نموذج إدارة مياه الأمطار

نموذج إدارة مياه الأمطار التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) ( SWMM ) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} هو نموذج محاكاة ديناميكي لهطول الأمطار - الجريان السطحي - الجريان السطحي يستخدم لمحاكاة كمية ونوعية الهيدرولوجيا السطحية/تحت السطحية من حدث واحد إلى طويل الأجل (مستمر) من المناطق الحضرية/شبه الحضرية بشكل أساسي.

يُمكن للبرنامج محاكاة جريان مياه الأمطار، والجريان السطحي، والتبخر ، والتسرب ، وربط المياه الجوفية بالجذور، والشوارع، والمساحات العشبية، وحدائق الأمطار، والخنادق، والأنابيب، على سبيل المثال. يعمل مكون الهيدرولوجيا في برنامج SWMM على مجموعة من مناطق الأحواض الفرعية، مقسمة إلى مناطق غير منفذة ومناطق منفذة ، مع وجود خزانات تخزين منخفضة وبدونها، وذلك للتنبؤ بالجريان السطحي وأحمال الملوثات الناتجة عن هطول الأمطار، والتبخر، وفقدان المياه بالتسرب من كل حوض فرعي. إضافةً إلى ذلك، يُمكن نمذجة مناطق التنمية منخفضة التأثير (LID) ومناطق أفضل ممارسات الإدارة في الحوض الفرعي لتقليل الجريان السطحي في المناطق غير المنفذة والمنفذة. ينقل قسم التوجيه أو الهيدروليكا في برنامج SWMM هذه المياه، وما قد يرتبط بها من مكونات جودة المياه ، عبر نظام من الأنابيب المغلقة، والقنوات المفتوحة، وأجهزة التخزين/المعالجة، والبرك، والخزانات، والمضخات، والفتحات، والسدود، والمخارج، ومصبات المياه، وغيرها من منظمات التدفق.

يتتبع برنامج SWMM كمية ونوعية التدفق المتولد داخل كل حوض فرعي، ومعدل التدفق، وعمقه، وجودة المياه في كل أنبوب وقناة خلال فترة محاكاة تتكون من عدة خطوات زمنية ثابتة أو متغيرة . ويمكن محاكاة مكونات جودة المياه، بدءًا من تراكمها في الأحواض الفرعية مرورًا بغسلها وصولًا إلى شبكة هيدروليكية مع إمكانية التحلل من الدرجة الأولى وإزالة الملوثات المرتبطة بها، بالإضافة إلى أفضل ممارسات الإدارة والتنمية منخفضة التأثير (LID) ^{[ 9 ]} ، حيث يمكن محاكاة الإزالة والمعالجة في نقاط تخزين محددة. يُعد SWMM أحد نماذج نقل المياه التي طبقتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) ووكالات أخرى على نطاق واسع في جميع أنحاء أمريكا الشمالية، ومن خلال الاستشاريين والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويمكن الاطلاع على أحدث ملاحظات التحديث والميزات الجديدة على موقع وكالة حماية البيئة الأمريكية في قسم التنزيلات. ^{[ 10 ]} أُضيفت مؤخرًا في نوفمبر 2015 كل من دليل الهيدرولوجيا الخاص ببرنامج SWMM 5.1 التابع لوكالة حماية البيئة (المجلد الأول) ^{[ 11 ]} ، وفي عام 2016 أُضيف دليل الهيدروليكا الخاص ببرنامج SWMM 5.1 التابع لوكالة حماية البيئة (المجلد الثاني) ^{[ 12 ]} ، ودليل جودة المياه الخاص ببرنامج SWMM 5.1 التابع لوكالة حماية البيئة (بما في ذلك وحدات إدارة مياه الأمطار) المجلد الثالث ^{[ 13 ]} بالإضافة إلى التصويبات. ^{[ 14 ]}

يُعدّ نموذج إدارة مياه الأمطار التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (SWMM) نموذجًا ديناميكيًا لمحاكاة جريان مياه الأمطار وتوجيهها، ويُستخدم لمحاكاة كمية ونوعية الجريان السطحي، سواءً في حدث واحد أو على المدى الطويل (المستمر)، من المناطق الحضرية بشكل أساسي. يعمل مُكوّن الجريان السطحي في نموذج SWMM على مجموعة من أحواض التجميع الفرعية التي تستقبل مياه الأمطار وتُنتج الجريان السطحي وأحمال الملوثات. أما مُكوّن التوجيه في نموذج SWMM فينقل هذا الجريان السطحي عبر نظام من الأنابيب والقنوات وأجهزة التخزين/المعالجة والمضخات والمنظمات. يتتبع نموذج SWMM كمية ونوعية الجريان السطحي المُتولّد داخل كل حوض تجميع فرعي، بالإضافة إلى معدل التدفق وعمقه ونوعية المياه في كل أنبوب وقناة خلال فترة المحاكاة المُقسّمة إلى خطوات زمنية متعددة.

