InfoDrainage verwendet eine angepasste Version der neuesten SWMM5-Engine, Version 5.2.2, die für das hydraulische Routing die Methode Dynamische Welle verwendet. Die Engine verwendet eine spezielle Implementierung für die Analyse von Regenwassersteuerungen (LID) mit den LID-Methoden für Einzugsgebiete gemäß SWMM5.
SWMM-Engine
InfoDrainage verwendet eine weltweit anerkannte Engine, um die hydraulische Analyse in der Software durchzuführen. Die SWMM-Engine (Stormwater Management Model) ist eine Open-Source-Berechnungs-Engine, die seit den 1970er Jahren hauptsächlich in den USA unter Beteiligung verschiedener Institutionen entwickelt wurde. Das SWMM wird von der US-Umweltbehörde EPA verwaltet. Die Engine wird weltweit für die Simulation von Wassermenge und Wasserqualität eingesetzt und wurde im Laufe der Zeit zahlreichen Prüfungen und Tests unterzogen.
In der Standardform bietet SWMM 5.2 die vollständige 1D-Simulation von grauer Infrastruktur, Verbindungen (Rohre/Kanäle) und Knotenpunkten, stellt jedoch nur die grüne Infrastruktur, SUDS, LID, WSD usw. als hydrologische Elemente dar, die sich auf die Zuflussganglinie des Einzugsgebiets auswirken. Tatsächlich haben diese Systeme jedoch häufig einen großen Einfluss auf den Strömungsverlauf während der Analyse, insbesondere wenn sie in der Mitte und nicht an der Zuflussquelle platziert werden.
Um dies zu verbessern, haben wir unsere eigene branchenführende Regenwassersteuerungsanalyse entwickelt, die auf dem LID-Ansatz für Einzugsgebiete gemäß SWMM5 aufbaut. Dadurch kann der Ingenieur das System an der richtigen Position platzieren und die Auswirkungen während der Analyse sehen. Beispiele hierfür sind die Fließzeit durch das System, die Tiefen und Volumen im Verhältnis zur Zeit sowie die Möglichkeiten zur Versickerung und Schadstoffbeseitigung.
Die Software baut dann weiter darauf auf, indem sie mit den branchenüblichen Abfluss- und Niederschlagsmethoden einen schnellen Vergleich des Systems mit einer Reihe von Niederschlagsereignissen und Methoden ermöglicht.
Somit profitieren InfoDrainage-Benutzer nicht nur von der jahrzehntelangen Entwicklung der SWMM-Engine, sondern auch von der umfassenden Kompetenz von Innovyze bei hydraulischen Simulationen.
InfoDrainage stellt diese leistungsstarke Kombination in einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche bereit, die das Erstellen und Analysieren eines Entwurfs vollständig innerhalb der Software ermöglicht.
SWMM5 wird von der US-Umweltbehörde EPA als eigenständige Engine mit eigener grafischer Benutzeroberfläche entwickelt. Weitere Hintergrundinformationen finden Sie auf der EPA-Website unter https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm.
Die SWMM5-Engine selbst ist in den EPA-Handbüchern ausführlich dokumentiert. Hier finden Sie Direktlinks zum Referenzhandbuch, Band II: Hydraulik und zum Referenzhandbuch, Band III: Wasserqualität (einschließlich LID-Objekte).
Überblick über die Analysemethode
Die Volumenströme werden von den Zuflüssen des Systems zu den Ausläufen durch das System geleitet. Beachten Sie, dass die Software kein dendritisches Systemlayout vorschreibt, sodass mehrere Auslässe angegeben und somit Schleifen modelliert werden können.
Die Engine aktualisiert die Länge des Berechnungszeitschritts bei jedem Zeitschritt basierend auf den hydraulischen Bedingungen (adaptive Zeitschritte). Dadurch wird sichergestellt, dass der Zeitschritt die optimale Länge hat, um ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit der Ergebnisse und Laufzeit der Simulation zu erreichen.
Generieren von Zuflüssen
Der Zuflussganglinie kann vom Benutzer als Ganglinie definiert oder anhand der bei Verwendung eines Einzugsgebiets ausgewählten Abflussmethode berechnet werden. Jede Abflussmethode wird unter den entsprechenden Überschriften ausführlich beschrieben. Anmerkung: Schadstoffbelastungen werden anhand der Abflussmengen generiert.
Die Ganglinie wird dann in den Zulauf eines einfachen Knotenpunkts, eines Schachts oder einer Regenwassersteuerung geleitet. Der Zulauf kann den Volumenstrom basierend auf einer Reihe von Methoden drosseln, die unter den Links zu den Zulauftypen auf der Seite Zuläufe beschrieben werden. Es können mehrere Zuläufe vorhanden sein, die separat behandelt und dann addiert werden, um den Gesamtzufluss in den Knotenpunkt, den Schacht oder die Regenwassersteuerung zu ermitteln. Anmerkung: Eine Bypass-Verbindung kann angegeben werden, um den überschüssigen Volumenstrom aufzunehmen, der nicht in die Zuläufe gelangen kann.
