معرفی نرم افزار EPA-SWMM
به طور کلی SWMM، برای شبیه سازی و مدیریت بارش-رواناب، برنامه ریزی، تجزیه و تحلیل و طراحی رواناب‌ها و فاضلاب‌های سطحی و سیستم‌های زهکشی در حوضه‌های شهری به کار می‌رود. اگرچه از این نرم‌افزار در مسائل غیر شهری نیز استفاده می‌شود ولی شهرت آن به دلیل مدلسازی و مدیریت حوضه‌های شهری می‌باشد. مشخصات هیدرولیکی و هیدرولوژیکی اجزاء مدل مانند مشخصات زیرحوضه‌ها، کانال‌ها و مجراها، اطلاعات هواشناسی مانند داده‌های ایستگاه‌های باران‌سنجی، اطلاعات مدل مفهومی و نحوه شبیه‌سازی فرآیندها می‌باشند.
تاریخچه:
مدل STORM WATER MANAGEMENT MODEL که به اختصار SWMM بیان می‌گردد برای اولین بار در سال ۱۹۷۱ توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) و با همکاری شرکت متکف و ادی و دانشگاه فلوریدا تدوین و در سال‌های بعد در جهت بهبود امکانات و کاربردی شدن، دستخوش تغییرات اساسی شد. نسخه اول در سال ۱۹۷۱، نسخه دوم در سال ۱۹۷۵، نسخه سوم در سال ۱۹۸۱، نسخه ۳-۳ در سال ۱۹۸۳ نسخه چهارم در سال ۱۹۸۸، نسخه پنجم ۲۰۰۴ و نسخه ۵-۱ در سال ۲۰۱۵ ارائه شده است. این نرم‌افزار از شاخه نرم‌افزارهای محیط زیست و آب است که قادر به شبیه‌سازی مدل در یک زمان و در دوره‌های طولانی، مدل‌های سطحی و زیرسطحی می‌باشد.
کاربردها و عملکرد
مدل SWMM یک مدل سیلابی تک واقعه‌ای یا پیوسته و دارای قابلیت محاسبه پدیده‌های تبخیر، ذوب برف، چالاب، نفود عمقی و جریان‌های زیر سطحی بوده که به‌منظور شبیه‌سازی کمیت و کیفیت رواناب حوضه‌های شهری می‌باشد و روندیابی جریان در سه حالت جریان دائمی، موج سینماتیک و موج دینامیک با استفاده از آن امکانپذیر می‌باشد. این نرم افزار قادر به شبیه‌سازی مدل در یک زمان و دوره‌های طولانی و مدل‌های سطحی و زیرسطحی است و هم‌چنین می‌تواند تأثیر استفاده از سیستم‌های زهکشی طبیعی و پایدار در شهرسازی بر کاهش رواناب حاصل از بارش را نیز مدلسازی کند. در این نرم‌افزار تأثیر برف در حوضه‌های شهری و داده‌های اقلیمی مانند باد، دما و تبخیر از حوضه نیز می‌توانند در شبیه‌سازی وارد شوند.
۵ مزیت اصلی نرم افزار EPA-SWMM
-سادگی محیط کاری
– حجم کم
– آسانی نصب و رایگان بودن
-قابلیت دسترسی عمومی و غیر تجاری
-قدرت بالا در شبیه‌سازی مدل‌های کمی و کیفی
پارامترهای و اطلاعات مورد نیاز مدل SWMM
مدل SWMM دارای پارامترهای کلیدی می‌باشد که عبارت‌اند از:
درصد سطوح نفوذناپذیر، خروجی‌ها، نفوذ، شیب و ضریب زبری سطوح
و اطلاعات مورد نیاز مدل جهت مدلسازی دقیق:
اطلاعات بارش، خصوصیات فیزیکی حوضه و زیر حوضه‌ها و شبکه زهکشی می‌باشد.
قابلیت‌های مدل EPA-SWMM
-قابلیت پردازش انواع مختلف داده‌های بارندگی
– روش‌های محاسبه تلفات که با توجه به بارندگی و خصوصیات حوضه، حجم رواناب محاسبه می‌شود.