يُراعي نموذج SWMM العمليات الهيدرولوجية المختلفة التي تُنتج جريان المياه السطحية من المناطق الحضرية. وتشمل هذه العمليات ما يلي:

1. هطول الأمطار المتغير مع مرور الوقت
2. تبخر المياه السطحية الراكدة
3. تراكم الثلوج وذوبانها
4. اعتراض مياه الأمطار من تخزينها في المنخفضات
5. تسرب مياه الأمطار إلى طبقات التربة غير المشبعة
6. تسرب المياه المتسربة إلى طبقات المياه الجوفية
7. التدفق المتبادل بين المياه الجوفية ونظام الصرف
8. توجيه التدفق السطحي غير الخطي للخزان
9. التقاط مياه الأمطار/الجريان السطحي والاحتفاظ بها باستخدام أنواع مختلفة من ممارسات التنمية منخفضة التأثير (LID).

يحتوي برنامج SWMM أيضًا على مجموعة مرنة من إمكانيات النمذجة الهيدروليكية المستخدمة لتوجيه مياه الجريان السطحي والتدفقات الخارجية عبر شبكة نظام الصرف الصحي المكونة من الأنابيب والقنوات ووحدات التخزين/المعالجة وهياكل التحويل. وتشمل هذه الإمكانيات ما يلي:

1. التعامل مع شبكات ذات حجم غير محدود
2. استخدم مجموعة واسعة من أشكال المواسير القياسية المغلقة والمفتوحة بالإضافة إلى القنوات الطبيعية.
3. تصميم عناصر خاصة مثل وحدات التخزين/المعالجة، ومقسمات التدفق، والمضخات، والسدود، والفتحات.
4. تطبيق التدفقات الخارجية ومدخلات جودة المياه من الجريان السطحي، وتدفق المياه الجوفية، والتسرب/التدفق الداخلي المعتمد على هطول الأمطار، والتدفق الصحي في الطقس الجاف، والتدفقات الداخلية التي يحددها المستخدم.
5. استخدم إما طرق توجيه تدفق الموجة الحركية أو طرق توجيه تدفق الموجة الديناميكية الكاملة.
6. نمذجة أنظمة التدفق المختلفة، مثل المياه المرتدة، والتدفق الزائد، والتدفق العكسي، وتجمع المياه على السطح.
7. تطبيق قواعد التحكم الديناميكية المحددة من قبل المستخدم لمحاكاة تشغيل المضخات وفتحات الفتحات ومستويات قمة السد.

يُمكن تحقيق التباين المكاني في جميع هذه العمليات بتقسيم منطقة الدراسة إلى مجموعة من مناطق التجميع الفرعية المتجانسة الأصغر حجمًا، والتي تحتوي كل منها على نسبة خاصة بها من المناطق الفرعية النفاذة وغير النفاذة. ويمكن توجيه التدفق السطحي بين المناطق الفرعية، أو بين مناطق التجميع الفرعية، أو بين نقاط دخول نظام الصرف.

منذ إنشائها، استُخدمت SWMM في آلاف الدراسات المتعلقة بشبكات الصرف الصحي ومياه الأمطار في جميع أنحاء العالم. وتشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

