【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、豪雨の短時間雨量の予測や災害発生の可能性を判定することができる豪雨災害予測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、豪雨の予測は、気象予報官の経験に基づいて行われているため、熟練を要する作業となっていた。 また、予測のためには大がかりな観測設備を必要としていた。 そのため、予報官がいない地域では、正確な予報を出すことが困難であり、災害対策上、重要な問題となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、豪雨の雨量は、降りはじめてからの時間との関係において右上がりの線と降雨のピーク時を分岐点として右下がりとなる線との組み合わせたＲＴ曲線に近似できることから、降雨強度を求める合理式法を用いて上記ＲＴ曲線を予測することができることを見いだし、そのために観測地点での雨量データを単位時間毎に時系列に連続して得て、演算を繰り返し精度の高めて、短時間雨量の予測や災害の発生の予測を行えるようにした豪雨災害予測システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、短時間雨量の予測を行うために、観測地点での降雨量を単位時間毎に連続して測定し、この得られたデータを順次に通信手段を介して管理本部の演算手段に入力して豪雨災害の予測を行うシステムであって、降雨の初期の基準時から、単位時間毎の雨量データを時系列に連続して入力する、予測時点までに得られた雨量データをもとに、
降雨強度を求める合理式法のパラメータと降雨量のピーク予測時刻とを求める、これらを基に合理式法に基づいて雨量と時間の関係を示すＲＴ曲線（降雨強度分布曲線）を決定する、この決定されたＲＴ曲線をもとに短時間雨量を予測する、という技術的手段を講じている。 請求項２の発明では、上記構成に加えて、予測時点までの降雨の特徴を表わす雨量データやＲＴ曲線のパラメータ等を用いて多変量解析を行う、その解析結果を得点（スコア）に変換し、この得点が豪雨災害発生基準得点を超えるか否かを判定することによって、災害が発生する虞れがあるか否かを判定する、という技術的手段を講じている。 請求項４の発明では、観測地点に、降雨量を単位時間毎に連続して測定する測定具を設ける、測定具で得られたデータを順次に管理本部の演算手段に入力する通信手段を設ける、管理本部に、降雨初期の基準時から、
単位時間毎の雨量データを時系列に連続して入力し、予測時点までに得られた雨量データをもとに、降雨強度を求める合理式法のパラメータと降雨量のピーク予測時刻とを求め、これらを基に合理式法に基づいて雨量と時間の関係を示すＲＴ曲線（降雨強度分布曲線）を決定するＲＴ曲線決定手段と、この決定されたＲＴ曲線をもとに短時間雨量の予測を行う雨量予測手段とを有する演算装置を設ける、という技術的手段を講じている。 また請求項５の発明では、上記構成に加えて、管理本部の演算処理装置に、予測時点までの降雨の特徴を表わす雨量データやＲＴ曲線のパラメータ等を用いて多変量解析を行い、その解析結果を得点（スコア）に変換し、この得点が豪雨災害発生基準得点を超えるか否かを判定することによって、災害が発生する虞れがあるか否かを判定する豪雨災害発生判定手段を設ける、という技術的手段を講じている。

【０００５】

【実施例】以下に本発明の豪雨災害予測システムの好適実施例について図面を参照して説明する。 図１に示す豪雨災害予測システムは、観測地点に、雨量計測用の測定具１と、単位時間（本実施例では１０分とする）毎に計測された雨量のデータを発信する通信装置２とを有している。 通信装置２としては、計測具１からデータロガーを経る等して、モデムを介して通信回線で計測データを管理本部へ送信する構成や、無線発信機を用いてデータを送信する構成等、公知の通信手段を用いることができる。

【０００６】また、コントローラを設け、計測具１が降雨の開始および終了を検出すると、自動的に通信装置２
を起動乃至停止させて、単位時間毎の雨量データの送信を行う構造としてもよいし、あるいは計測具１が計測したデータを常時、通信装置２で送信する構造、その他の適宜構造を用いることができる。 このようにして、１または複数の観測地点から１０分間毎の雨量データ（以下、１０分雨量とする）が時系列に連続して送信されるようになっている。

