Die folgenden Knotenpunkttypen stehen in InfoDrainage zur Verfügung. Jeder Typ wird während der Analyse anders verarbeitet.
Ein Schacht wird durch einen Speicherknoten innerhalb der SWMM-Engine dargestellt, dessen Bemaßungen vom Benutzer festgelegt werden.
Das durch die Zuläufe fließende Volumen wird dem bereits im Schacht vorhandenen Volumen hinzugefügt. Dadurch wird eine neue Tiefe im Knoten erzeugt. In einem nicht abgedichteten Schacht kann überschüssiges Wasser in einen 1000 m² großen Planbereich fließen. Bei einem abgedichteten Schacht trägt überschüssiges Wasser ähnlich wie bei einem einfachen Knotenpunkt zur Erhöhung der hydraulischen Energiehöhe im Schacht bei (ohne Überflutung).
Anmerkung: Das aus dem Schacht austretende Wasser kann später wieder eintreten, nachdem der Wasserstand wieder gefallen ist.
Anhand der Tiefe im Knoten wird dann der Abfluss durch jeden der angegebenen Auslässe ermittelt.
Anmerkung: Wenn ein Schacht als Auslauf ohne Angabe von Auslässen fungiert, ignoriert die Analyse die Knotenbemaßungen, da dies als freier Abfluss angesehen wird (außer wenn eine Höhe mit Überstau vorhanden ist).
Ein einfacher Knotenpunkt wird durch einen Knotenpunkt in der SWMM-Engine dargestellt.
Für diesen Knotentyp können keine Bemaßungen festgelegt werden. Die Sohlenhöhe wird von den ein- oder ausgehenden Verbindungen in dieses Knotens abgeleitet, und die maximale Tiefe wird als Oberkante der höchsten Verbindung verwendet. Ein einfacher Knotenpunkt kann unter Druck stehen.
Das in den einfachen Knotenpunkt eintretende Volumen befindet sich innerhalb eines 1 m² großen Planbereichs, anhand dessen die Tiefen und somit die Volumenströme durch die Auslässe erzeugt werden. Aufgrund ihrer Beschaffenheit kann es an diesen Stellen nicht zu Überflutungen kommen, aber es wird eine Tiefe angegeben, um die Berechnung der Volumenströme durch die Auslässe zu verdeutlichen.
Beachten Sie, dass der Volumenstrom entweder aus einer eingehenden Verbindung (positiver Abfluss) oder aus einer ausgehenden Verbindung als Gegenstrom (negativer Abfluss) in einen Knotenpunkt eintreten kann. Der Gegenstrom wird durch eine größere hydraulische Energiehöhe an einem anderen Knotenpunkt weiter stromabwärts im Netz erzeugt.
Verlustkoeffizient, der den Energieverlusten am Eingang jeder ausgehenden Verbindung vom Knotenpunkt zugeordnet ist. Dieser Wert wird vor der Analyse zum Einlaufverlust jeder ausgehenden Verbindung addiert.
Er wird durch folgende Gleichung angegeben:
Biegeverlust = K (v2/2g)
Dabei gilt:
K ist der Biegeverlustkoeffizient, der vom Abschrägungswinkel der Biegung abhängt. Indikative K-Werte für den Biegeverlust wie folgt:
| Abschrägungswinkel, Grad | K |
|---|---|
| 5 | 0.06 |
| 10 | 0.13 |
| 15 | 0.19 |
| 20 | 0.25 |
| 25 | 0.30 |
| 30 | 0.35 |
| 40 | 0.43 |
| 50 | 0.50 |
| 60 | 0.56 |
| 70 | 0.61 |
| 80 | 0.66 |
| 90 | 0.70 |
Der Abschrägungswinkel, α, ist die Änderung der Durchflussrichtung an der Biegung, gemessen in Grad, zwischen der eingehenden und ausgehenden Rohrausrichtung, gemessen wie folgt:
Verbindungen transportieren Wasser zwischen Knotenpunkten (siehe oben) oder Regenwassersteuerungen.
Die folgenden Verbindungstypen stehen in InfoDrainage zur Verfügung. Jeder Typ wird während der Analyse anders verarbeitet.
Diese Verbindungen haben physikalische Eigenschaften, d. h. Rohre, quadratische Düker, benutzerdefinierte Abschnittstypen und Kanäle.
