전산수리해석/EPA SWMM 실습 문서 원본 보기

== Default 설정 ==
♣♣♣
# Project > Default 설정 한 뒤,
# 좌측 메뉴에서 Option 설정할 것.

=== 수리학적 추적 모형 ===
Routing Method

* 정상류(Steady flow)
** <u>도관 저류량 영향</u> 검토 불가.
** 단순히 유역 전체 표면유출수 합산에 불과.
* 운동파(Kinematic wave)
** 배수, 초과저수량, 범람같은 점변부등류 조건 제외한 상황에만 적용.
* 동파(Dynamic wave)
** 배수, <u>초과저수량</u>, <u>범람</u>같은 도시 배수 시스템에서 발생하는 <u>점변부등류 조건</u>에 적용 가능.

== Option ==
=== Time steps ===
Reporting Step은 rainfall data의 시간 단위랑 맞춰준다.

== 값 입력 팁 ==
관망을 미리 짜둔 뒤, 특성값은 엑셀로 inp를 열어서 공백 기호에 따라 텍스트 구분하여 입력하면 편하다!

== Hydrology ==
=== Rain Gauge ===
자주 실수하는 것 : Rain format에서 Volume, Intensity, Cumulative 선택
* Intensity : 강우강도 자료를 사용하는 경우 선택. mm/hr 또는 in/hr로 표기.
* Volume : 강우량 자료를 사용하는 경우 선택. mm 또는 in 단위로 표기.
* Cumulative : 누가강우량 자료를 사용하는 경우 선택. mm 또는 in 단위로 표기.
서로 다른 형태로 <u>변환하는 연습</u>하기. 수문학 기사 문제라 어려울 것 없음.

어떤 형태로 넣든 SWMM 해석 결과가 동일해야 함.(오차도 동일해야 입력을 제대로 한 것임)

time interval은 rainfall data의 시간간격에 맞춰준다.

강우지속시간이 rainfall data의 마지막에 찍히는 시간값과 동일.

만약 Huff 분포 사용 시 무차원값으로 나온다. 차원 있는 값으로 바꾸어주어야 함. 지속시간, 빈도에 따른 확률강우량을 알면, 무차원 확률강우량에 곱해서 구한다.

=== Subcatchment ===
* % slope : <u>평균 표면 경사</u>
* % Imperv : 불투수 면적비
* N Imperv : 불투수면적 Manning 조도계수
* N perv : 투수면적 Manning 조도계수
* Dstore-Imperv : 불투수면적 요지저류 깊이(mm or inch)
* <u>Dstore-perv</u> : 투수면적 요지저류 깊이(mm or inch)
* <u>% Zero-Imperv</u> : 요지저류 없는 <u>불투수면적</u> 비<math>\left( = \frac{\text{요 지 저 류  없 는  불 투 수 면 적 } }{ \text{불 투 수 면 적 } } \right)</math>

요지저류란? 유역 내 웅덩이에 모인 저류.

매 subcatchment마다 rainfall gauge 입력 잊지 말아야 함!!

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'''유역폭 계산'''

<math>W = (2-S_k)L</math>

* L : 주 배수로 길이

왜곡도 계수

<math>S_k = \frac{A_2 - A_1}{A}</math>

* A : 유역 전면적
* <math>A_1</math> : 유역 한쪽 면적
* <math>A_2</math> : 유역 다른쪽 면적<br />

==== Infiltration model ====
♣♣♣식 암기

5가지
# Horton
# Modified Horton
# Green-Ampt
# Modified Green-Ampt 
# Curve Number

===== Horton =====

[[File:The Horton Infiltration Graph.png|right|400px]]
<math>f_p=f_c+( {\color{red} f_0 - f_c } )e^{-kt} </math>

Where   
:<math>f_p</math> is the infiltration rate at time ''t''(cm/hr)
:<math>f_0</math> is the initial infiltration rate or maximum infiltration rate(cm/hr)
:<math>f_c</math> : 종기 침투능 또는 mimimum infiltration rate(cm/hr)
:<math>k</math> is the decay constant specific to the soil. 토양 종류, 식생 피복따른 상수.(hr<sup>-1</sup>)

침투능은 침투가 진행될수록 감소. 누가침투량은 당연 증가.

total volume of infiltration, ''F'', after time ''t''. 위 식을 적분하여 얻는다.  
:<math>F_t = f_ct+{( {\color{red} f_0 - f_c } )\over k}(1-e^{-kt})</math>

===== Green-Ampt =====
<math>f_p = K_s \frac{L+S}{L} = K_s \left( 1 + \frac SL \right)</math>
* K<sub>s</sub> : 투수계수
* L : 지표면에서 습윤선까지 거리
* S : 습윤면에서 모세흡인 수두(Suction Head)

Darcy의 법칙으로부터 유도됨.