【０００７】一方、管理本部では、受信装置１２等のインターフェースを介して上記送信された雨量データを受信して、後述の演算装置２０へデータ入力することができる。 この演算装置２０により情報処理されて得られた予測データは、外部表示装置３０に出力し、また記憶装置４０等でデータの保存、管理等の情報管理を行う。 また豪雨災害予測が出た場合には、警報や警報解除等の情報を発するための通信手段や広報手段その他の情報伝達手段５０へ情報を伝えて、適切な豪雨災害の予防を行えるようになっている。

【０００８】次に、演算装置２０で行う豪雨災害予測について説明する。 演算装置２０はコンピュータ構成からなっており、記憶部に、上記受信した１０分雨量データを時系列に連続して記憶する。 このようにして、複数の雨量データが蓄積されると、演算装置２０で豪雨災害予測を行う。 演算装置２０の演算処理部には、ＲＴ曲線決定手段２１と、雨量予測手段２２と、豪雨災害発生判定手段２３とを有している。

【０００９】ＲＴ曲線決定手段２１は、予測時点までに得られた１０分雨量データをもとに、降雨強度を求める合理式法のパラメータと降雨量のピーク予測時刻とを求め、これらを基に合理式法に基づいて雨量と時間の関係を示すＲＴ曲線を決定する。 この手順を、図２のグラフを基に説明する。

【００１０】ステップ１０１として、雨量が所定値を超えた降雨開始時刻（to）から、予測時点（ti）までの１
０分雨量データ（r10）を時系列に連続して入力する。
次に、ステップ１０２では、過去１時間内の６個の１０
分雨量データをもとに合理式法のパラメータを最小２乗法によって仮に定める。 本実施例では、合理式法の１例としてタルボット（Talbot）型を用いた場合を示す。 タルボット式：ＲT＝ａ／（Ｔ＋ｂ）・・・（１）式 ここで、ＲT は降雨強度（単位mm／hr）、Ｔは対象時刻までの降雨継続時間（単位min）、ａ，ｂはそれぞれパラメータである。 そして、前述のように予測時点（ti）
以前の過去（最新）の１時間内の１０分雨量データr10
（t）の６つのデータを用いて、前記最小２乗法に従って（１）式のパラメータ（ａ，ｂ）を仮に決定する。 なお、上記（ａ，ｂ）を求めたときの相関係数ｒも決定する。

【００１１】一方、ステップ１０２'では、降雨開始時（to）から予測時点（ti）までに得られた全ての１０分雨量データを用いて、上記ステップ１０２と同様に（１）式のパラメータ（ａT，ｂT）を仮に決定する。 また、（ａT，ｂT）を求めたときの相関係数ｒTも決定する。

【００１２】次に、ステップ１０３では、上記パラメータ（ａ，ｂ）を用いて、降雨の可能最大含水量（Ｍ10）
と、仮の降雨継続時間（ＤＲ）とを求める。 まず、降雨の可能最大含水量は次の（３）式で求められる。

【数１】

とを用いて、（３）式よりａmaxを算出する。

更に、ａ，ｂの可能最大値である（ａmax，ｂmax）と（１）式とにより、対象降雨のもつ可能最大１時間雨量（Ｒ60Ｈ）、可能最大３時間雨量（Ｒ180Ｈ）を算出する。 また、仮の降雨継続時間（Ｄ

Ｒ）を算出する。 即ち、（１）式を変形して、ΔＴ間の雨量強度を次式で導く。 Δ（Ｔ×ＲT）／ΔＴ＝（ａ×ｂ）／（Ｔ＋ｂ）

²・・・（８）式 （８）式において、Ｔ＝ＤＲ、 Δ（Ｔ×ＲT）／ΔＴ

＝１０ （Ｔ＝ｔe の限界値）を与えると、

【数２】

【００１３】ステップ１０３'では、上記ステップ１０
３と同様にして、ステップ１０２'で得られた仮のパラメータ（ａT，ｂT）から降雨の可能最大含水量（Ｍ10
T）を求める。 また、降雨継続時間（ＤＲ）を、ステップ１０３と同様にし、ステップ２'で得られた（ａT，
ｂT）を（９）式に代入して、仮のＤＲ値を算出する。