Der Abfluss in physischen Verbindungen wird aus den Wasserständen an jedem Ende und den physikalischen Eigenschaften (Querschnitt, Reibung, Neigung) berechnet.
InfoDrainage verwendet die Formulierung als dynamische Welle in SWMM5 anstelle der weniger komplexen Formulierung als kinematische Welle.
Die Engine löst die eindimensionalen (1D) Flachwassergleichungen (allmählich variierender, unstetiger Volumenstrom), die auch als Saint-Venant-Gleichungen bezeichnet werden, um den Abfluss in jeder physikalischen Verbindung zu berechnen.
Auf diese Weise kann die Engine unterschiedliche Volumenstromregimes (schneller/langsamer Volumenstrom, d. h. superkritischer/subkritischer Volumenstrom), Rückstaueffekte, Volumenstromumkehr, Volumenstrom bei ungünstiger Neigung, Speicherung innerhalb der Verbindung und Druckvolumenstrom darstellen. Die Engine kann auch verzweigte und schleifenförmige Netze sowie Stränge darstellen.
Die Saint-Venant-Gleichungen sind ein System aus zwei nichtlinearen Gleichungen, die die Erhaltung von Masse und Impuls ausdrücken. Sie sind für die folgenden Prozesse verantwortlich:
Die Reibung kann entweder mit der Manning-Gleichung oder der Colebrook-White-Gleichung berechnet werden.
Der mit Energieverlusten am Eingang der Verbindung verknüpfte Verlustkoeffizient. Er korreliert in der Regel mit dem Druckverlust, der auftritt, wenn eine Flüssigkeit aus einem großen Tank in ein Rohr fließt. Der Einlaufverlust kann auch in Bezug auf die kinetische Energiehöhe mit der folgenden Gleichung dargestellt werden:
Einlaufverlust = K (v2/2g)
Dabei ist K der Widerstands- oder Druckverlustkoeffizient, der von der Form des Eingangs abhängt. Der Wert von K für den Einlaufverlust liegt zwischen 0.04 und 1.0.
Bei allen physischen Verbindungen, mit Ausnahme von Bypass-Verbindungen, wird der Biegeverlust des stromaufwärts liegenden Knotenpunkts vor der Analyse zum Einlaufverlust addiert.
Der mit Energieverlusten am Ausgang der Verbindung verknüpfte Verlustkoeffizient. Er korreliert in der Regel mit dem Flüssigkeitsvolumenstrom von einem Rohr in einen großen Tank. Wenn die Flüssigkeit in den Tank eintritt, verringert sich ihre Geschwindigkeit auf nahezu null. Ähnlich wie der Einlaufverlust kann der Austrittsverlust wie folgt berechnet werden:
Austrittsverlust = K (v2/2g)
Im Allgemeinen wird K = 1.0 für alle Arten von Rohrverbindungen zu einem Tank verwendet. Der Austrittsverlust ist in der Regel ein Bruchteil des Einlaufverlusts.
Die Überlegungen zum Einlauf- und Austrittsverlustkoeffizienten können unter Verbindung angegeben werden.
Hierbei handelt es sich um nicht physische Verbindungen, mit denen Elemente verbunden werden können, ohne dass die physikalischen Eigenschaften der Verbindung angegeben werden müssen.
Mit dem Typ Verzögerter Volumenstrom erfolgt das Routing durch die Verbindung als einfache Übertragung (ohne Minderung). Die Fließzeit durch die Verbindung, d. h. die von Wasser zum Durchfließen der Verbindung benötigte Zeit, wird anhand der Verbindungslänge und der vom Benutzer angegebenen Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Ausgabeganglinie entspricht der Eingabe-Ganglinie mit einer Verzögerung gleich der Fließzeit. Wenn der Wasserstand in der stromabwärts liegenden Struktur höher ist als der Wasserstand in der stromaufwärts liegenden Struktur, erfolgt kein Volumenstrom durch die Verbindung mit verzögertem Volumenstrom.
Verbindungen mit verzögertem Volumenstrom sind nicht Teil von SWMM5 und wurden speziell für die Verwendung in InfoDrainage entwickelt.