<math>q = \frac QA = K_s \cdot S_f</math>

에너지경사

<math>S_f = - \frac{\partial h}{\partial z}</math>

<math>q = - K_s \frac{\partial h}{\partial z}</math>

<math>f_p = K_s \frac{h_1 - h_2}{z_1 - z_2} = K_s \frac{h_0 - (-S-L)}{L}</math>
* h<sub>1</sub> : 지면 위 물의 깊이. = h<sub>0</sub> = 작다고 보아 0으로 볼 수 있다.
* h<sub>2</sub> : 습윤선 아래 건조토양에서 수두

습윤선까지 거리가 L이 되는 시각까지 단위면적당 누가침투량

<math>F(t) = L(\theta_s - \theta_i) = L \times IMD</math>
* <math>\theta_s</math> : 포화토양 함수비
* <math>\theta_i</math> : 습윤면 아랫부분 함수비
* IMD : 초기 토양수분 미흡량(Initial Deficit)

정리하여 아래 식을 시행착오법을 통해 F(t) 계산함.

<math>F(t)=K_s t+ S \times IMD \times \ln \left[1+{F(t)\over S \times IMD}\right]</math>

침투능은

<math>f_p(t) = K_s \left( 1 + \frac{ S \times IMD }{F(t) } \right)</math>

===== Curved Number =====
[[유출수문곡선#NRCS 유효우량 산정]] 참고.

* CN 크면 불투수면(도시유역)
* CN 0에 가까우면 투수면(자연유역)
* 유출율 크면 침투율 낮음.

NRCS가 총우량과 유효우량의 관계를 분석한 결과 0에서 100까지의 무차원 유출곡선지수(Curve Number, CN) 제안.

<math>CN = \frac{25400}{S + 254} \quad or \quad S = \frac{25400}{CN} - 254</math>
*S : 최대잠재보유수량(Potential maximum retention)

== Hydraulics Node ==
합류지(Junction), divider, 저류지, 배수구(outfall)

=== Junction ===
Depth는 Invert의 총 높이(깊이)

=== Outfall ===
Type
* Free : 출구 수위를 연결된 관의 한계류 수위와 정상류 수위의 최솟값으로 결정.
* Normal : 연결관 정상류 깊이에 따라 출구 수위 결정.
* Fixed : 유역 출구 수위 고정.
* Tidal : 조석 높이 대 시간으로 구성된 표에 따라 수위 결정.
* Time series : 시계열에 입력된 자료에 따른 수위.

flap gate 설치해야하는 경우 outfall에서 설정해주는 게 아니라, outfall과 연결된 conduit에서 해준다. tide gate랑은 다름.

=== Storage ===
필수 입력자료 4
* Invert EL.(표고)
* Max Depth(최대 수심)
* Initial Depth(최초 수심)
* Storage Curve(저류 곡선)

선택 입력자료 5
# 외부 유입량(Inflow)
# 오염물질 처리(Treatment)
# 과부하 수심(Surcharge Depth)
# 증발계수 (Evaporation factor)
# 누수손실(Seepage Loss)

=== Storage curve ===

Functional curve

<math>Surface \ area = A \times (Depth)^B + C</math>

* A : Coefficient(표면적과 Storage 깊이 관계 함수의 계수)
* B : Exponent(표면적과 Storage 깊이 관계 함수의 지수)
* C : Constant(표면적과 Storage 깊이 관계 함수의 상수)

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Tabular curve : 면적 대 깊이로 이루어진 커브. 수심은 바닥부터 측정.

== Hydraulics link ==
도관(Conduit), 펌프, 오리피스, 웨어, 배수구

=== Conduit ===
Inlet, Outlet 거꾸로 끼우면 안 됨.

Box형은 Rectangular가 아니라 Closed Rectangular로 해주어야 한다.

