雨水管理モデル

米国環境保護庁（EPA）の雨水管理モデル（SWMM）^{[1] [2] [3 ] [4 ] [ 5] [6] [7] [8]}は、主に都市部/郊外地域の地表/地下水の量と質の単発イベントから長期（連続）シミュレーションに使用される動的な降雨-流出-地下流出 シミュレーションモデルです。

例えば、根、道路、芝生エリア、レインガーデン、溝、パイプの降雨流出、流出、蒸発、浸透、地下水接続をシミュレートできます。 SWMM の水文学コンポーネントは、窪地貯留の有無にかかわらず不浸透性エリアと浸透性エリアに分割されたサブ集水域のコレクションで動作し、各サブ集水域からの降水、蒸発、浸透損失による流出と汚染負荷を予測します。 さらに、サブ集水域の低影響開発 (LID) とベストマネジメントプラクティスエリアをモデル化して、不浸透性および浸透性の流出を減らすことができます。 SWMM のルーティングまたは水力セクションは、この水と関連する可能性のある水質成分を、閉管、開水路、貯蔵/処理装置、池、貯蔵庫、ポンプ、オリフィス、堰、出口、流出口、その他の調整器のシステムを通じて輸送します。

SWMM は、複数の固定または可変の時間ステップで構成されるシミュレーション期間中に、各サブ集水域内で生成される流れの量と質、および各パイプと水路の流量、流深、水質を追跡します。水質成分などの水質構成要素は、サブ集水域での蓄積から洗い流し、オプションの一次減衰とリンクした汚染物質除去、最善の管理方法、および低影響開発(LID) ^{[9]の除去と処理を備えた}水力ネットワークまでシミュレートでき、選択したストレージノードでシミュレートできます。SWMM は、 EPA やその他の機関が北米全域で広く適用し、世界中のコンサルタントや大学を通​​じて適用している水文学的輸送モデルの1 つです。最新の更新ノートと新機能は、EPA Web サイトのダウンロード セクションで確認できます。^[10]最近では、2015年11月にEPA SWMM 5.1水文学マニュアル（第1巻）^[11]が追加され、2016年にはEPA SWMM 5.1水力マニュアル（第2巻）^[12]とEPA SWMM 5.1水質（LIDモジュールを含む）第3巻^[13] +正誤表が追加されました。^[14]

EPA 雨水管理モデル (SWMM) は、主に都市部からの流出水の量と質の単一イベントまたは長期 (継続的) シミュレーションに使用される、動的な降雨流出経路シミュレーション モデルです。SWMM の流出コンポーネントは、降雨を受けて流出水と汚染物質負荷を生成するサブ集水域の集合で動作します。SWMM の経路部分は、この流出水をパイプ、水路、貯蔵/処理装置、ポンプ、およびレギュレータのシステムを通じて輸送します。SWMM は、複数の時間ステップに分割されたシミュレーション期間中に、各サブ集水域内で生成された流出水の量と質、および各パイプと水路の流量、水深、水質を追跡します。

SWMM は、都市部からの流出水を生み出すさまざまな水文学的プロセスを考慮します。これには次のものが含まれます。

1. 時間によって変化する降雨量
2. 表面水の蒸発
3. 積雪と融雪
4. 低地貯留からの降雨遮断
5. 不飽和土壌層への降雨の浸透
6. 浸透した水の地下水層への浸透
7. 地下水と排水システム間の相互流
8. 地表流の非線形貯留層ルーティング
9. さまざまな種類の低影響開発（LID）手法による降雨/流出水の捕捉と保持。

SWMM には、パイプ、水路、貯蔵/処理ユニット、および転流構造の排水システム ネットワークを通じて流出水と外部流入水を送るために使用される柔軟な水理モデリング機能も含まれています。これには次の機能が含まれます。

1. 無制限の規模のネットワークを扱う·
2. さまざまな標準的な密閉型および開放型の導管形状と自然チャネルを使用します。
3. 貯蔵/処理ユニット、分流器、ポンプ、堰、オリフィスなどの特殊要素をモデル化する·
4. 表面流出、地下水相互流入、降雨依存浸透/流入、乾燥天候衛生流入、およびユーザー定義流入からの外部フローおよび水質入力を適用する
5. 運動学的波または完全な動的波フロールーティング方法のいずれかを使用する。
6. 逆流、過負荷、逆流、表面貯水などのさまざまな流れの状況をモデル化する。
7. ユーザー定義の動的制御ルールを適用して、ポンプ、オリフィスの開口部、堰の頂上レベルの動作をシミュレートします。

これらすべてのプロセスにおける空間的変動は、調査対象地域を、それぞれ独自の浸透性サブエリアと不浸透性サブエリアを含む、より小さく均質なサブ集水域の集合に分割することによって実現されます。地上流は、サブエリア間、サブ集水域間、または排水システムの入口間でルーティングできます。

SWMM は、その導入以来、世界中の何千もの下水道および雨水研究に使用されてきました。代表的な用途は次のとおりです。

1. 洪水制御のための排水システムコンポーネントの設計とサイズ設定
2. 洪水制御と水質保護のための貯留施設とその付属施設の規模設定·
3. プリズマティックチャネルを使用して河川水理学と関連する洪水問題をモデル化することにより、自然水路システムの洪水氾濫原マッピングを行う。
4. 合流式下水道オーバーフロー（CSO）と衛生下水道オーバーフロー（SSO）を最小限に抑えるための制御戦略の設計·
5. 流入と浸透が下水道の氾濫に与える影響を評価する·
6. 廃棄物負荷配分研究のための非点源汚染物質負荷の生成·
7. 雨天時の汚染物質負荷を削減するためのBMPとサブキャッチメントLIDの有効性を評価する。都市部と農村部の流域の降雨流出モデル
8. 雨水、衛生、合流式下水道の水理および水質分析
9. 下水道収集システムと都市流域のマスタープランニング
10. NPDES許可、CMOM、TMDLを含むUSEPAの規制に関連するシステム評価
11. 洪水位と浸水量の1Dおよび2D（表面湛水）予測

