EPANET

EPANET
原作者	ルイス・A・ロスマン
開発者	米国環境保護庁(USEPA、オハイオ州シンシナティ)
安定版リリース	2.2 / 2020年7月23日; 4年前
書かれた	C プログラミング言語(エンジン) / Object Pascal (ユーザーインターフェイス)
オペレーティング·システム	ウィンドウズ
利用可能	英語
タイプ	エンジニアリングシミュレーション
ライセンス	なし (パブリックドメイン)
Webサイト	www.epa.gov/water-research/epanet

EPANET (環境保護庁ネットワーク評価ツール) は、米国環境保護庁(EPA) の給水・水資源部が開発したパブリックドメインの配水システムモデリングソフトウェアパッケージです。加圧パイプネットワーク内の水圧および水質挙動の長期シミュレーションを実行し、「配水システム内の飲料水成分の動きと運命に関する理解を深める研究ツール」として設計されています。^[2] EPANET は 1993 年に初めて登場しました。^[3]

EPANET 2 は、スタンドアロンプログラムとしても、オープンソースツールキット ( C言語のアプリケーションプログラミングインターフェイス) としても利用できます。その計算エンジンは、GIS中心のより強力な独自パッケージを開発した多くのソフトウェア会社で使用されています。ネットワークトポロジ、水消費量、制御ルールを表す EPANET の「.inp」入力ファイル形式^{[4]は、多くの無料および商用のモデリングパッケージでサポートされています。そのため、}業界標準と見なされていると言っても過言ではありません。

特徴

EPANET は、ネットワーク入力データの編集、水理および水質シミュレーションの実行、およびさまざまな形式での結果の表示を行う統合環境を提供します。EPANET は、あらゆる規模のシステムに対応できる、完全装備で長期間の水理解析を提供します。このパッケージは、空間的および時間的に変化する水需要、定速または可変速ポンプ、およびベンドと継手のわずかなヘッド損失のシミュレーションもサポートします。モデリングにより、パイプ内の流れ、接合部の圧力、汚染物質の伝播、塩素濃度、水の経過時間、さらには代替シナリオ分析などの情報が提供されます。これにより、ポンプのエネルギーとコストを計算し、遮断、チェック圧力調整、およびフロー制御を含むさまざまな種類のバルブをモデル化できます。

EPANET の水質モデリング機能を使用すると、時間の経過とともにネットワークに広がる反応性または非反応性のトレーサー物質の動きを分析できます。反応性物質が広がる様子を追跡し、特定のノードからの流量の割合を測定します。このパッケージでは、パイプごとに変更できるグローバル反応速度係数を採用しています。貯蔵タンクは、完全混合、プラグフロー、または 2 室リアクターとしてモデル化できます。

EPANET のビジュアルネットワークエディターは、配管ネットワークモデルの構築とプロパティの編集のプロセスを簡素化します。これらのさまざまな種類のデータレポート視覚化ツールは、グラフィックビュー、表形式ビュー、および特別なレポートを含むネットワークの分析を支援するために使用されます。

油圧シミュレーション

パイプセグメントのヘッドロス

EPANET 油圧エンジンは、次の 3 つの式のいずれかを使用してパイプに沿ったヘッドロスを計算します。

ヘイゼン・ウィリアムズ式: 単純化された条件 (乱流、華氏約 60 度の温度、水と同様の粘度) で完全な流れの状態をモデル化するために使用されます https://www.epa.gov/water-research/epanet
ダルシー・ワイスバッハの式: より広範囲の水力条件下での加圧流をモデル化するために使用される
Chezy-Manning 式: Manning の式に Chezy の粗度係数を使用して加圧流をモデル化するために使用されます。