【００１４】ステップ１０４では、上記ステップ１０３
のＭ10と上記ステップ１０３'のＭ10Tとを比較して、
大きい値の方をMAXＭ10と決定する。 また、ステップ１
０３と１０３'で得られた２つの仮のＤＲの値を比較して、大きい方のＤＲを降雨係属時間と決定する。 なおＤ
Ｒは、１５０≦ＤＲ≦７００となるように範囲を設定してある。

【００１５】次に、予測時点（ti）における、ひと雨全体のＲＴ曲線ないしハイエトグラフの推測を行うための精度を高めたパラメータ（ａ'、ｂ'）を決定する。 ＲＴ＝ａ'／（Ｔ＋ｂ'） ・・・（１）'式 （ひと雨の場合） 即ち、まず、ｂ'を決定するために、ステップ５では、
MAXＭ10≧６（単位：g／m ² ）か否か判定する。

【００１６】Ｙｅｓの場合（MAXＭ10≧６（単位：g／
m ² ）の場合）は、ステップ６で、ｂ'を決定する。 即ち、（３）式を変形すると、 ａ'＝２６×（８＋ｂ'）×（MAXＭ10） ^1.040・・・（１１）式 一般的に最大３時間雨量（Ｒ１８０Ｈ）は３００mm程度であるので、（１）'式より

【数３】

^1.040 ）／（（MAXＭ10）

^1.040 −３．８４６） ・・・（１２）式 （１２）式の右辺の最大値をｂ'として決定する。

【００１７】前記ステップ１０５がＮｏの場合（MAXＭ1
0＜６（単位：g／m ² ）の場合）には、ステップ７でｂ'
を決定する。 即ち、（９）式を変形すると、 ａ'＝１０×（ＤＲ＋ｂ'）／ｂ' ・・・（１３）式 （１１）式と（１３）式とにより、

【数４】

^1.040 ） （１４）式にＤＲとMAXＭ10の値を代入してｂ'を決定する。

【００１８】次に、ステップ１０６で、上記ステップ１
０４、１０５で得られたｂ'を修正するか否か判定する。 ＤＲ＜２４０の場合、ｂ'＞ｂＴであっても、ｂ'
は採用せずｂＴを採用する。 ＤＲ＞２４０の場合、ステップ１０２、１０２'で算出した相関係数ｒおよびｒＴが０．８５未満であるならば、ｂ'は採用せず、ｂＴを採用する。 ｂＴ＜９７の場合、ｂ'＝９７を採用する。 これにより降雨量が一時的に大きく増減した場合の誤差を抑えることができる。

【００１９】次に、ステップ１０７では、上記で求めたｂ'とMAXＭ10とを（１１）式に代入して、ひと雨全体に適用可能なパラメータａ'を決定する。

【００２０】そして、ステップ１０８で、降雨量のピーク予測時刻（tp）を求める。 まず、上記の（ａ'，
ｂ'）の値を次の（１５）式に代入して、ピーク１０分雨量ＭＡＸＲ１０を算出する。

【数５】

＝ＤＲとすると、 tp＝ｍ×ＤＲ ・・・（１６）式 いま、ｍの値として、０．１２５から出発して、ｍの増分（Δｍ）を０．０２５として、０．９７５までの４０

ステップの値をとり、各々のｍに対して（１６）式を用いてピーク雨量（ＭＡＸＲ１０）の出現時刻（tp）を算出する。 このようにして得られたｍの値を用いて、分散である次式を計算する。