EPA SWMM は、自由にコピーおよび配布できるパブリック ドメイン ソフトウェアです。SWMM 5 パブリック ドメインは、C エンジン コードと Delphi SWMM 5 グラフィカル ユーザー インターフェイス コードで構成されています。C コードと Delphi コードは簡単に編集でき、学生や専門家がカスタム機能や追加の出力機能のために再コンパイルできます。

SWMMは1969年から1971年の間に初めて開発され、それ以来4回の主要なアップグレードが行われています。主要なアップグレードは、(1) 1973年から1975年のバージョン2、(2) 1979年から1981年のバージョン3、(3) 1985年から1988年のバージョン4、(4) 2001年から2004年のバージョン5です。主要な変更点と2004年以降の変更点の一覧は、表1に示されています。現在のSWMMエディションであるバージョン5.2.3は、以前のFortranリリースをプログラミング言語Cで完全に書き直したもので、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10で実行でき、 Unixで再コンパイルすることもできます。SWMM5のコードはオープンソースでパブリックドメインコードであり、EPAのWebサイトからダウンロードできます。^[15]

EPA SWMM 5 は、流域入力データの編集、水文学的、水力学的、リアルタイム制御および水質シミュレーションの実行、およびさまざまなグラフィック形式での結果の表示を行うための統合グラフィック環境を提供します。これには、色分けされたテーマ別排水エリア マップ、時系列グラフと表、プロファイル プロット、散布図、および統計的頻度分析が含まれます。

EPA SWMM の最新の書き換えは、米国環境保護庁国立リスク管理研究所の水供給および水資源部が、共同研究開発契約 (CRADA) に基づき、コンサルティング会社CDM Incの支援を受けて作成しました。SWMM 5 は、多くのモデリング パッケージの計算エンジンとして使用され、SWMM5 のコンポーネントは他のモデリング パッケージにも使用されています。SWMM5 コンポーネントのすべてまたは一部を使用する主要なモデリング パッケージは、ベンダー セクションに示されています。オリジナルの SWMM 5.0.001 から現在のバージョン SWMM 5.2.3 までの SWMM 5 の更新履歴は、EPA の Web サイトで確認できます。SWMM 5 は、2005 年 5 月に FEMA モデル承認ページで承認されました。^{[16] FEMA 承認ページで承認されたバージョンについての注記には、} NFIPモデリング用に SWMM 5 バージョン 5.0.005 (2005 年 5 月) 以上が記載されています。 SWMM 5 は、多くのモデリング パッケージの計算エンジンとして使用されています (この記事の SWMM 5 プラットフォーム セクションを参照)。また、SWMM5 の一部のコンポーネントは、他のモデリング パッケージにも含まれています (この記事の SWMM 5 ベンダー セクションを参照)。

SWMM は、排水システムを、いくつかの主要な環境コンパートメント間の一連の水と物質の流れとして概念化します。これらのコンパートメントとそこに含まれる SWMM オブジェクトには、次のものがあります。

大気区画。ここから降水が降り、汚染物質が地表区画に堆積します。SWMM は、降水量計オブジェクトを使用して、システムへの降水量入力を表します。降水量計オブジェクトは、時系列、外部テキスト ファイル、またはNOAA降水量データ ファイルを使用できます。降水量計オブジェクトは、数千年分の降水量を使用できます。SWMM5 の SWMM-CAT アドオンを使用すると、変更された温度、蒸発、または降水量を使用して気候変動をシミュレートできるようになりました。

陸地表面区画は、1 つ以上のサブ集水域オブジェクトによって表されます。雨や雪の形で大気区画から降水を受け取り、浸透の形で地下水区画に流出し、また表面流出と汚染物質負荷として輸送区画に流出します。低影響開発(LID) 制御はサブ集水域の一部であり、流出を貯蔵、浸透、または蒸発させます。

地下水コンパートメントは、地表コンパートメントから浸透を受け取り、この流入の一部を輸送コンパートメントに転送します。このコンパートメントは、帯水層オブジェクトを使用してモデル化されます。輸送コンパートメントへの接続は、静的境界またはチャネル内の動的深度のいずれかになります。輸送コンパートメントのリンクには、浸透と蒸発も含まれるようになりました。

輸送コンパートメントには、排水口または処理施設に水を輸送する輸送要素 (チャネル、パイプ、ポンプ、レギュレーター) と貯蔵/処理ユニットのネットワークが含まれます。このコンパートメントへの流入は、表面流出、地下水インターフロー、衛生的な乾燥天候の流れ、またはユーザー定義のハイドログラフから発生します。輸送コンパートメントのコンポーネントは、ノード オブジェクトとリンク オブジェクトでモデル化されます。

特定の SWMM モデルにすべてのコンパートメントを表示する必要はありません。たとえば、定義済みのハイドログラフを入力として使用して、輸送コンパートメントのみをモデル化できます。運動学的な波ルーティングを使用する場合、ノードに排出口を含める必要はありません。