パイプセグメントのヘッドロス方程式はネットワークソルバー内で使用されるため、モデル全体に対して上記の式が選択されます。

ポンプの揚程曲線

EPANETでは、ポンプはヘッドフロー曲線を使用してモデル化されます。この曲線は、ポンプによってシステムに与えられる水頭とポンプによって運ばれる流量の関係を定義します。モデルは、この曲線に基づいて、特定のシステムヘッド条件でポンプ要素によって運ばれる流量を計算します。EPANETは、ポンプを一定の電力入力としてモデル化することもでき、ポンプ要素の下流のシステムに一定量のエネルギーを効果的に追加します。^[4]

ネットワークソルバー

EPANETが採用しているネットワーク水理学ソルバーは、ニュートン・ラプソン法の変形である、トディーニとピラティ^[5]によって最初に提案された「勾配法」を採用しています。

水質シミュレーション

EPANETには、水の年齢をモデル化し、非反応性物質および単純化された条件下では反応性物質の流れを予測する機能が含まれています。^[4]この機能は、給水システム内の残留塩素を予測するために頻繁に使用されます。内部の水質シミュレーション機能は、単一の成分の減衰または増加のみを評価しますが、成分間の相互作用をモデル化できる拡張機能（EPANET-MSX）が利用可能です。

EPANET ツールキット

EPANETの計算エンジンは、他のアプリケーションに組み込むための個別のダイナミックリンクライブラリとしてダウンロードできます。^[6] EPANET 2のソースコードは、EPAのEPANET Webサイトで入手できます。^[7]

2012 年に、C で記述された EPANET ツールキットは、よりオブジェクト指向的なスタイルで Java で書き直されました。Java のコードは GitHub で入手できます: https://github.com/Baseform/Baseform-Epanet-Java-Library。

互換性

EPANETはバイナリファイル形式を使用しますが、dxf、メタファイル、ASCIIファイル形式でデータをインポートおよびエクスポートする機能も備えています。EPANETのASCIIファイル形式はEPANET内で入力ファイルと呼ばれ、ファイル拡張子は「.inp」です。^[4]入力ファイルには、ネットワークトポロジ、水消費量、制御ルールを記述したデータを含めることができ、多くの無料および商用のモデリングパッケージでサポートされています。

EPANET はほとんどの給水システムモデルの計算エンジンとして使用されていますが、ほとんどのモデルは EPANET の計算エンジンに基づく水力モデリングパッケージで開発および保守されています。主要な水力モデリングパッケージには次のものがあります。

InfoWorks WS Pro、InfoWater Pro、InfoWater は Innovyze [Autodesk の子会社] によって開発されました。
Qatium が開発した Qatium
Fluidit が開発した Fluidit Water
Pipe2000、KYPipe LLC が開発
DHIが開発したMIKE URBAN
WaterCAD、WaterGEMS、HAMMER、および SewerCAD は、Bentleyの Haestad Methods (水理学および水文学) グループによって開発されました。
Transparent Blueが開発したWatDis
Hydronet、圧力ネットワークの計算ソフトウェア: 水道管、防火システム、ガスネットワーク、IFC 経由の BIM 相互運用性、および Shapefile 経由の GIS を備えた、Newsoft によって開発されたソフトウェア
WaterNAM、水道ネットワーク解析モデル、Streamstech Inc.開発^[8]
Giswater、Giswater Associationによって開発されたオープンソースソフトウェア^[9]
GISpipeは、Jinbosoftが開発したGISシステムと統合された、配水管網の解析、設計、運用に簡単に使用できるソフトウェアです^[10]
Urbano Hydraは、配水管網の水理計算、解析、設計、運用に使用されるAutoCAD/Map3D/Civil3Dアプリケーションソフトウェアです。GISシステムと統合されており、StudioARS社が開発したBIMワークフローに対応しています^[11]
GeoSan は、水道管と消費者を管理するためのオープンソース GIS ソフトウェアで、NEXUS GeoEngenharia によって開発され、www.softwarepublico.gov.br で入手できます。
Diolkos3D によって開発された WateNET-CAD。
Esurvey Water - {https://www.esurveying.net]によって開発され、EPANETからの出力ファイルはLSと提示可能な最終図面を生成するために使用できます。