* Inlet offset : Inlet Invert(node) 바닥에서 관을 들어올린 높이.
* outlet offset : Outlet Invert(node) 바닥에서 관을 들어올린 높이.
♣♣♣관이 <u>역경사</u>가 되면 절점으로 <u>유입하는 관거</u>, <u>유출하는 관거</u>의 <u>오프셋</u>을 주어 node로 유입 또는 유출구 높이를 바꿔준다. offset 값은 절점 바닥고에서 얼마나 올려야 이전 절점에서 다음 절점으로 <u>하향 직선 연결</u>되는지 그림 그려서 닮음비 이용해 계산해보면 됨. 주의할 점은 이전 절점 또는 다음 절점에 관이 연결될 때 offset이 있다면 삼각형 그릴 때 <u>절점 바닥고가 아니라</u> <u>바닥고에서 offset된 높이</u>를 가지고 계산해줘야한다.

=== Pump ===
기본 입력자료3
# 유입구 절점(Inlet Node)
# 유출구 절점(Outlet Node)
# Pump Curve

선택 입력자료3
# 초기 가동상태(Initial Status)
# 펌프 가동수위(Startup Depth)
# 펌프 정지수위(Shutoff Depth)

== Curves ==
=== Pump curves===
<u>Type</u> 설정도 잊지 말기.

* Type1
** 오프라인 펌프. 
** 유수지 <u>체적</u>에 따라 점진적으로 증가(계단식 증가)하는 펌프토출량. 
** 실제로는 거의 안 씀.
* Type2 
** 인라인 펌프. 
** 유입구(storage) 절점 <u>수심</u>따라 펌프토출량 점진 증가(계단식 증가). 
** 대한민국의 <u>거의 모든 펌프</u>에서 많이 쓰임. 거의 이거 쓰면 됨.
* Type3 
** 인라인 펌프. 
** <u>유입구(storage)</u>와 <u>유출구(outfall, 하천) 절점 수두차</u>에 따라 토출량 지속적으로 변함.(계단식 아님)
** 가변펌프에 사용.
* Type4
** 가변 인라인 펌프.
** 유입구 절점 <u>수심</u>따라 토출량 지속적으로 변함.(계단식 아님. Type2와 차이점.)
커브 입력 시 depth 0.51, 1.01과 같은 값을 넣어주지 않으면 커브마다 형태가 많이 바뀔 수 있다.

커브에서 CMS값이 5, 10으로 두 단계로 나뉘어 있는 것은 펌프 역시 두 단계로 운영됨을 의미. 용량 증가는 각각 X배 해주면 된다.

가동조건 변경은 depth 바꿔주는 것.

== Dates option ==
유출이 다 일어날 때까지(관내 유량(Outfall의 Total Inflow<ref>유출량을 inflow라고 하는 이유는 outfall입장에서 봐서 그렇다.</ref>) 0 될 때까지) 시간을 늘려주어야 한다.

[[File:Idealized representation of a subcatchment in SWMM.png|right|400px]]

<u>Subcatchment 유역폭을 줄이는 경우 도달시간이 길어지므로</u> 유출이 다 일어날 때까지 시간설정이 되었는지 재차 확인해야 한다.

== profile plot ==
역경사나 부정접합이 되면 안 된다. 하수도는 중력에 의해 흐르기 때문에 역경사, 부정접합이 확인되면 그 절점에 침수가 일어날 가능성이 있기 때문.

시간에 따라 봐줘야 된다. plot 띄운다음 왼쪽 메뉴 map에서 재생버튼 누르면 시간에 따라 바뀜.

모든 경로에 대해 검토해준다.

== summary ==
* surcharge : 과부하. 만관. 통수능 부족. 가장 높이 있는 conduit의 천정(crown)까지 수위가 차면 surcharge.<ref name=":0">{{서적인용|제목=Storm Water Management Model User's Manual Version 5.1|성=Lewis A. Rossman|이름=|날짜=2015|판=|출판사=EPA|쪽=139|장=}}</ref><ref name=":1">https://swmm5.org/2017/11/06/example-7-dual-drainage-systems-in-infoswmm-and-infoswmm-sa/ Figure 7-7을 보면 된다.</ref>
* flooding : 만관을 넘어 node에 홍수 발생.<ref name=":0" /><ref name=":1" /> 총 월류량 계산은 node flooding 값의 총합.

node flooding이 일어나지 않으면 summary의 드롭다운 목록에 node flooding이 아예 뜨지 않음. flooding 발생하지 않은 node는 나오지 않고, 발생한 node만 표로 나온다.

=== 통수능 부족 해결방안 ===
# 첨두유량 감소시키는 방안
#* 유역인자 변경 : CN, 불투수 면적비 등
#* 저류지 설치
# 관거 통수능 향상 방안
#* 관경 확대
#* 추가 우수관 매설

== 각주 ==