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Swmm 모델. 조 명 : 나만봐조 1999015175 김정섭 1999015233 박대현 2000015221 김승련. 개요. 1969 년에서 1971 년에 걸쳐 U.S. EPA 에서 단일 강우 사상을 묘사하여 합류식관로의 유량을 분석하기 위해 개발 SWMM 4.0 version 에서부터는 연속모의가 가능 1994 년에 SWMM 4.3 version 으로 개량되어 유역내의 우수관로 , 합류식관로 , 자연배수로 등에서의 유동 , 수위 , 오염물 농도등이 해석가능

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Presentation Transcript
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Swmm 모델

조 명 : 나만봐조

1999015175 김정섭

1999015233 박대현

2000015221 김승련

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개요
  • 1969년에서 1971년에 걸쳐 U.S. EPA에서 단일 강우 사상을 묘사하여 합류식관로의 유량을 분석하기 위해 개발
  • SWMM 4.0 version에서부터는 연속모의가 가능
  • 1994년에 SWMM 4.3 version으로 개량되어 유역내의 우수관로, 합류식관로, 자연배수로 등에서의 유동, 수위, 오염물 농도등이 해석가능
  • 현재 SWMM 4.4 version까지 발전
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모델의 특성
  • 적용가능지역 –도시, 일반적인 비도시
  • 시간적 특성 –단일강우 및 연속 모의가 가능, 출력 시간 간격은 임의 조절 가능
  • 공간적 특성 –작은 유역에서부터 큰 유역까지 적용가능, 최대 200개의 소 유역과 10개의 우량도 200개의 관로/수로를 적용하여 지표수 유량 묘사가 가능, 저류시설과 처리시설을 분리하여 묘사 가능
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모델의 특성
  • 물리적 특성 –강우와 용설에 의해 유출이 발생, 비선형 저류방정식에 의해 지표면 유출을 묘사, 침투량 산정에는 Horton 혹은 Green-Apmt방정식을 사용, 지표수 수질은 건기 동안 오염물질의 선형/비선형 축적과 감소인자에 의한 오염물질의 유실을 기본으로 함, 건기시 유량 및 수질 계산은 인구밀도와 같은 통계적인 인자과 Shield 기준에 의한 관로내 SS의 퇴적을 기본으로 함
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모델의 특성
  • 화학적 과정 – Runoff bolck에서는 10개의 수질, transport modul에서의 3개의 수질모의가 가능
  • 다른 모형과의 연계 –수질모형인 WASP와 DYNHTD 모형, 독립적이거나 전체의 SWMM모형과 HEC, STORM, QUAL-Ⅱ모형
  • 모형의 정확성 –유출은 약간의 보정에 의해 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있음, 수질은 폭 넓은 보정을 필요로 하며 실측자료가 없을 시 매우 부정확함
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모형의 구조

Blosk형태로 구성 – 5개의 service block

4개의 computational block

각각의 block은 특정한 기능을 가지며 block

특정한 기능을 가지며 다른 block에서 사용.

일반적으로 executive block과 하나 혹은 두개

의 computationnal block과 함께 실행

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Block

statistics

Runoff

block

Executive

block

Graph

block

Transport

block

Combine

block

Extran

‘block

Rain

Block

Storage/

treatmetnt

block

Temp

block

runoff block
Runoff block
  • 본 모형은 swmm모델의 가장 중요한 모형
  • 강우 및 온도 부모형 또는 사용자가 정의한 우량 분포로부터 기상자료를 계산한 후 눈융해 모의 실험 기능과 함께 비선형 저류 접근법을 사용하여 강우-유출 과정을 모의 실험
  • 최종적으로 유출 모형은 하수관로 유입부에서의 수분 곡선 및 오염도 곡선을 출력한다.
  • 본 모형은 몇 분 –몇 년의 가간에 대한 모델링을 수행한다.
  • 몇 주 미만의 모의 실험은 단일 사상 방식, 장기 모의 실험은 연속 방식으로 수행된다. 융설을 제외하고는, 모든 계산은 두 가지 경우에 대해 동일하게 수행
runoff block1
Runoff block
  • 유출 부모형에서의 수질 분석 과정은 옵션의 변화를 통해 지표 유출 성분 부하의 산출을 포함

1.건기시에 성분이 축적되며 우기시에 세척

2.부하가 유량에 비례하는 “ratinig curve”접근법

3.일정한 농도(강우 부하 포함)

4. 일반적인 토양 손실 방정식, 전체 유역은 최대 200개의 배수 구역 및 200개의 수로/관로 및 유입으로 세분

  • 유출 부모형은 다른 swmm의 부모델으로 file을 전환함으로써 200개의 유입부 및 10개의 성분에 대한 수문 곡선 및 오염도 곡선을 출력
transport block
Transport block
  • 이동 모형은 하수 관거를 통하는 유량 및 오염물 경로를 상세히 추적.
  • 유량 경로는 kinematic wave 기법을 사용하는 반면, 수질은 초기 이동에 대한 완화 기준에 근거하여 1차 감소 및 하수 관거내의 세척 및 퇴적 모의실험, 건기의 유량 및 수직의 산출 등을 포함
  • 이동 부모형은 interface file에 의한 유출 부모형 또는 사용자에 의해 정의 된 입력 자료로부터 산출된 유입부의 수분 곡선 및 오염도 곡선을 사용
  • 이후에 전기 유량 및 수질, 침투, 각 수로/관거의 오염물 부하, 연구 지역을 결정
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RAINFALL