これらのアプリケーションのほとんどは、複数の需要条件、計画シナリオ、および EPANET でサポートされていないGISなどの機関が既に導入しているその他のデータソースとのさまざまな統合方法を可能にし、EPANET にはない追加の種類の分析をサポートします。ESurvey Water は、自動設計された縦断プロファイルを作成し、EPANET およびその他のソフトウェアで水力設計が完了した後に最終出力を自動的に生成するように開発されています。

参照

参考文献

^ 「EPANET - 水質研究 - 米国EPA」epa.gov . 2021年4月5日閲覧。
^ Rossman, LA、「コンピュータモデル/EPANET」、L. Mays 編、『給水システムハンドブック』、第 12 章、McGraw-Hill companies, Inc.、ニューヨーク、NY、1999 年。
^ Rossman, LA、「EPANET 水質モデル」、B. Coulbeck 編、『Integrated Computer Applications in Water Supply』、第 2 巻、Research Studies Press Ltd.、サマセット、イギリス、1993 年。
^ abcd Rossman, LA、「EPANET 2 ユーザーズマニュアル」、2000 年
^ Todini E. & Pilati S. 1988. パイプネットワーク解析のための勾配アルゴリズム。B. Coulbeck および CH Orr (編) 『給水におけるコンピュータアプリケーション』第 1 巻 (システム解析およびシミュレーション)、John Wiley & Sons、ロンドン、pp. 1-20。
^ 米国環境保護庁「プログラマーズ・ツールキット」、米国環境保護庁、2012 年 1 月 5 日更新。2012 年 1 月 21 日閲覧。
^ 「飲料水配水システムのモデリングアプリケーション」 www.epa.gov.
^ 「Streams Tech, Inc. | 製品」. streamstech.com . 2020年5月31日閲覧。
^ “3.2.1 クイックスタートチュートリアル | Giswater”. 2016年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月14日閲覧。
^ 「GISpipe - GISベースのEPANETとSWMMの統合ソフトウェア」。GISpipe 。 2020年5月31日閲覧。
^ 「Urbano Hydra - YouTube」。YouTube。

外部リンク

EPA ウェブページ (ここからダウンロード)
SourceForgeの EPANET - 開発リポジトリ
Epanetと開発に関するディスカッショングループ
Open Water Analytics EPANET サポートフォーラム
EPANETコミュニティ（Facebookグループ）

[1] 「EPANET - 水質研究 - 米国EPA」epa.gov . 2021年4月5日閲覧。

[2] Rossman, LA、「コンピュータモデル/EPANET」、L. Mays 編、『給水システムハンドブック』、第 12 章、McGraw-Hill companies, Inc.、ニューヨーク、NY、1999 年。

[3] Rossman, LA、「EPANET 水質モデル」、B. Coulbeck 編、『Integrated Computer Applications in Water Supply』、第 2 巻、Research Studies Press Ltd.、サマセット、イギリス、1993 年。

[manual2000-4] Rossman, LA、「EPANET 2 ユーザーズマニュアル」、2000 年

[5] Todini E. & Pilati S. 1988. パイプネットワーク解析のための勾配アルゴリズム。B. Coulbeck および CH Orr (編) 『給水におけるコンピュータアプリケーション』第 1 巻 (システム解析およびシミュレーション)、John Wiley & Sons、ロンドン、pp. 1-20。

[6] 米国環境保護庁「プログラマーズ・ツールキット」、米国環境保護庁、2012 年 1 月 5 日更新。2012 年 1 月 21 日閲覧。

[7] 「飲料水配水システムのモデリングアプリケーション」 www.epa.gov.

[8] 「Streams Tech, Inc. | 製品」. streamstech.com . 2020年5月31日閲覧。

[9] “3.2.1 クイックスタートチュートリアル | Giswater”. 2016年8月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月14日閲覧。

[10] 「GISpipe - GISベースのEPANETとSWMMの統合ソフトウェア」。GISpipe 。 2020年5月31日閲覧。

[11] 「Urbano Hydra - YouTube」。YouTube。