Volumenstromverlauf
Volumenströme, die durch die Zuläufe eintreten, füllen dann den Schacht, den einfachen Knotenpunkt oder die Regenwassersteuerung, mit denen sie verbunden sind. Das anschließende Routing des Volumens hängt vom Typ ab:
Schächte: Das Volumen wird zu dem bereits im Schacht vorhandenen Volumen hinzugefügt und dann basierend auf der Energiehöhendifferenz und der Auslasskapazität über die Auslässe geleitet. Bei nicht abgedichteten Schächten fließt Wasser, das die Speicherkapazität des Schachts überschreitet, in einen 1000 m² großen Planbereich und kann später wieder in den Schacht eintreten, wenn der Wasserstand im System sinkt. Bei einem abgedichteten Schacht trägt überschüssiges Wasser ähnlich wie bei einem einfachen Knotenpunkt zur Erhöhung der hydraulischen Energiehöhe im Schacht bei (ohne Überflutung).
Einfache Knotenpunkte: Das in den einfachen Knotenpunkt eintretende Volumen befindet sich innerhalb eines einfachen 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 Gesamttiefe angegeben, um die Berechnung der Volumenströme durch die Auslässe zu verdeutlichen.
Regenwassersteuerungen: Bei einer komplexeren Analyse wird die zum Eintritt in das System benötigte Zeit (Fließzeit) nach dem Durchfließen der Zuläufe in der Differenz zwischen der gesamten Anströmung und dem Gesamtzufluss berücksichtigt. Im System durchfließt das Wasser eine oder mehrere Schichten, wobei in jeder Schicht Versickerung und Verbindungen zu Auslässen möglich sind.
Anmerkungen: Anhand des Zulaufs kann das Volumenstromziel in einem System mit mehreren Schichten bestimmt werden, z. B. ein Drängraben oder eine Biorückhaltung. Ebenso kann anhand des Zuflusstyps angegeben werden, dass ein Zufluss seitlich, also entlang der Länge, und nicht am stromaufwärts liegenden Ende (Punkt) erfolgt.
Weitere Informationen zur Analyse von Knotenpunkten und Verbindungen sowie der Analyse von Regenwassersteuerungen finden Sie unter den Links.
Verbindungen
Die Kapazität einer hydraulischen Verbindung wird beim Einleiten von Strömungen berücksichtigt. Wenn eine Verbindung über keine Kapazität verfügt, werden die Volumenströme im Knotenpunkt oder in der Regenwassersteuerung zurückgehalten.
Eine theoretische Verbindung hat keine Kapazität und überträgt das Wasser lediglich von einem Ende zum anderen, wobei die einfache Zeitverzögerung diese Übertragung verlangsamt. Daher sind diese Verbindungen nur für einfache Berechnungen zur Dimensionierung bestimmt und sollten vor einer hydraulischen Simulation ersetzt werden, um auf Überschreitung zu testen.
Gegenstrom
Ein Gegenstrom kann in standardmäßigen Rohren/Kanälen und Schächten/einfachen Knotenpunkten auftreten. Dieser wird bei jedem Zeitschritt anhand der Höhen innerhalb des Systems berechnet. Wenn also der Wasserstand stromabwärts höher ist, kann das Wasser rückwärts fließen, um einen flachen Wasserstand zu erreichen.
Ein Gegenstrom in eine Regenwassersteuerung und daraus ist ebenfalls möglich, wobei die Bewegungszeit in beide Richtungen berücksichtigt wird (falls vorhanden).
Ein Gegenstrom durch eine Zulaufbeschränkung (also einen anderen Zulauf als dem Typ Keine Einschränkung) oder eine theoretische Verbindung (keine Verzögerung oder einfache Zeitverzögerung) ist jedoch nicht möglich, da diese keine entsprechenden physikalischen Parameter aufweisen.
Höhen mit Überstau
Jede Auslaufposition ermöglicht die Angabe einer Höhe mit Überstau, entweder fest oder zeitlich variabel. Vorgabemäßig geht die Software von einem freien Abfluss aus. Weitere Informationen finden Sie unter Auslaufdetails.
Anmerkungen:
Um zu veranschaulichen, inwiefern die benutzerdefinierte Engine in InfoDrainage über die SWMM5-Norm hinausgeht, sind die zusätzlichen Funktionen nachfolgend aufgeführt:
- Zahlreiche Erweiterungen der LID-Methoden zur Darstellung der Regenwassersteuerungen, siehe Analyse von Regenwassersteuerungen
- Verzögerte Verbindungen für Verbindungen mit verzögertem Volumenstrom und für die Fließzeit in Regenwassersteuerungen
- Verschiedene Verbesserungen und Fehlerbehebungen bei der Berechnung der Schadstoffkonzentrationen, der Volumen und Tiefen von LID-Schichten, des Massenausgleichs und der Zeitschrittstatistik