【数６】

０分雨量である。 分散の（１７）式を最小にするｍが、

最適なＲＴ曲線を与える値として採用される。

【００２１】次に、ステップ１０９で、以下の判定を行う。 計算によって求めた降雨開始時点から予測時点までの積算雨量ＲＳEと実測による積算雨量ＲＳとの相対誤差が±５０％以内でない場合。 計算によって求めた前記ピーク１０分雨量MAXＲ10Eと実測のピーク１０分雨量MAXＲ10の相対誤差が±２０以内でない場合。

【００２２】そして、上記ステップでのいずれかに該当する場合は、ステップ１０８に戻り、再度ｍを求める。 のいずれにも該当しない場合には、ステップ１
１０に進み、降雨開始時点から予測時点までの実測した１０分雨量とＲＴ曲線による１０分雨量の分散を計算し、これまでで最小となったか否か判定する。

【００２３】最小でない場合には、ステップ１１１で、
パラメータｍの全ケースで算出し、ＲＴ曲線（予測ハイエトグラフ）が見つからない場合には、予測時点の１つ前（１０分前）の時点で使用したｂ'をそのまま使って、ステップ１０７に戻りａ'を決定し、ステップを繰り返す。

【００２４】またステップ１０８で、最小となった場合には、ａ'，ｂ'が正しいパラメータ値であると決定し、ステップ１０９で最適のＲＴ曲線（予測ハイエトグラク）を作成する。 このようにして、ＲＴ曲線決定手段２１では、最適のＲＴ曲線（予測ハイエトグラフ）を得ることができる。

【００２５】次に、雨量予測手段２２では、上記のようにして得られたＲＴ曲線を基に、予測時点（ti）以降の雨量を、時刻を入力するだけで予測（短時間降雨予測）
を行うことができる。 これらの予測結果は、外部表示装置３０に出力し、また記憶装置３０等でデータの保存、
管理等の情報管理を行うことができる。

【００２６】更に、豪雨災害発生判定手段２３では、上記で得られたデータをもとに、ステップ２０１で、予測時点（ti）までの刻々（１０分毎）において、（Ｒ10MA
X、Ｒ30MAX，Ｒ60MAX、Ｒ180MAX、Ｍ10、ＤＲ、ａ、
ｂ、ａ／ｂ、ａ×ｂ等）のデータセットを作成する。 次に、ステップ２０２で、上記データセットを用いて多変量解析の一例として示す主成分分析を実行し、主成分の各々について固有値、ベクトル値等を算出する。 そして、ステップ２０３で、上記結果より、予測時点（ti）
における主成分得点（または因子得点）を計算する。 この得点をもとに、豪雨災害発生基準得点（多くの場合は２０点）を越えた場合に豪雨災害の可能性があると判定することができるようになる。 上記得点だけで豪雨災害の可能性を判定してもよいが、本実施例では更に、ステップ２０４で、対象降雨のひと雨の雨量の最大６０分雨量（Ｒ60MAX）と最大１８０分雨量（Ｒ180MAX）を計算し、対象降雨の豪雨階級基準（Ａ〜Ｆクラス）に当て嵌めてランク分けする。 気象庁の豪雨階級基準は、次の通りである。 Ａクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝１１０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝２５０mm Ｂクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝ ９０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝２００mm Ｃクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝ ７０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝１５０mm Ｄクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝ ５０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝１００mm Ｅクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝ ３０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝ ７０mm Ｆクラス Ｒ６０ＭＡＸ＞＝ ２０mm、Ｒ１８０ＭＡＸ
＞＝ ５０mm

【００２７】ステップ２０５ではこのようにして得られた降雨得点と豪雨階級との組み合わせを、豪雨災害発生基準と比較する。 なお、本実施例では、第１主成分の値を基にした降雨得点（第１主成分得点）が正確であるのでこれを用いた。 ここで、豪雨災害発生基準は、予め予測地域における経験則に基づいて設定された既往災害発生時の得点と豪雨階級との組み合わせであり、記憶部にストアされている。 そして、上記比較判定の結果、対象豪雨がいつの時点で豪雨災害発生基準得点をどの程度の豪雨階級をもって越えるかを予測する。