サブ集水域のシミュレートされたモデル パラメータは、表面粗度、窪地貯留、傾斜、流路長です。浸透の場合: Horton: 最大/最小速度と減衰定数。Green-Ampt: 透水係数、初期水分不足、および吸引ヘッド。曲線番号: NRCS (SCS) 曲線番号。すべて: 飽和土壌が完全に排水されるまでの時間。導管の場合: マニングの粗度。水質の場合: 蓄積/洗い流し関数係数、一次減衰係数、除去方程式。調査対象地域は、それぞれが 1 つのポイントに排水する任意の数の個別のサブ集水域に分割できます。調査対象地域のサイズは、1 つの区画の小さな部分から数千エーカーまでの範囲です。SWMM は、1 時間ごとまたはより頻繁な降雨データを入力として使用し、単一のイベントに対して実行することも、任意の数年にわたって継続的に実行することもできます。

SWMM 5 は、都市部からの表面流出水と地下流出水を生み出すさまざまな水文学的プロセスを考慮しています。これには次のものが含まれます。

1. 設計降雨量計と連続降雨量計の両方で、無制限の数の降雨量計の時間変動降雨量
2. 流域および表面池における表面水の蒸発
3. 積雪、除雪、融雪
4. 不浸透性地域と浸透性地域の両方における窪地貯留からの降雨遮断
5. 不飽和土壌層への降水の浸透
6. 浸透した水の地下水層への浸透
7. 地下水とパイプや溝の間の相互流
8. 流域地上流の非線形貯水池ルーティング。

これらすべてのプロセスにおける空間的変動は、調査対象領域を、それぞれが浸透性および不浸透性のサブ領域の割合を含む、より小さく均質な流域またはサブ集水域の集合に分割することによって実現されます。地上流は、サブ領域間、サブ集水域間、または排水システムの入口間でルーティングできます。

SWMM には、パイプ、水路、貯蔵/処理ユニット、および転流構造の排水システム ネットワークを通じて流出水と外部流入水を送るために使用される柔軟な水理モデリング機能も含まれています。これには次の機能が含まれます。

1. 無制限のサイズの排水ネットワークをシミュレートする
2. さまざまな標準的な閉じた導管や開いた導管の形状、および自然または不規則なチャネルを使用します。
3. 貯蔵/処理ユニット、出口、分流器、ポンプ、堰、オリフィスなどの特殊要素をモデル化する
4. 表面流出、地下水相互流入、降雨依存浸透/流入、乾燥天候衛生流入、およびユーザー定義流入からの外部フローおよび水質入力を適用する
5. 定常波、運動波、または完全な動的波流ルーティング方法のいずれかを使用する
6. 逆流、過負荷、圧力、逆流、表面貯留などのさまざまな流れの状況をモデル化します。
7. ユーザー定義の動的制御ルールを適用して、ポンプ、オリフィス開口部、堰頂レベルの動作をシミュレートします。

浸透とは、雨水が地表から浸透性サブ集水域の不飽和土壌ゾーンに浸透するプロセスです。SWMM5 では、浸透をモデル化するための 4 つの選択肢が提供されています。

この方法は、長期間の降雨中に浸透が初期の最大率からある最小率まで指数関数的に減少することを示す経験的観察に基づいています。この方法に必要な入力パラメータには、最大浸透率と最小浸透率、時間の経過に伴う浸透率の減少速度を表す減衰係数、完全に飽和した土壌が完全に乾燥するまでにかかる時間（乾燥期間中の浸透率の回復を計算するために使用）が含まれます。

これは、従来のホートン法の修正版であり、最小速度を超える累積浸透量を状態変数として使用し (ホートン曲線に沿った時間ではなく)、降雨強度が低い場合に、より正確な浸透量を推定します。従来のホートン法と同じ入力パラメータを使用します。

浸透をモデル化するこの方法では、土壌柱に鋭い湿潤前線が存在し、下部の初期水分含有量を持つ土壌と上部の飽和土壌を分離していると想定します。必要な入力パラメータは、土壌の初期水分不足、土壌の透水係数、および湿潤前線の吸引ヘッドです。乾燥期間中の水分不足の回復率は、経験的に透水係数と関連しています。

このアプローチは、流出量を推定するための NRCS (SCS) 曲線数法から採用されています。土壌の総浸透容量は、土壌の表形式の曲線数からわかると想定されています。降雨時には、この容量は累積降雨量と残存容量の関数として減少します。この方法の入力パラメータは、曲線数と、完全に飽和した土壌が完全に乾燥するまでにかかる時間 (乾燥期間中の浸透容量の回復を計算するために使用) です。

SWMM では、蒸発率や地下水位などの季節的な変動を考慮して、浸透回復率を毎月一定量調整することもできます。このオプションの月次土壌回復パターンは、プロジェクトの蒸発データの一部として指定されます。

SWMM は、流出水の生成と輸送をモデル化するだけでなく、この流出水に関連する汚染負荷の生成も推定できます。ユーザー定義の水質成分の任意の数に対して、次のプロセスをモデル化できます。

1. さまざまな土地利用における乾燥気候による汚染物質の蓄積
2. 暴風雨時の特定の土地利用からの汚染物質の流出
3. 湿潤および乾燥降雨の直接的な寄与
4. 道路清掃による乾燥による積雪の減少
5. BMPとLIDによる洗浄負荷の軽減
6. 排水システムの任意の地点で乾燥天候時の衛生水流とユーザー指定の外部流入水を入力する
7. 排水システムを通じて水質成分を流す
8. 貯蔵ユニットでの処理またはパイプやチャネル内の自然プロセスによる成分濃度の低減。