1. تصميم وتحديد أحجام مكونات نظام الصرف الصحي للتحكم في الفيضانات
2. تحديد حجم مرافق الاحتجاز وملحقاتها للسيطرة على الفيضانات وحماية جودة المياه.
3. رسم خرائط السهول الفيضية لأنظمة القنوات الطبيعية، من خلال نمذجة ديناميكيات الأنهار ومشاكل الفيضانات المرتبطة بها باستخدام القنوات المنشورية.
4. تصميم استراتيجيات التحكم للحد من فيضان مياه الصرف الصحي المختلطة (CSO) وفيضان مياه الصرف الصحي الصحية (SSO)
5. تقييم تأثير التدفق الداخلي والتسرب على فيضانات المجاري الصحية
6. توليد أحمال الملوثات من مصادر غير محددة لدراسات تخصيص أحمال النفايات.
7. تقييم فعالية أفضل ممارسات الإدارة (BMPs) وأنظمة إدارة مياه الأمطار (LIDs) في الأحواض الفرعية للحد من حمولات الملوثات الناتجة عن الأمطار الغزيرة. نمذجة جريان مياه الأمطار في الأحواض المائية الحضرية والريفية.
8. تحليل الخصائص الهيدروليكية وجودة المياه لأنظمة الصرف الصحي، وأنظمة الصرف الصحي العامة، وأنظمة الصرف الصحي المختلطة.
9. التخطيط الرئيسي لأنظمة تجميع مياه الصرف الصحي ومستجمعات المياه الحضرية
10. تقييمات النظام المرتبطة بلوائح وكالة حماية البيئة الأمريكية، بما في ذلك تصاريح نظام تصريف الملوثات الوطني (NPDES) وبرنامج إدارة الملوثات (CMOM) وبرنامج إدارة الأحمال القصوى المسموح بها (TMDL).
11. تنبؤات أحادية وثنائية الأبعاد (تجمع المياه السطحية) بمستويات الفيضانات وحجمها

برنامج EPA SWMM هو برنامج مجاني متاح للجميع ، ويمكن نسخه وتوزيعه بحرية. يتكون برنامج SWMM 5 المجاني من كود محرك C وكود واجهة المستخدم الرسومية Delphi SWMM 5. يسهل تعديل كود C وكود Delphi، ويمكن للطلاب والمهنيين إعادة تجميعهما لإضافة ميزات مخصصة أو ميزات إخراج إضافية.

طُوِّر برنامج SWMM لأول مرة بين عامي 1969 و1971، وخضع لأربعة تحديثات رئيسية منذ ذلك الحين. كانت هذه التحديثات الرئيسية كالتالي: (1) الإصدار 2 في الفترة 1973-1975، (2) الإصدار 3 في الفترة 1979-1981، (3) الإصدار 4 في الفترة 1985-1988، و(4) الإصدار 5 في الفترة 2001-2004. يُبيّن الجدول 1 قائمة بالتغييرات الرئيسية والتغييرات التي طرأت بعد عام 2004. يُعد الإصدار الحالي من SWMM، وهو الإصدار 5.2.3، إعادة كتابة كاملة للإصدارات السابقة المكتوبة بلغة Fortran باستخدام لغة البرمجة C، ويمكن تشغيله على أنظمة Windows XP و Windows Vista و Windows 7 و Windows 8 و Windows 10 ، كما يمكن إعادة تجميعه على أنظمة Unix . شفرة SWMM5 مفتوحة المصدر ومتاحة للجميع، ويمكن تنزيلها من موقع وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). ^{[ 15 ]}

يوفر برنامج EPA SWMM 5 بيئة رسومية متكاملة لتحرير بيانات مدخلات مستجمعات المياه، وإجراء عمليات محاكاة هيدرولوجية وهيدروليكية وتحكمية في الوقت الفعلي ومحاكاة جودة المياه، وعرض النتائج في مجموعة متنوعة من التنسيقات الرسومية. وتشمل هذه التنسيقات خرائط مناطق التصريف الموضوعية المرمزة بالألوان، ورسوم بيانية وجداول السلاسل الزمنية، ومخططات الملامح، ومخططات التشتت، وتحليلات التردد الإحصائي.

أُجريت آخر مراجعة لبرنامج SWMM التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) من قِبل قسم إمدادات المياه ومواردها في مختبر أبحاث إدارة المخاطر الوطنية التابع للوكالة، وذلك بمساعدة شركة الاستشارات CDM Inc بموجب اتفاقية بحث وتطوير تعاونية (CRADA). يُستخدم SWMM 5 كمحرك حسابي للعديد من حزم النمذجة، كما أن مكوناته موجودة في حزم نمذجة أخرى. تُعرض حزم النمذجة الرئيسية التي تستخدم جميع مكونات SWMM 5 أو بعضها في قسم الموردين. يمكن الاطلاع على سجل تحديثات SWMM 5، من الإصدار الأصلي SWMM 5.0.001 إلى الإصدار الحالي SWMM 5.2.3، على موقع وكالة حماية البيئة الأمريكية. تمت الموافقة على SWMM 5 في صفحة اعتماد نماذج الوكالة الفيدرالية لإدارة الطوارئ (FEMA) في مايو 2005، ^{[ 16 ]} مع ملاحظة حول الإصدارات المعتمدة في صفحة اعتماد FEMA، بدءًا من الإصدار 5.0.005 (مايو 2005) فصاعدًا لنمذجة البرنامج الوطني للتأمين ضد الفيضانات (NFIP ). يتم استخدام SWMM 5 كمحرك حسابي للعديد من حزم النمذجة (انظر قسم منصة SWMM 5 في هذه المقالة) وبعض مكونات SWMM5 موجودة في حزم نمذجة أخرى (انظر قسم موردي SWMM 5 في هذه المقالة).

