に変換する画像処理手段と、該画像処理手段により画像処理した画像信号を前記監視装置に伝送する伝送手段と、を有し、
   前記監視装置は、前記超音波測定手段、及び前記画像処理手段を夫々制御して前記取水口の画像信号を取得する制御手段と、取得した画像信号を表示する表示手段と、を有することを特徴とする取水口堆積土砂監視システム。
2. 水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、
   水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚の管理を行う堆積土砂管理装置と、を備え、
   前記堆積土砂管理装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する超音波測定手段と、該超音波測定手段による堆積土砂の測定を定期的に実行させると共に、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する管理手段と、を有し、
   前記監視装置は、前記管理手段からの警報信号に基づいて警報を出力する警報出力手段を有することを特徴とする取水口堆積土砂監視システム。
3. 水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視システムであって、
   水力発電所内に設置された監視装置と、前記取水口近傍に設置され、堆積土砂厚の測定と管理を行う堆積土砂測定／管理装置と、を備え、
   前記堆積土砂測定／管理装置は、超音波センサを有し該超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定して測定信号を出力する超音波測定手段と、該超音波測定手段からの測定信号を画像信号に変換する画像処理手段と、前記画像処理手段により画像処理した画像信号を前記監視装置に伝送する伝送手段と、前記超音波測定手段による堆積土砂の測定を定期的に実行させると共に、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する管理手段と、を有し、
   前記監視装置は、前記超音波測定手段、及び前記画像処理手段を夫々制御して前記取水口の画像信号を取得する制御手段と、取得した画像信号を表示する表示手段と、前記管理手段からの警報信号に基づいて警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とする取水口堆積土砂監視システム。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の取水口堆積土砂監視システムにおいて、前記超音波センサを前記取水口に沿って移動させる移動手段を備えたことを特徴とする取水口堆積土砂監視システム。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の取水口堆積土砂監視システムにおいて、前記超音波センサを前記取水口に沿って複数配置したことを特徴とする取水口堆積土砂監視システム。
6. 水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視方法であって、
   超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する測定ステップと、前記測定ステップにより測定した測定信号を画像信号に変換する画像処理ステップと、前記画像処理ステップにより画像処理した画像信号を表示する表示ステップと、を有することを特徴とする取水口堆積土砂監視方法。
7. 水力発電用水を取水する取水口内に堆積した土砂を監視する水力発電所の取水口堆積土砂監視方法であって、
   超音波センサから発信される超音波を利用して前記取水口内の堆積土砂厚を測定する測定ステップと、前記取水口内の堆積土砂厚が所定の厚さ以上のときに警報信号を出力する警報出力ステップと、を有することを特徴とする取水口堆積土砂監視方法。

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