SWMM5 の雨量計は、調査地域内の 1 つ以上のサブ集水域の降水量データを提供します。降水量データは、ユーザー定義の時系列データか、外部ファイルから取得できます。現在使用されているさまざまな一般的な降水量ファイル形式と、標準のユーザー定義形式がサポートされています。雨量計の主な入力プロパティは次のとおりです。

1. 降雨量データの種類（例：強度、量、累積量）
2. 記録時間間隔（例：1時間ごと、15分ごとなど）
3. 降雨量データのソース（入力時系列または外部ファイル）
4. 降雨量データソースの名前

サブ集水域のその他の主な入力パラメータは次のとおりです。

1. 割り当てられた雨量計
2. 出口ノードまたはサブ集水域とルーティング率
3. 割り当てられた土地利用
4. 支流面積
5. 不浸透性と不浸透性ゼロパーセント
6. スロープ
7. 地表流の特徴的な幅
8. 透水性と不透水性の両方の地表流に対するマニングのn
9. 透水性と不透水性の両方の領域における窪み貯蔵
10. 窪地貯留のない不浸透面積の割合。
11. 浸透パラメータ
12. 積雪
13. 地下水パラメータ
14. 使用される各LIDコントロールのLIDパラメータ

定常流ルーティングは、各計算時間ステップ内で流れが均一かつ安定していると仮定することで、最も単純なタイプのルーティング (実際にはルーティングなし) を表します。したがって、導管の上流端の流入ハイドログラフを、遅延や形状の変化なしに下流端に単純に変換します。通常のフロー方程式を使用して、流量を流路面積 (または深さ) に関連付けます。

このタイプのルーティングでは、チャネルの貯留、逆流効果、入口/出口の損失、流れの反転、または加圧された流れを考慮することはできません。各ノードに 1 つの流出リンクしかない樹枝状の輸送ネットワークでのみ使用できます (ノードが仕切りである場合は、2 つの流出リンクが必要です)。この形式のルーティングは、使用される時間ステップの影響を受けず、長期連続シミュレーションを使用した予備分析にのみ適しています。運動学波ルーティングは、各導管の連続方程式と簡略化された形式の運動量方程式を解きます。後者では、水面の傾斜が導管の傾斜と等しい必要があります。

導管を通じて送ることができる最大流量は、完全な通常流量値です。これを超えて入口ノードに入る流量は、システムから失われるか、入口ノードの上に溜まり、容量が利用可能になると導管に再導入されます。

キネマティック ウェーブ ルーティングでは、導管内の流量と面積を空間的にも時間的にも変化させることができます。これにより、流入がチャネルを経由するため、流出ハイドログラフが減衰して遅延することがあります。ただし、この形式のルーティングでは、逆流の影響、入口/出口の損失、流れの反転、または加圧された流れを考慮することができず、樹枝状ネットワーク レイアウトに制限されます。通常、1 ～ 5 分程度の適度に長い時間ステップで数値安定性を維持できます。前述の影響がそれほど大きくないと予想される場合、この代替方法は、特に長期シミュレーションでは正確で効率的なルーティング方法になります。

ダイナミック ウェーブ ルーティングは、完全な 1 次元のサン ヴナンフロー方程式を解き、理論的に最も正確な結果を生成します。これらの方程式は、導管の連続性方程式と運動量方程式、およびノー​​ドにおける体積連続性方程式で構成されます。

この形式のルーティングでは、閉じた導管が満杯になったときに加圧された流れを表現することができ、流れが通常の全流量値を超える可能性があります。ノードの水深が最大利用可能深度を超えると洪水が発生し、過剰な流れはシステムから失われるか、ノードの上に溜まって排水システムに再び入ります。

ダイナミック ウェーブ ルーティングは、水路貯留、逆流、入口/出口損失、流れの反転、加圧流を考慮できます。ノードの水位と導管の流れの両方のソリューションを結合するため、複数の下流の迂回やループを含むものも含め、一般的なネットワーク レイアウトに適用できます。これは、下流の流れの制限による逆流の影響が大きく、堰やオリフィスによる流れの調整があるシステムに最適な方法です。この汎用性には、1 分以下の非常に小さな時間ステップを使用する必要があるという代償があります (SWMM は、数値の安定性を維持するために、必要に応じてユーザー定義の最大時間ステップを自動的に削減できます)。

SWMM 5 の大きな進歩の 1 つは、都市部/郊外の地下水流と排水ネットワークの水力計算の統合です。この進歩は、SWMM の以前のバージョンで地下水文計算と水力計算が別々に行われていたことに比べて、非常に大きな改善です。これは、実際の開水路/浅い帯水層環境で物理的に発生するのと同じ相互作用をモデル化できるからです。SWMM 5 の数値エンジンは、表面流出、地下水文を計算し、湿潤または乾燥水文時間ステップで現在の気候データを割り当てます。次に、ネットワークのリンク、ノード、制御ルール、境界条件の水力計算が、補間ルーチンとシミュレートされた水文開始値と終了値を使用して、水文時間ステップ内の固定または可変時間ステップで計算されます。SWMM 5.1.007 以降のバージョンの SWMM 5 では、月ごとの調整を使用して降雨量、気温、蒸発量をグローバルに変更することで、モデル化によって気候変動をシミュレートできます。