-روش‌های محاسبه رواناب مستقیم که از روی جریان سطحی، ذخیره و تلفات انرژی به علت حرکت آب در سطح حوضه و در کانال، رواناب محاسبه می‌شود.
– روش‌های روندیابی که بر اساس ذخیره و افت انرژی به علت حرکت آب در کانال می‌باشد.
-روش‌هایی برای بررسی به‌هم‌پیوستگی و تقسیم‌شدگی آب در حوضه
– روش‌هایی برای بررسی سازه‌های کنترل‌کننده جریان
روندیابی هیدرولیکی در مدل SWMM
در مدل SWMM سه روش برای روندیابی هیدرولیکی وجود دارد:
جریان پایدار یا دائمی
این حالت در بازه کوتاه برای طراحی سازه در مسیل‌های جمع‌آوری آب‌های سطحی به‌کار می‌رود. ساده‌ترین نوع روندیابی را با فرض یکنواخت و ماندگار بودن جریان در هر گام زمانی انجام می‌دهد به همین دلیل هیدروگراف جریان ورودی را بدون هیچ تأخیر و تغییر شکلی به خروجی مجرا منتقل می‌کند. این نوع روندیابی به گام‌های زمانی حساس نبوده و برای شبیه‌سازی‌های پیوسته بلند مدت مناسب است.
موج سینماتیک
در این روش فقط عامل اصطکاک و شیب بستر از معادله مومنتم در نظر گرفته می‌شوند و یکی از معادلات ساده و کاربردی در روندیابی می‌باشد. شبیه سازی به روش موج سینماتیک اجازه می‌دهد تا جریان و سطح به صورت مکانی و زمانی در یک مجرا تغییر نماید. این نوع روندیابی برای جریان‌های برگشتی، جریان‌های معکوس و تحت فشار و شبکه‌هایی که دارای این نوع جریان‌ها هستند مناسب نیست. روش سینماتیک برای شبیه سازی های بلند مدت کاربردی است.
موج دینامیک
در هیدرولیک، روندیابی سیل به روش موج دینامیکی با حل معادلات سنت و نانت (پیوستگی و مومنتوم) امکانپذیر است. مجموعه معادلات مومنتوم و پیوستگی در شرایط غیرماندگار درکانال‌های باز، معادلات سنت ونانت نامیده می‌شود که این معادلات در مدلسازی مجاری روباز به‌کار می‌رود. با توجه به معادله پیوستگی و ترم‌های درگیر از معادله اندازه حرکت، روندیابی سیلاب به سه روش موج سینماتیک، موج پخشیدگی و موج دینامیکی تقسیم می‌شوند. چنانچه در مدلسازی ریاضی، تمام ترم‌های معادله مومنتوم در تحلیل جریان وارد شوند نوع موج جریان دینامیک و چنانچه از تمام ترم های معادله مومنتوم به جز شیب کف و شیب خط انرژی صرف نظر شود نوع جریان موج سینماتیک خوانده می‌شود. با چنین روشی می‌توان شبکه‌هایی که دارای اثرات برگشت آب، جریان معکوس و تحت فشار هستند را مدل نمود. در تمام روش‌های روندیابی برای ارتباط دادن شیب یا زبری بستر و عمق با دبی جریان، از معادله مانینگ برای مجاری باز و از معادله هیزن-ویلیامز یا دارسی-ویسباخ برای جریان تحت فشار استفاده می‌شود. در این روش سیلاب زمانی رخ می‌دهد که عمق آب در یک گره بیشتر از عمق حداکثر موجود باشد و جریان مازاد یا از شبکه خارج شده و یا در بالای گره ذخیره گشته و مجدداً وارد شبکه جمع آوری سیلاب می‌گردد.
اصلی‌ترین مراحل انجام پروژه SWMM
۱) تهیه نقشه‌های حوضه‌ها و زیر حوضه‌های شهری
۲) جمع آوری اطلاعات و به ویژه بررسی بارش
۳) ترسیم شبکه جمع آوری آب سطحی
۴) شبیه‌سازی مدل بارش-رواناب