4. study and explain the watershed and sewer management model swmm
DESCRIPTION
4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM. 강원대학교 환경공학과 20050147 정수지. SWMM 모형은 도시지역의 수량 및 수질을 모델링하 기 위하여 개발된 모형이다 . 유역내 강우 , 지표유출 , 수 질 변화에 관계된 모든 부분의 해석을 수행할 수 있게 개 발 되었으며 , Extran 의 모듈을 사용하여 Backwater, 배 수관망 에서의 수리 유동상황을 역동적으로 해석할 수 있다 . - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/1.jpg)
4. Study and explain the Watershed and Sewer
Management model SWMM
강원대학교 환경공학과20050147 정수지
![Page 2: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/2.jpg)
4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM
SWMM 모형은 도시지역의 수량 및 수질을 모델링하기 위하여 개발된 모형이다 . 유역내 강우 , 지표유출 , 수질 변화에 관계된 모든 부분의 해석을 수행할 수 있게 개발 되었으며 , Extran 의 모듈을 사용하여 Backwater, 배수관망 에서의 수리 유동상황을 역동적으로 해석할 수 있다 . 1969 년에서 1971 년에 걸쳐 미국 EPA 에서 개발된 SWMM은도시지역의 지표유출 해석에 광범위하게 사용되었으며 ,1994년에 4.3 Version 으로 개량되었다 . 유역내의 우수관로 ,합류식관로 , 자연배수로 등에서의 유동 , 수위 , 오염물 농도 등을 해석한다 .
![Page 3: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/3.jpg)
SWMM은 실행 , 유출 , 이동 , Extran, 저류 및 처리의 5개의 부모형으로 구성된다 . 실행모형은 모델링 전체를 조절하는 기능을 수행한다 . 즉 , 부모형간 자료를 구성하고 , 입출력을 지시한다 . 유출모형은 강우에 의해 유역내에서 발생하는지표유출과 오염도 변화를 추적하여 , 수문곡선
과 오염도 곡선을 출력한다 .
![Page 4: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/4.jpg)
유출모형의 계산결과를 다른 모형에서 이용하여 모델링을 수행한다 . 이동모형은 우기 및 건기의 하수시스템으로의 침입수량을 계산한다 . Extran 모형은 배수관망에서의 유량 및 수심 등의 유동 상황을 추적한다 . 관로내의 유량을 해석하기 위하여 연속방정식과 운동방정식을 연계하여 계산한다 . 저류 및 처리 모형은 수리 , 수질에 대한 저류 및 처리장치의 효율을 평가한다 .
![Page 5: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/5.jpg)
Window Interface SWMM 모형은 관거 및 수로망을 통하는 지표로부터의 강우 및 오염물의 이동 , 저류 /처리시설 , 방류수 등을 모의실험할 수 있는 복잡한 모형이다 . 우수 관로 , 합류식 하수관거 , 자연 배수구 등의 집수유역에 유동 , 수위 , 오염물 농도 등을 단일 및 계속적으로 모의실험한다 . 모형은 계획 및 설계에 모두 사용되며 , 계획 모형은 도시의 유출 문제 및 제시된 완화 조치의 전반적인 평가에 사용된다 . 이것은 장기적인 강우 자료를 사용하여 몇 년동안의 연속적인 모의실험에 의해 이루어진다 .
![Page 6: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/6.jpg)
자료 입력 및 모형 실행에 있어 사용자를 돕고 복잡한 모형을 사용자가 친숙하게 하기 위하여 Window Interface SWMM 이 개발되었다 .
