EPA Stormwater Management Model (SWMM) with LID Controls

SWMM 모형의 개요

• 도시유역 내에서 강우사상으로 인해 발생하는 유출량과 오염물질에 대한 지표면 및 지하 흐름, 배수관망에서의 유출량추적, 저류량 산정, 오염물질의 처리와 비용계산 등을 모의할 수 있는 종합적인 모형
• 강우 사상에 의해 발생하는 유출수량과 배수관망에서의 유출량 추정, 저류량 산정, 오염물질의 처리 등을 모의
• 단일 및 연속 강우현상 모의가 가능한 장점을 가지고 있으며, 최소의 보정으로 비교적 정확한 유출량을 산정할 수 있고 다양한 오염물질 모의 방법들을 적용 가능
• 특정 강도의 단기 호우로 인한 도시 배수시스템 내의 홍수량의 크기 및 수질 등을 모의할 수 있어 도시 유역 내 강우에 따른 유출 및 수질을 평가하는데 활용

EPA SWMM 5.0의 화면구성 (STORM WATER MANAGEMENT MODEL USER’S MANUAL Version 5.0

SWMM 특성

구분	특성
적용 대상유역	도시유역, 인위적 배수계통을 갖는 소유역
시간적 특성	단일, 연속강우에 의한 계산이 가능(강우간격은 임의 설정 가능) 연산시간 간격은 강우사상에 대해 임의 조절이 가능
공간적 특성	배수구역의 크기에 관계없이 적용이 가능하고, 각 배수유역은 합성, 분리가 가능 배수유역은 최대 200개의 소유역, 수로/관로로 구성 가능 배수유역은 합성, 분리가 가능
물리적 특성	유출은 강우와 융설로 발생 지표면유출은 비선형 저류방정식을 사용 침투량 산정에는 Horton 또는 Green-Ampt식을 사용 수로/관로에 대해 ① RUNOFF - 비선형저류방정식 ② TRANSPORT - Kinematic 방정식 ③ EXTRAN - Dynamic 방정식, 연속방정식 저류추적방법은 수표면이 평행하다고 가정한 수정 Pulse방법을 사용
호환성	WASP, DYNHYD, HEC, STORM, QUAL-II 등의 모형

EPA, 2010

SWMM-LID의 개요

• SWMM모형에 LID 빗물관리시설의 수문영향분석이 가능하도록 추가하여 개발한 모형
• 수직층은 Surface layer, Pavement layer, Soil layer, Storage layer, Underdrain layer의 다섯 개 층으로 구성되어 있으며 LID 시설의 특성을 기반으로 개발
• SWMM-LID 같은 제원의 LID 장치를 다른 토지피복 특성을 가진 다른 소유역에 적용하는 것이 가능하며 SWMM 모의 동안에 물수지 균형을 유지하면서 각 layer 내에서 저류되고 순환되는 정도를 분석 할 수 있음
• 모의 가능한 LID 시설은 저류장치(Bio-retention of Cells), 공극성 포장(Porous Pavement), 침투트렌치(Infiltration Trenches), 빗물저장탱크(Rain Barrels), 식생도랑(Vegetative Swales) 있으며, 개별 시설들의 수리.수문학적 특성을 결정하는 변수들에 변화를 주어 상기의 5가지 항목에 포함되지 않은 다양한 LID기법들을 모의 할 수 있음

SWMM LID Controls (SWMM5 LID Control for Green Infrastructure Modeling, CDM Smith, 2013)

SWMM-LID 모형의 유출 및 개념도

SWMM LID 모형의 지표면 유출 및 Bio-retention of Cells 개념도
(STORM WATER MANAGEMENT MODEL USER’S MANUAL Version 5.0, EPA, 2010)

SWMM-LID Control의 적용 기법

• 모의 가능한 LID 기법 : 저류장치(Bio-retention of Cells), 공극성 포장(Porous Pavement), 침투트렌치(Infiltration Trenches), 빗물저장탱크(Rain Barrels), 식생도랑(Vegetative Swales)
• LID 기법 : Surface layer, Pavement layer, Soil layer, Storage layer, Underdrain layer으로 구성→ 각 층별로 수리․수문학적 특성을 고려하여 모의를 수행
  • Surface layer : 빗물저장탱크를 제외한 모든 시설에 적용
  • Pavement layer : 투수성포장에만 적용
  • Soil layer : 빗물정원에만 적용(옥상조경, 나무여과상자
  • Storage layer : 식생수로를 제외한 모든 시설에 적용
  • Underdrain layer : 빗물저장탱크에만 적용

LID 시설별 입력 layers

LID TYPE	Surface layer	Pavement layer	Soil layer	Storage layer	Underdrain layer
Rain Garden cell	●		●	●	○
Porous Pavement	●	●		●	○
Infiltration Trench	●			●	○
Rain Barrel				●	●
Vegetative Swale	●

● : 필수사항, ○ : 선택사항

LID Control의 layer별 매개변수

Layers	매개변수	정의	단위
Surface layer	Storage depth	저류깊이(저류수심)	inch 또는 mm
	Vegetation	식생	체적율
	Surface roughness	표면조도	계수
	Surface slope	표면경사	％
Soil layer	Thickness	토양층 두께	inch 또는 mm
	Porosity	공극률	체적율
	Field capacity	포장용수량	체적율
	Wilting point	위조점(흡습점 또는 시들음점)	체적율
	Conductivity	수리전도도	in/hr 또는 mm/hr
	Conductivity slope	전도율	무차원
	Suction head	흡입양정	inch 또는 mm
Pavement layer	Thickness	포장층 두께	inch 또는 mm
	Void ratio	포장 공극률	void/Solid
	Impervious surface fraction	불투수면 비율	%
	Permeability	투수성	in/hr 또는 mm/hr
	Clogging factor	공극의 막힘과 관련된 계수	계수
Storage layer	Height	저류층(자갈층) 깊이	inch 또는 mm
	Void ratio	저류층 공극률	void/Solid
	Filtration rate	여과율	in/hr
	Clogging factor	막힘 계수	in/hr 또는 mm/hr
Under drain layer	Drain Coefficient	암거특성을 결정하는 계수	계수
	Drain Exponent	암거특성을 결정하는 계수	계수
	Drain offset Height	암거 단차 높이	inch 또는 mm

LID 시설 적용에 따른 계산 결과

• 홍수 저감 효과 분석(강우-유출 해석을 통한 년, 계절, 월 별 유출량 분석)
  1. ① 강우사상 모의 결과를 토대로 사나리오별 수문곡선 작성 평가
  2. ② 빈도별 설계 강우의 모의결과를 이용하여 LID 효율성 검증 가능

LID 시설 적용 전후 유출모의 및 측정 결과 (LID기술을 이용한 홍수저감 효과분석(Ⅰ), LH, 2011)

추가정보

• STORM WATER MANAGEMENT MODEL USER’S MANUAL Version 5.0, EPA, 2010
• LID기술을 이용한 홍수저감 효과분석(Ⅰ), LH, 2011
• SWMM LID Controls (SWMM5 LID Control for Green Infrastructure Modeling, CDM Smith, 2013)