この統合の一例としては、流出、輸送、Extran ブロック内のさまざまな SWMM 4 リンク タイプを、SWMM 5 の閉じた導管と開いたチャネルのリンク タイプとノード タイプのコレクションの 1 つの統合グループに収集することが挙げられます (図 2)。

SWMM には、パイプ、水路、貯蔵/処理ユニット、および転流構造の排水システム ネットワークを通じて流出水と外部流入水を送るために使用される柔軟な水理モデリング機能のセットが含まれています。これには、次の機能が含まれます。

無制限のサイズの排水ネットワークを処理できます。さまざまな標準の閉じた導管と開いた導管の形状、および自然水路を使用できます。貯蔵/処理ユニット、分流器、ポンプ、堰、オリフィスなどの特別な要素をモデル化します。表面流出、地下水インターフロー、降雨依存の浸透/流入、乾燥天候の衛生フロー、およびユーザー定義の流入からの外部フローと水質入力を適用します。運動学的波または完全な動的波フロールーティング方法を使用します。逆流、サーチャージ、逆流、表面貯留などのさまざまなフローレジームをモデル化します。ユーザー定義の動的制御ルールを適用して、ポンプ、オリフィス開口部、および堰頂レベルの操作をシミュレートします。浸透した水の地下水層への浸透。地下水と排水システム間のインターフロー。地表流の非線形貯水池ルーティング。LID 制御による流出削減。^[10]

低影響開発 (LID) 機能は、SWMM 5.0.019/20/21/22 および SWMM 5.1+ の新機能です。これはサブ集水域内に統合されており、雨水タンク、側溝、透水性舗装、緑化屋根、レインガーデン、バイオリテンション、浸透溝におけるオーバーフロー、浸透流、蒸発をさらに改良できます。低影響開発(カナダ/米国)という用語は、カナダと米国で、雨水流出を管理するための土地計画と工学設計アプローチを表すために使用されます。近年、米国の多くの州が LID の概念と基準を採用し、新しい建設プロジェクトにおける雨水汚染の有害な可能性を減らすためのアプローチを強化しています。LID にはさまざまな形がありますが、一般的には、サイトから流出する雨水の集中した流れを最小限に抑える、または防止するための取り組みと考えることができます。これを実現するために、LIDの実践では、不浸透性表面（コンクリートなど）を使用する場合、雨水が浸透（地中にしみ込む）できる浸透性領域によって定期的に中断されることが推奨されています。

SWMM5 では、表面、舗装、土壌、ストレージ、排水マット、排水など、各 LID のさまざまなサブプロセスを定義できます。

LID の各タイプには、SWMM 5 で許可されるサブプロセスのタイプに関する制限があります。優れたレポート機能があり、LID サマリー レポートは rpt ファイルと外部レポート ファイルに格納できます。外部レポート ファイルでは、表面深度、土壌水分、貯留深度、表面流入、蒸発、表面浸透、土壌浸透、貯留浸透、表面流出、および LID 連続性エラーを確認できます。サブ集水域ごとに複数の LID が存在する可能性があり、SWMM 5 のサブ集水域内に多くの複雑な LID サブ ネットワークとプロセスがあることや、より小さな湿潤水文学の時間ステップでは解決できない連続性の問題が原因で問題が発生したことはありません。SWMM 5 LID コンパートメントのタイプは、貯留、暗渠、表面、舗装、および土壌です。バイオ リテンション セルには、貯留、暗渠、および表面コンパートメントがあります。浸透トレンチ リッドには、貯留、暗渠、および表面コンパートメントがあります。多孔質舗装 LID には、貯留、暗渠、および舗装コンパートメントがあります。雨水タンクには貯留部と暗渠部のみがあり、植生のある側溝の LID には表面部が 1 つあります。各タイプの LID は、SWMM 5 でレイヤーと呼ばれる異なる基礎部コンパートメント オブジェクトを共有します。

この一連の方程式は、流出時間ステップごとに数値的に解くことができ、LID ユニットへの流入ハイドログラフが、流出ハイドログラフ、地下貯留、地下排水、周囲の土壌への浸透の組み合わせにどのように変換されるかを決定できます。街路植栽と緑の屋根に加えて、ここで説明したバイオ保持モデルは、貯留層を削除して雨水庭園を表すために使用したり、土壌層を舗装層に置き換えて多孔質舗装システムを表すために使用したりできます。

LID の表層は、直接降雨と他の地域からの流水の両方を受け取ります。表層は、その下の土壌層への浸透、窪地貯留層に蓄えられた水の蒸発散 (ET)、および植物による捕捉、発生する可能性のある表面流出によって水を失います。土壌層には、植物の成長をサポートできる改良土壌混合物が含まれています。表層から浸透を受け取り、ET を通じて、およびその下の貯留層への浸透によって水を失います。貯留層は、粗い砕石または砂利で構成されています。その上の土壌ゾーンから浸透を受け取り、下にある自然土壌への浸透または有孔パイプ暗渠システムからの流出によって水を失います。

2013 年 7 月に新しく導入された^[update]EPA の National Stormwater Calculator は、米国内の特定の場所からの年間の雨水量と流出頻度を推定する Windows デスクトップ アプリケーションです。^[17]推定値は、地域の土壌条件、土地被覆、過去の降雨記録に基づいています。Calculator は、選択した場所の土壌、地形、降雨量、蒸発情報を提供するいくつかの全国データベースにアクセスします。ユーザーは、サイトの土地被覆に関する情報を提供し、その場所で使用する低影響開発 (LID) 制御の種類を選択します。SWMM 5.1.013 の LID 制御機能には、グリーン インフラストラクチャの種類の中で次のものが含まれます。