![Page 7: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/7.jpg)
• 물리적 특성 – 강우와 용설에 의해 유출이 발생 ,비선형 저류방정식에 의해 지표면 유출을 묘사 , 침투량산정에는 Horton 혹은 Green-Apmt 방정식을 사용 , 지표수수질은 건기 동안 오염 물질의 선형 /비선형 축적과 감소인자에 의한 오염 물질의 유실을 기본으로 함 .건기시 유량 및 수질 계산은 인구 밀도와 같은 통계적인인자와 Shield 기준에 의한 관로내 SS의 퇴적을 기본으로함
1) Theory
![Page 8: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/8.jpg)
•화학적 과정 – Run off bolck 에서는 10개의 수질 ,transport modul 에서의 3개의 수질 모의가가능 ―다른 모형과의 연계 –수질모형인WASP와 DYNHTD 모형 , 독립적이거나전체의SWMM모형과 HEC,STORM,QUAL-Ⅱ모형 ―모형의 정확성–유출은 약간의 보정에 의해 비교적 정확한 결과를 얻을수있음 , 수질은 폭넓은 보정을 필요로하며실측 자료가 없을시 매우 부정확함
![Page 9: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/9.jpg)
Run off block •본모형은 swmm 모델의 가장중요한모형 •강우 및 온도 부모형 또는 사용자가 정의한우량 분포로부터 기상자료를 계산한 후 눈융해모의 실험 기능과 함께 비선형 저류접근법을사용하여 강우 -유출 과정을 모의실험
![Page 10: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/11.jpg)
•최종적으로 유출 모형은 하수관로 유입부에서의 수분곡선 및 오염도 곡선을 출력한다 . •본 모형은 몇분–몇 년의 기간에 대한 모델링을 수행한다 . •몇 주 미만의 모의실험은 단일 사상방식 ,장기 모의 실험은 연속방식으로 수행된다 .융설을 제외하고는 , 모든 계산은 두 가지 경우에 대해 동일하게 수행
![Page 12: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/12.jpg)
•유출 부모형에서의 수질 분석 과정은 옵션의 변화를 통해 지표 유출성 분부하의 산출을포함 1. 건기시에 성분이 축적되며 우기시에 세척 2. 부하가 유량에 비례하는“ ratinigcurve”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 부 모델으로 file 을 전환함으로써 200 개의 유입부 및 10 개의 성분에 대한 수문곡선 및 오염도곡선을 출력
![Page 13: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/13.jpg)
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 관거 내의 세척 및 퇴적모의실험 , 건기의 유량 및수직의 산출 등을 포함 •이동 부모형은 interfacefile 에 의한 유출부 모형 또는 사용자에 의해 정의 된 입력 자료로부터 산출된 유입부의 수분곡선 및 오염도 곡선을 사용 • 이후에 전기 유량 및 수질 , 침투 , 각 수로 /관거의 오염물부하 , 연구 지역을 결정
![Page 14: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/14.jpg)
Numerical Algorithm 지표 유출을 위해서는 소유역을 지면지류가 있는 혹은 없는 불투수층과 지면 지류가 있는 투수층으로 나눈다 .지면질 류를 비선형 저수지로 가정하여 아래그림과 지표 유출을 가정 .
![Page 15: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/16.jpg)
•비선형 저수지는 연속방정식과 Manning 방정식에 의해 결정되어 진다 . 지면에 저류된 양은 연속방정식에 의하며 다음과 같다 .
![Page 17: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/17.jpg)
• Where v= A·d=volumeofwaterthesubarea,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
![Page 18: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/18.jpg)
유출량은 Manning 방정식에 의해 구함
Where W =subcatchmentwidch,ft n = Manning’sroughness coeffcient dp = depth of depression storage,ft S = subcatchment slope,ft/ft
![Page 19: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/19.jpg)
•(1)식과 (2)식을 이용하여 미지수인 길이 d 를구할 수 있으며 이를 비선형 저수지 방정식이라 한다 . •식 (3)은 각각의 시간간격에 대해 풀어야 하며시간간격의 초기시간과 최종시간을 각각d1,d2라하면 식 (3,4)은 다음과 같다 .
![Page 20: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/20.jpg)
•식 (3,4)를 Newton–raphson 시행착오법에 의해 d2 에 대해서 풀고 이 값을Manning 방정식에 대입시켜 시간 간격의 마지막 순간 유출량을산정한다 .
![Page 21: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/22.jpg)
오염 물질이 한정되어 있지 않은 소유역 특히 홍수 기간동안 오염물질의 유출은 Ratingcurve형태를 띠는 경우가 많으며 식에 의해 설명되어진다 .
![Page 23: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: 4. Study and explain the Watershed and Sewer Management model SWMM](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081419/5681503f550346895dbe3e3d/html5/thumbnails/25.jpg)