【００２８】これらの予測結果は、外部表示装置３０に出力し、また記憶装置３０等でデータの保存、管理等の情報管理を行うことができる。 図３は、上記１０分雨量を基にしたＲＴ曲線と実測値とを示すグラフであり、予測が正確に行われたことを示している。 なお、この図において、Ｔは予測時点（現在時刻）、ＲＳは降雨開始（to）からＴまでの積算雨量、Ｐ１は第１主成分得点、
Ｐ２は第２主成分得点、Ｒ１Ｘは（to）からＴ（ti）の間の最大１時間雨量、Ｒ３Ｘは同じく最大３時間雨量（３時間経過していない時はＲＳに等しい）、Ｒ６０は１時間前からＴまでの１時間雨量、Ｒ１８０は３時間前からＴまでの３時間雨量（降り出しから３時間経過していない時はＲＳに等しい）、Ｒ６０ＦはＴから実際にこれから降る１時間雨量、Ｒ１８０Ｆは同じく３時間雨量、Ｒ１Ｅは予測１０分雨量に基づくＴから１時間後までの予測１時間雨量、Ｒ３Ｅは同じく予測３時間雨量、
棒グラフは実測１０分雨量（実測ハイエトグラフ）、黒丸印は予測１０分雨量のために推測された降雨全体のＲ
Ｔ曲線（予測ハイエトグラフ）の１０分雨量変化、四角印はＰ１値（第１主成分得点・・予測時点以降は予測値）、小丸印は同じくＰ２値（第２主成分得点・・予測時点以降は予測値）である。

【００２９】なお、上記実施例では、ＲＴ曲線を求めるための合理式法としてタルボット型を用いたが、この発明においては、降雨強度を求めるその他の合理式法を用いることができる。 公知の合理式法としては、例えば次のものが知られている。 Ｓｈｅｒｍａｎ型 Ｉ＝Ｃ／ｔ ⁿ久野・石黒型

【数７】

ⁿ ＋ａ） Ｈｏｒｎｅｒ型 Ｉ＝ａ／（ｔ＋ｂ）

ⁿ Ｂｒａｃｈｅｎｂａｒｙ型 Ｉ＝ｂ／（ｔ＋ａ）＋ｃ ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｎはその地域ごとの降雨分布の特徴を示す常数、ｔは降雨継続時間、Ｉは降雨強度である。 これら合理式を用いても、パラメータが一部異なるが前記実施例に準じて同様にＲＴ曲線を求めることができる。

【００３０】また、降雨得点の予測に関して行う多変量解析は、実施例に示す主成分分析に限定されることなく、因子分析、数量化理論III 類等の公知の解析手法を用いることができること勿論である。

【００３１】更に、本実施例では、雨量データを計測する単位時間として１０分を例示したが、この発明では特に限定されない。 しかしこの単位時間は、長すぎても短すぎても精度上問題があるので、１分〜１０分位の間隔とすることが好ましい。

【００３２】

【発明の効果】この発明の豪雨災害予測システムでは、
単位時間間隔で得られた実測の雨量データを時系列に連続して入力することにより、最適のＲＴ曲線を算出することができるので、予め正確な短時間雨量の予測および豪雨災害の予測を行うことができる。 従って、観測地点に計測具を設置し、管理本部の演算装置と通信装置を介して雨量データを送信する構成によって、熟練を要することなく、豪雨災害の予報、警報や警報解除を行うことができ、どの地域でも豪雨災害の予測が可能となり、公益性、安全性に優れ極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の豪雨災害システムの一実施例を示すブロック図である。

【図２】ＲＴ曲線を求めるための参考図である。

【図３】ＲＴ曲線、得点、実測されたハイエトグラフを示す図である。

【符号の説明】

１ 計測具 ２ 通信装置 １２ 受信装置 ２０ 演算装置 ２１ ＲＴ曲線決定手段 ２２ 雨量予測手段 ２３ 豪雨災害発生判定手段 ３０ 外部表示装置 ４０ 記憶装置 ５０ 情報伝達手段