• ストリートプランター: バイオリテンションセルは、砂利排水床の上に設置された人工土壌混合物で栽培された植物を含む窪みです。直接降雨と周辺地域から捕捉された流出水の両方を貯蔵、浸透、蒸発させます。ストリートプランターは、植物の成長をサポートする人工土壌で満たされたコンクリートの箱で構成されています。土壌の下には、追加の貯蔵庫となる砂利床があります。プランターの壁は、ユニット内に水たまりを作ることができるように、土壌床から 3 ～ 12 インチ上に伸びています。土壌成長媒体の厚さは 6 ～ 24 インチで、砂利床の深さは 6 ～ 18 インチです。プランターの捕捉率は、プランターの面積と、プランターが捕捉する流出水の不浸透性領域の比率です。

• レインガーデン: レインガーデンは、人工土壌層のみで構成され、その下に砂利層がないタイプのバイオリテンションセルです。^[18]レインガーデンは、植物の成長を促す人工土壌混合物で満たされた浅い窪みです。通常、個々の住宅の敷地で屋根からの雨水を捕捉するために使用されます。一般的な土壌の深さは6〜18インチです。捕捉率は、レインガーデンの面積と、そこに排水される不浸透性の面積の比率です。

• グリーンルーフ:グリーンルーフはバイオリテンションセルの別のバリエーションで、特別な排水マット素材の上に土壌層が敷かれ、屋根から浸透した余分な雨水を排出します。グリーンルーフ (植物屋根とも呼ばれます) は、屋根の表面に設置されるバイオリテンションシステムで、雨水を捕らえて土壌生育培地に一時的に貯めます。植物の成長をサポートし、植物が吸収できるように水を保持しながら屋根の表面に水たまりができないように設計された、層状の屋根システムです。生育培地に使用される厚さは、通常 3 ～ 6 インチです。

• InfilTrench:浸透溝は、上流の不浸透性地域からの流出水を遮断する砂利を詰めた狭い溝です。これにより貯留容量が確保され、捕捉された流出水が下の土壌に浸透する時間が延長されます。

• パームペイブまたは透水性舗装：連続透水性舗装^[19]システムは、掘削したエリアに砂利を詰め、その上に多孔質コンクリートまたはアスファルト混合物で舗装したものです。連続透水性舗装システムは、掘削したエリアに砂利を詰め、その上に多孔質コンクリートまたはアスファルト混合物で舗装したものです。モジュラーブロックシステムは、透水性ブロック舗装材が使用される点を除いて同様です。通常、降雨はすべてすぐに舗装を通過してその下の砂利貯留層に入り、そこで自然な速度で敷地の土壌に浸透します。舗装層の高さは通常4～6インチで、砂利貯留層の高さは通常6～18インチです。捕捉率は、透水性舗装に置き換えられる処理エリア（道路または駐車場）の割合です。
• 貯水槽:雨水タンク(または貯水槽) は、暴風雨の際に屋根からの雨水を収集する容器で、乾期には雨水を放出または再利用することができます。雨水収集システムは、屋根からの雨水を集めて貯水槽に送り、そこで非飲料水用途や現場での浸透に使用できます。収集システムは、収集される屋根面積 1,000 平方フィートあたり一定数の固定サイズの貯水槽で構成されるものと想定されます。各貯水槽からの水は一定速度で取り出され、完全に現場で消費または浸透されると想定されます。
• 植生湿地: 植生湿地は、傾斜した側面が草やその他の植物で覆われた溝または窪地です。集められた流出水の移動が遅くなり、その下にある土に浸透する時間が長くなります。浸透盆地は、隣接する地域からの流出水を捕らえて土壌に浸透させる、草やその他の自然植物で満たされた浅い窪地です。
• 湿地池は、水質改善、地下水涵養、洪水防止、美観改善、またはこれらの組み合わせの目的でよく使用されます。湿地池は、開発によって失われた森林の自然吸収やその他の自然プロセスの代わりとして機能することもあります。そのため、これらの構造物は近隣地域に溶け込むように設計されており、アメニティとして見なされています。
• 乾いた池は嵐の後、一時的に水を蓄えますが、最終的には制御された速度で下流の水域に排出されます。
• 砂ろ過器は一般に流出水の水質を制御し、流量制御は非常に限定的である。^[20]典型的な砂ろ過システムは、2つまたは3つのチャンバーまたは盆地で構成される。1つ目は沈殿チャンバーで、浮遊物と重い沈殿物を除去する。2つ目は濾過チャンバーで、砂床で流出水を濾過することにより、追加の汚染物質を除去する。3つ目は排出チャンバーである。浸透溝は、雨水流出を管理し、洪水や下流の浸食を防ぎ、隣接する川、小川、湖、湾の水質を改善するために使用されるベストマネジメントプラクティス（BMP）の一種である。これは、砂利または砕石を詰めた浅い掘削溝で、雨水を浸透性土壌を通して地下水帯水層に浸透させるように設計されています。
• 植生フィルター ストリップは、緩衝帯の一種で、一般的には狭く長い植生のエリアです。これにより、流出速度が遅くなり、水によって運ばれる堆積物、有機物、その他の汚染物質が沈殿して除去されます。フィルター ストリップは、浸食とそれに伴う河川の汚染を軽減するため、最適な管理方法となります。