SNOWMELT

EVAPORATION

OVERLAND

FLOW

d

dp

INFILTRATION

모형의 수리학적 계산
  • 지표 유출을 위해서는 소유역을 지면지류가 있는 혹은 없는 불투수층과 지면지류가 있는 투수층으로 나눈다. 지면 질류룰 비선형 저수지로 가정하여 아래 그림과 지표유출을 가정
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모형의 수리학적 계산
  • 비선형 저수지는 연속방정식과 Manning 방정식에 의해 결정되어 진다. 지면에 저류되 sanf의 양은 연속 방정식에 의하며 다음과 같다.
  • Where v= A·d = volume of water the subarea,ft3

d = water depth,ft

T = time,sec

A = surface area of subarea,ft2

I = rainfall excess = rainfall/ snowmelt

intensit evaporation/infiltration rate ft/sec

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모형의 수리학적 계산
  • 유출량은 Manning방정식에 의해 구함
  • Where W = subcatchment widch, ft

n = Manning’s roughness coeffcient

dp = depth of depression storage,ft

S = subcatchment slope,ft/ft

  • (1)식과 (2)식을 이용하여 미지수인 길이 d를 구할 수 있으며 이를 비선형 저수지 방정식이라 한다.
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모형의 수리학적 계산
  • 식(3)은 각각의 시간간격에 대해 풀어야 하며 시간간격의 초기시간과 최종시간을 각각 d1,d2라 하면 식 (3,4)은 다음과 같다.
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모형의 수리학적 계산
  • 식 (3,4)를 Newton – raphson 시행 착오법에 의해 d2에 대해서 풀고 이 값을 Manning방정식에 대입시켜 시간 간격의 마지막 순간 유출량을 산정한다.
rating curve method
Rating curve method

일반적으로 침전 물질의 부하율은 유량이 증가할수록 부하율이 증가하는Rating curve 의 관계를 나타내며 다음과 같다

Where WFLOW = subcatchment runoff,efs

POFF = constituent load washed off

at time, t,mg/s

ROCEF =coefficient that includes corret

units conversion

WASHPO = exponent

오염물직이 한정되어 있지 않은 소유역 특히 홍수 기간동안 오염물질의 유출은 Rating curve형태를 띠는경우가 많으며 식에 의해 설명되어진다.

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입력과정

US Customary와 Metric 단위를 사용할 수 있습니다.

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해석을 위한 조건설정

Configuration > Job Control메뉴를 통해서 모의 제어와 시간 제어를 설정해 둡니다. 여기에는 시뮬레이션을 위한 각종 Default 값, 고려해야 할 허용 오차나 Factor, 오염 물질 List 등을 조절할 수 있으며 해석 시간 역시, 그 시작 시간 및 종료 시간 그리고 Time Step도 제어할 수 있습니다.

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노드 배출구 설정

하수 관거의 흐름이 최종적으로 유출되는 곳의 경계 조건을 입력합니다. 아래의 경우에서는 Free Outfall을 사용했습니다

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링크데이터 상세입력

다양하게 구비되어 있는 관종과 관의 형상을 원하는 대로 선택하여 입력할 수 있습니다. Conduit Factor를 통해서는 조도 계수, 조도 계수가 변하는 깊이, 축소-확대 손실 계수, 침전물의 깊이, 유입/유출 손실 계수, 압력 변화 계수 그리고 네 종류의 Advanced Routing Options를 고려하게 됩니다.

trapezoid
Trapezoid

원하는 관종, 관의 형태를 언제든지 바꿀 수 있습니다.

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도관 프로필

Link Data를 입력한 뒤에 Conduit Profile을 살펴보면, 종단도를 통해 보다 쉽게 입력이 잘 되었는지를 확인할 수 있습니다

xp table
XP-Table

지금까지 입력했던 Link와 관련된 내용을 테이블 형식으로 일목요연하게 보여줍니다.

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출력과정

자체 메모장인 Notepad+가 있기 때문에 바로 편집하여 출력할 수도 있어서 매우 편리합니다.

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유 량 도

유량, 유속, 상류측 노드의 수위와 하류측 노드의 수위까지 한 그래프 안에서 모두 알 수 있으며 사용자가 원하는 대로 자유롭게 편집이 가능합니다.

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평면 시뮬레이션

유량(혹은 유속)에 대한 평면 시뮬레이션을 할 수 있습니다. 유량의 양에 따라서 관로에 표시되는 색과 굵기가 달라지며 시간에 따라서 전반적인 변화를 관찰할 수 있게 됩니다

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동적인 단면도

종단 / 횡단의 시간에 따른 변화를 직접 볼 수 있습니다. 선택한 전체 종단에 대해 시간에 따른 유량 / 유속 / Level의 변화를 볼 수도 있고 관로상의 한 지점을 횡단으로 잘라서 그 관 내부의 유량 / Level 변화를 살필 수도 있습니다. 또한, 각 관의 시간에 대한 유량의 변화를 그래프로도 나타내주게 됩니다.