يُصوّر برنامج SWMM نظام الصرف الصحي على أنه سلسلة من تدفقات المياه والمواد بين عدة أقسام بيئية رئيسية. وتشمل هذه الأقسام، بالإضافة إلى عناصر SWMM التي تحتويها، ما يلي:

يُمثل الغلاف الجوي الجزء الذي تتساقط منه الأمطار وتترسب الملوثات على سطح الأرض. يستخدم برنامج SWMM مقاييس المطر لتمثيل مدخلات هطول الأمطار في النظام. يمكن لمقاييس المطر استخدام سلاسل زمنية، أو ملفات نصية خارجية، أو ملفات بيانات هطول الأمطار من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) . كما يمكنها استخدام بيانات هطول الأمطار لآلاف السنين. وباستخدام إضافة SWMM-CAT لبرنامج SWMM5، أصبح بالإمكان الآن محاكاة تغير المناخ باستخدام بيانات مُعدلة لدرجة الحرارة، أو التبخر، أو هطول الأمطار.

يُمثل حيز سطح الأرض، الذي يتكون من حوض فرعي واحد أو أكثر، هذا الحيز. يستقبل هذا الحيز هطول الأمطار أو الثلوج من حيز الغلاف الجوي، ويُصرف المياه إلى حيز المياه الجوفية عبر التسرب ، بالإضافة إلى تصريفها السطحي وحمولات الملوثات إلى حيز النقل. وتُعدّ ضوابط التنمية منخفضة التأثير جزءًا من الأحواض الفرعية، حيث تعمل على تخزين مياه الجريان السطحي أو ترشيحها أو تبخيرها.

يستقبل خزان المياه الجوفية المياه المتسربة من خزان سطح الأرض، وينقل جزءًا من هذا التدفق إلى خزان النقل. يُنمذج هذا الخزان باستخدام عناصر الخزان الجوفي . يمكن أن يكون الاتصال بخزان النقل إما حدًا ثابتًا أو عمقًا ديناميكيًا في القنوات. كما تتضمن الروابط في خزان النقل الآن التسرب والتبخر.

تحتوي حجرة النقل على شبكة من عناصر النقل (قنوات، أنابيب، مضخات، ومنظمات) ووحدات تخزين/معالجة تنقل المياه إلى مصارف أو إلى مرافق معالجة. يمكن أن تأتي التدفقات الداخلة إلى هذه الحجرة من جريان المياه السطحية، أو تدفق المياه الجوفية، أو تدفق مياه الصرف الصحي في الطقس الجاف، أو من مخططات التدفق التي يحددها المستخدم. يتم نمذجة مكونات حجرة النقل باستخدام كائنات العقد والروابط.

ليس من الضروري ظهور جميع الأقسام في نموذج SWMM معين. على سبيل المثال، يمكن نمذجة قسم النقل فقط، باستخدام مخططات التدفق المحددة مسبقًا كمدخلات. في حال استخدام توجيه الموجات الحركية، فلا يلزم أن تحتوي العقد على مخرج.