世界中のその他の LID のような概念には、持続可能な排水システム(SUDS) があります。SUDS の背後にある考え方は、環境への影響が少なく費用対効果の高いソリューションを使用して、収集、貯蔵、洗浄によって汚れた表面水の流出を排水し、その後、水路などの環境にゆっくりと放出するという自然システムを再現しようとすることです。

さらに、SWMM 5 の機能 (貯水池、浸透、オリフィス、堰、自然水路からの浸透と蒸発) を使用して、次の機能もシミュレートできます:人工湿地、湿地池、乾地池、浸透盆地、非表面砂フィルター、植生フィルターストリップ、植生フィルターストリップ、浸透盆地。ウェットパークは、湿地池と乾地池および LID 機能の組み合わせです。ウェットパークは、人工湿地とも考えられます。

SWMM 5.0.001 から 5.1.022 の主なコンポーネントは、雨量計、流域、LID コントロールまたは BMP フィーチャ (ウェット ポンドとドライ ポンドなど)、ノード、リンク、汚染物質、土地利用、時間パターン、曲線、時系列、コントロール、トランセクト、帯水層、単位流量グラフ、融雪、およびシェイプ (表 3) です。その他の関連オブジェクトは、ノードのタイプとリンク シェイプです。オブジェクトの目的は、水循環の主要コンポーネント、排水、下水道、または雨水ネットワークの水力コンポーネント、および水質成分のシミュレーションを可能にする蓄積/洗い流し機能をシミュレートすることです。流域シミュレーションは、降雨量の時間履歴から始まります。 SWMM 5 には、ダミー、円形、塗りつぶし円形、長方形閉鎖、長方形開放、台形、三角形、放物線、べき乗関数、長方形三角形、長方形円形、修正バスケットハンドル、水平楕円、垂直楕円、アーチ、卵形、馬蹄形、ゴシック、懸垂線、半楕円形、バスケットハンドル、半円形、不規則、カスタム、および圧送管など、多くの種類の開管および閉管パイプとチャネルがあります。

SWMM 5 の主なオブジェクトまたは水文学および水力コンポーネントは次のとおりです。

1. ゲージ雨量計
2. サブキャッチサブキャッチメント
3. NODE 搬送システムノード
4. LINK 搬送システムリンク
5. 汚染物質
6. 土地利用 土地利用カテゴリー
7. TIMEPATTERN、乾燥天候の流れの時間パターン
8. CURVE 一般的な値テーブル
9. TSERIES 値の一般的な時系列
10. 制御搬送システム制御ルール
11. TRANSECT 不規則なチャネル断面
12. 帯水層 地下水帯水層
13. UNITHYD RDII 単位流量グラフ
14. SNOWMELT 雪解けパラメータセット
15. SHAPE カスタムコンジットシェイプ
16. LID LID処理ユニット

主要な全体コンポーネントは、SWMM 5 入力ファイルとシミュレーション エンジンの C コードで呼び出されます: gage、subcatch、node、link、pollute、landuse、timepattern、curve、tseries、control、transect、aquifer、unithyd、snowmelt、shape、lid。可能なノードのサブセットは、junction、outfall、storage、divider です。Storage ノードは、深度/面積テーブルまたは面積と深度間の機能関係を持つ表形式です。可能なノード流入には、external_inflow、dry_weather_inflow、wet_weather_inflow、groundwater_inflow、rdii_inflow、flow_inflow、concen_inflow、mass_inflow があります。dry weather inflow には、monthly_pattern、daily_pattern、hourly_pattern、weekend_pattern などのパターンを含めることができます。

SWMM 5 のコンポーネント構造により、ユーザーはシミュレーション中に使用する主要な水文学および水力コンポーネントを選択できます。

1. 浸透オプション付き降雨量/流出量: ホートン、修正ホートン、グリーンアンプ、曲線数
2. RDII
3. 水質
4. 地下水
5. 雪解け
6. ルーティング オプションによるフロー ルーティング: 定常状態、運動学的波、動的波

SWMM 3 および SWMM 4 コンバーターは、以前の SWMM 3 および 4 バージョンから最大 2 つのファイルを一度に SWMM 5 に変換できます。通常は、Runoff および Transport ファイルを SWMM 5 に変換するか、Runoff および Extran ファイルを SWMM 5 に変換します。SWMM 4 Runoff、Transport、および Extran ネットワークの組み合わせがある場合は、それを部分的に変換し、2 つのデータ セットをコピーして貼り付け、1 つの SWMM 5 データ セットを作成する必要があります。x、y 座標ファイルは、SWMM 4 Extran 入力データ セットの D1 行に既存の x、y座標がない場合にのみ必要です。コマンド File=>Define Ini File を使用して、 ini ファイルの場所を定義できます。ini ファイルには、変換プロジェクトの入力データ ファイルとディレクトリが保存されます。

SWMMM3 および SWMM 3.5 ファイルは固定形式です。SWMM 4 ファイルは自由形式です。コンバーターは、使用されている SWMM のバージョンを検出します。変換されたファイルは、テキスト エディターを使用して結合し、作成された inp ファイルをマージできます。