Bei Verbindungen ohne Verzögerung entspricht die Ausgabeganglinie der Eingabe-Ganglinie ohne Verzögerung, d. h. der Volumenstrom wird sofort vom stromaufwärts zum stromabwärts liegenden Ende übertragen. Wenn der Wasserstand in der stromabwärts liegenden Struktur höher ist als der Wasserstand in der stromaufwärts liegenden Struktur, erfolgt kein Volumenstrom durch die Verbindung ohne Verzögerung.
Auslässe werden als besonderer Verbindungstyp innerhalb der Engine behandelt. Die 1D-Flachwassergleichungen gelten nicht für Auslässe, werden jedoch gleichzeitig mit den physischen Verbindungen von der Engine verarbeitet, wobei die Energiehöhendifferenz zwischen der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Seite des Auslasses verwendet wird.
Beachten Sie, dass bei Auswahl des Auslasses mit freiem Abfluss in einem Knotenpunkt oder einer SWC kein tatsächlicher Auslass in der Analyse verwendet wird, d. h. die ausgehende Verbindung wird direkt mit dem Knotenpunkt oder der SWC verbunden.
Wenn auf einen Auslass eine Verbindung folgt, ist ein Knotenpunkt vorhanden, der das Ende des Auslasses mit dem Anfang der Verbindung verbindet, obwohl dies in InfoDrainage nicht sichtbar ist. Anhand des Wasserstands in diesem Knoten wird der Volumenstrom in der Verbindung berechnet. Tatsächlich ist dieser Wasserstand eng mit dem Wasserstand in der Verbindung oder SWC verknüpft.
Bei jedem Auslasstyp außer einem freien Abfluss entsteht ein lokaler Druckverlust. Dies gilt insbesondere für eine Öffnung mit dem gleichen Durchmesser und der gleichen Sohlenhöhe wie das nachfolgende Rohr oder ein Wehr mit der gleichen Breite und Sohlenhöhe wie der nachfolgende Kanal. Der mit der Öffnung oder dem Wehr verbundene Druckverlust führt zu einem anderen Volumenstrom und Wasserstand als beim Auslass mit freiem Abfluss.
Auch wenn die physische Öffnung oder die Öffnung bzw. das Wehr mit dem folgenden Rohr oder Kanal identisch ist, ist die Angabe eines Auslasses mit freiem Abfluss nicht empfehlenswert, da die Engine dadurch nur die verfügbaren Energiehöhen an jedem Ende des Rohrs berücksichtigt und den Volumenstrom mit den Flachwassergleichungen berechnet. Das entspricht der Annahme eines identischen Rohrs mit dem gleichen Durchmesser stromaufwärts des betrachteten Rohrs (und keiner lokalen Druckverluste).
Unabhängig davon, ob das Rohr aus einem Schacht oder einer Regenwassersteuerung herausführt, ist die Angabe eines Auslasses mit Druckverlusten realistischer, da so die Auswirkungen der Volumenstromverengung erfasst werden.
Die SWMM5-Engine reagiert sehr empfindlich auf die Größe oder Kapazität eines Auslasses.
Wenn ein Auslass mit sehr großer Volumenstromkapazität angegeben wird (Bemaßungen der Öffnung oder des Schützes, Abfluss der Pumpe), kann dies zu einer erheblichen Überschätzung des Volumenstroms durch den Auslass und in der Folge zu einem Kontinuitätsfehler führen, wenn das vom Knotenpunkt oder der SWC entfernte Volumen größer als das am Anfang des Zeitschritts vorhandene Volumen ist.
Der Hauptgrund dafür ist, dass SWMM5 bei der Berechnung des geeigneten Werts des Berechnungszeitschritts nur die physischen Verbindungen berücksichtigt und Auslässe ignoriert.
Dieses Verhalten in InfoDrainage wird in naher Zukunft geändert.
Ein Gegenstrom kann in jeder physischen Verbindung oder jedem Auslass auftreten, jedoch nicht in einer theoretischen Verbindung oder einem Zulauf.
Knotenpunkte werden verwendet, um zwei oder mehr Verbindungen miteinander zu verknüpfen. In der Regel kennzeichnen sie eine Änderung des Verbindungstyps, der Neigung, des Rohrdurchmessers, des Querschnitts eines offenen Kanals oder der Richtung bzw. stellen eine physische Struktur wie eine Schachtkammer dar.