تتضمن معلمات النموذج المُحاكى للأحواض الفرعية: خشونة السطح، وتخزين المياه في المنخفضات، والميل، وطول مسار التدفق؛ بالنسبة للتسرب: هورتون: معدلات الحد الأقصى/الأدنى وثابت التضاؤل؛ جرين-أمبت: الموصلية الهيدروليكية، ونقص الرطوبة الأولي، وضغط الشفط؛ رقم المنحنى: رقم منحنى NRCS (SCS)؛ الإجمالي: الوقت اللازم لتصريف التربة المشبعة بالكامل؛ بالنسبة للقنوات: خشونة مانينغ؛ بالنسبة لجودة المياه: معاملات دالة التراكم/الغسل، ومعاملات التضاؤل ​​من الدرجة الأولى، ومعادلات الإزالة. يمكن تقسيم منطقة الدراسة إلى أي عدد من الأحواض الفرعية، حيث يصب كل منها في نقطة واحدة. تتراوح مساحات مناطق الدراسة من جزء صغير من قطعة أرض واحدة إلى آلاف الأفدنة. يستخدم برنامج SWMM بيانات هطول الأمطار كل ساعة أو بتردد أعلى كمدخلات، ويمكن تشغيله لأحداث فردية أو بشكل مستمر لأي عدد من السنوات.

يُراعي برنامج SWMM 5 العمليات الهيدرولوجية المختلفة التي تُنتج جريان المياه السطحية والجوفية من المناطق الحضرية. وتشمل هذه العمليات ما يلي:

1. هطول الأمطار المتغير مع الزمن لعدد غير محدود من مقاييس المطر، وذلك لكل من مخططات هطول الأمطار التصميمية والمستمرة.
2. تبخر المياه السطحية الراكدة في مستجمعات المياه والبرك السطحية
3. تراكم الثلوج، وحرثها، وذوبانها
4. اعتراض مياه الأمطار من تخزين المنخفضات في كل من المناطق غير المنفذة والمنفذة
5. تسرب مياه الأمطار إلى طبقات التربة غير المشبعة
6. تسرب المياه المتسربة إلى طبقات المياه الجوفية
7. التدفق بين المياه الجوفية والأنابيب والخنادق
8. توجيه التدفق السطحي غير الخطي للخزانات المائية.

يُمكن تحقيق التباين المكاني في جميع هذه العمليات بتقسيم منطقة الدراسة إلى مجموعة من مستجمعات المياه أو الأحواض الفرعية الأصغر حجمًا والمتجانسة، حيث يحتوي كل منها على نسبة من المناطق الفرعية النفاذة وغير النفاذة. ويمكن توجيه التدفق السطحي بين المناطق الفرعية، أو بين الأحواض الفرعية، أو بين نقاط دخول نظام الصرف.

يحتوي برنامج SWMM أيضًا على مجموعة مرنة من إمكانيات النمذجة الهيدروليكية المستخدمة لتوجيه مياه الجريان السطحي والتدفقات الخارجية عبر شبكة نظام الصرف الصحي المكونة من الأنابيب والقنوات ووحدات التخزين/المعالجة وهياكل التحويل. وتشمل هذه الإمكانيات ما يلي:

1. محاكاة شبكات تصريف المياه ذات الحجم غير المحدود
2. استخدم مجموعة واسعة من أشكال المواسير القياسية المغلقة والمفتوحة بالإضافة إلى القنوات الطبيعية أو غير المنتظمة
3. تتضمن النماذج عناصر خاصة مثل وحدات التخزين/المعالجة، والمخارج، ومقسمات التدفق، والمضخات، والسدود، والفتحات.
4. تطبيق التدفقات الخارجية ومدخلات جودة المياه من الجريان السطحي، وتدفق المياه الجوفية، والتسرب/التدفق الداخلي المعتمد على هطول الأمطار، والتدفق الصحي في الطقس الجاف، والتدفقات الداخلية التي يحددها المستخدم.
5. استخدم إما طرق توجيه تدفق الموجة الثابتة أو الموجة الحركية أو الموجة الديناميكية الكاملة
6. نمذجة أنظمة التدفق المختلفة، مثل التدفق العكسي، والتدفق الزائد، والضغط، والتدفق العكسي، وتجمع المياه على السطح
7. تطبيق قواعد التحكم الديناميكية المحددة من قبل المستخدم لمحاكاة تشغيل المضخات وفتحات الفتحات ومستويات قمة السد

التسرب هو عملية تغلغل مياه الأمطار في سطح الأرض وصولاً إلى منطقة التربة غير المشبعة في مناطق الأحواض الفرعية النفاذة. يوفر برنامج SWMM5 أربعة خيارات لنمذجة التسرب:

طريقة التسلل الكلاسيكية

تعتمد هذه الطريقة على ملاحظات تجريبية تُظهر أن معدل التسرب يتناقص أُسّيًا من معدل أقصى ابتدائي إلى معدل أدنى خلال فترة هطول أمطار غزيرة. تشمل مُدخلات هذه الطريقة الحد الأقصى والحد الأدنى لمعدل التسرب، ومعامل التضاؤل ​​الذي يصف سرعة انخفاض المعدل بمرور الوقت، والوقت اللازم لجفاف التربة المشبعة تمامًا (يُستخدم لحساب استعادة معدل التسرب خلال فترات الجفاف).