雨水管理モデル気候調整ツール(SWMM-CAT) ^[10]は、SWMM5 (2014 年 12 月) に新たに追加されたものです。これは、将来の気候変動予測を雨水管理モデル (SWMM) に組み込むことができる、使いやすいソフトウェア ユーティリティです。SWMM は最近更新され、これらの各時系列の月次調整係数のセットを受け入れるようになりました。この調整係数は、将来の気候条件の変化の影響を表す可能性があります。SWMM-CAT は、世界気候研究計画(WCRP) 結合モデル相互比較プロジェクト フェーズ 3 (CMIP3) アーカイブの一部として実行される地球規模の気候変動モデルから得られた、場所固有の調整のセットを提供します (図 4)。SWMM-CAT は、場所固有の気候変動調整を雨水管理モデル (SWMM) プロジェクト ファイルに追加するユーティリティです。調整は、気温、蒸発率、降水量、およびさまざまな再発間隔での 24 時間の設計雨水に月次で適用できます。これらの調整の元となったのは、世界気候研究計画（​​WCRP）結合モデル相互比較プロジェクトフェーズ3（CMIP3）アーカイブの一部として実行された地球規模の気候変動モデルである。このアーカイブから縮小された結果は、USEPAのCREATプロジェクトによって生成され、過去の値に対する変化に変換された。^[21]

SWMM5 に適用する調整セットを選択するには、次の手順に従います。

1) 場所の緯度と経度の座標（ある場合）または 5 桁の郵便番号を入力します。SWMM-CAT は、その場所に最も近い CMIP3 結果の気候変動結果の範囲を表示します。

2) 短期予測期間または長期予測期間に基づいて気候変動予測を使用するかどうかを選択します。表示される気候変動の結果は、選択した選択を反映して更新されます。

3) SWMM に保存する気候変動の結果を選択します。CMIP3 プロジェクトで使用されるさまざまな地球気候モデルによって生成された結果の範囲にまたがる 3 つの選択肢があります。「高温/乾燥」の結果は、平均気温の変化がすべてのモデル予測の上限にあり、平均降雨量の変化が下限にあるモデルを表します。「温暖/湿潤」の結果は、平均気温の変化が下限にあり、平均降雨量の変化がスペクトルのより湿潤な端にあるモデルを表します。「中央値」の結果は、気温と降雨量の変化がすべてのモデルの中央値に最も近いモデルです。

4) [調整を SWMM に保存] リンクをクリックすると、調整を保存する既存の SWMM プロジェクト ファイルを選択できるダイアログ フォームが表示されます。このフォームでは、保存する調整の種類 (月間温度、蒸発量、降雨量、または 24 時間の設計嵐) も選択できます。温度と蒸発量の単位の変換は、SWMM ファイルで検出された単位系 (US または SI) に応じて自動的に処理されます。

EPA SWMM 5モデルのデータ生成を支援するその他の外部プログラムには、SUSTAIN、^[22] BASINS、^[23] SSOAP、^[24]、EPAのNational Stormwater Calculator (SWC) ^[17]などがあります。SWCは、米国（プエルトリコを含む）の特定の場所からの年間の雨水量と流出頻度を推定するデスクトップアプリケーションです。推定値は、地域の土壌条件、土地被覆、過去の降雨記録に基づいています（図5）。

SWMM5エンジンは、多くの商用ソフトウェアパッケージを含むさまざまなソフトウェアパッケージで使用されています。^[25]これらのソフトウェアパッケージには次のものがあります。

• EPAからのEPA-SWMM
• Autodesk Water InfrastructureのICM SWMM （Autodesk）
• InfoDrainage、Autodesk Water Infrastructure のAutodeskから
• InfoWorks ICM には、SWMM5 の RDII、水質、水文学コンポーネントが含まれています。Autodesk の Autodesk Water Infrastructure
• Autodesk Storm and Sanitary Analysis（オートデスク）
• PCSWMM
• マイク・アーバン
• Bentley Systems, Inc.の SewerGEMS および CivilStorm
• Fluidit Sewer と Fluidit Storm
• Jacobsによる洪水モデラー
• ジオSWMM
• ギズウォーター
• GISpipe GIS ベースの EPANET および SWMM 統合ソフトウェア。
• OpenWaterAnalyticsによるPySWMM ^[26]
• Aquinuity の AquaTwin-Sewer
• TuflowによるTuflow

• SWAT モデル – 土壌と水の評価ツールPages displaying wikidata descriptions as a fallback
• 確率的経験的負荷および希釈モデル - 雨水水質モデル
• WAFLEX  – 河川モデル
• 水文学 – 地球上の水の動き、分布、水質に関する科学
• 油圧学 – 液体に関わる応用工学
• 表面流出 – 地表に浸透しない余分な雨水の流れ
• 降水（気象学）  – 重力によって落下する大気中の水蒸気の凝縮によって生じるものPages displaying short descriptions of redirect targets
• 先行水分 – 集水域の相対的な湿潤状態を表す水文学用語Pages displaying wikidata descriptions as a fallback
• 蒸発散 – 水循環における水の移動の自然なプロセス
• EPANET  – 給水システムモデリングソフトウェア
• 降雨 – 水滴の形での降水Pages displaying short descriptions of redirect targets
• 水文輸送モデル
• コンピュータシミュレーション – コンピュータ上で実行される数学的モデリングのプロセス
• 水質汚染 – 水域の汚染
• 水質 – 使用基準に対する評価
• 地表水水文学 – 地表水に関する水文学の分野

• EPA SWMM 5.2 ダウンロード
• EPA 全国雨水計算機 - SWMM 5 ベース
• 「雨水管理とは何か、なぜ重要なのか？」Expert Environmental Consulting - 2018-01-31 . 2023-12-11に閲覧。