طريقة هورتون المعدلة

هذه نسخة معدلة من طريقة هورتون الكلاسيكية، تستخدم معدل التسرب التراكمي الزائد عن الحد الأدنى كمتغير حالة (بدلاً من الزمن على طول منحنى هورتون)، مما يوفر تقديرًا أكثر دقة للتسرب عند انخفاض شدة هطول الأمطار. وتستخدم نفس معايير الإدخال المستخدمة في طريقة هورتون التقليدية.

يمثل توجيه التدفق المستقر أبسط أنواع التوجيه الممكنة (في الواقع، لا توجيه على الإطلاق) بافتراض أن التدفق منتظم وثابت ضمن كل خطوة زمنية حسابية. وبالتالي، فهو ببساطة ينقل منحنيات التدفق الداخل من الطرف العلوي للقناة إلى الطرف السفلي، دون أي تأخير أو تغيير في الشكل. تُستخدم معادلة التدفق الطبيعي لربط معدل التدفق بمساحة التدفق (أو العمق).

لا يأخذ هذا النوع من التوجيه في الحسبان تخزين القناة، أو تأثيرات المياه المرتدة، أو فقدان الدخول/الخروج، أو انعكاس التدفق، أو التدفق المضغوط. ولا يُستخدم إلا مع شبكات النقل المتفرعة، حيث تحتوي كل عقدة على وصلة خروج واحدة فقط (إلا إذا كانت العقدة فاصلة، فحينها يلزم وجود وصلتي خروج). هذا النوع من التوجيه غير حساس للخطوة الزمنية المستخدمة، وهو مناسب فقط للتحليل الأولي باستخدام عمليات محاكاة مستمرة طويلة الأجل. أما توجيه الموجات الحركية فيحل معادلة الاستمرارية بالإضافة إلى صيغة مبسطة لمعادلة الزخم في كل قناة. وتتطلب هذه الأخيرة أن يكون ميل سطح الماء مساويًا لميل القناة.

أقصى تدفق يمكن نقله عبر قناة هو قيمة التدفق الطبيعي الكامل. أي تدفق يزيد عن ذلك عند دخوله إلى عقدة المدخل إما أن يُفقد من النظام أو يتجمع فوق عقدة المدخل ثم يُعاد إدخاله إلى القناة عند توفر سعة كافية.

يسمح توجيه الموجات الحركية بتغير التدفق والمساحة مكانيًا وزمنيًا داخل القناة. قد ينتج عن ذلك انخفاض في منحنيات التدفق الخارج وتأخير في تدفق المياه الداخلة عبر القناة. مع ذلك، لا يأخذ هذا النوع من التوجيه في الحسبان تأثيرات المياه المرتدة، أو فقدان المياه عند الدخول والخروج، أو انعكاس التدفق، أو التدفق المضغوط، كما أنه يقتصر على تصميمات الشبكات المتفرعة. عادةً ما يحافظ على استقرار عددي مع خطوات زمنية كبيرة نسبيًا، تتراوح بين دقيقة واحدة وخمس دقائق. إذا لم يكن من المتوقع أن تكون التأثيرات المذكورة ذات أهمية كبيرة، فإن هذا البديل يُعد طريقة توجيه دقيقة وفعالة، خاصةً في عمليات المحاكاة طويلة المدى.

تُحل معادلات توجيه الموجات الديناميكية معادلات تدفق سانت فينان أحادية البعد بالكامل، وبالتالي تُنتج أدق النتائج من الناحية النظرية. تتكون هذه المعادلات من معادلات الاستمرارية والزخم للقنوات، ومعادلة استمرارية الحجم عند العقد.

باستخدام هذا النوع من التوجيه، يُمكن تمثيل التدفق المضغوط عند امتلاء قناة مغلقة، بحيث يتجاوز التدفق قيمة التدفق الطبيعي الكامل. يحدث الفيضان عندما يتجاوز عمق الماء عند نقطة ما أقصى عمق متاح، ويُفقد التدفق الزائد من النظام أو يتجمع فوق النقطة ويعود إلى نظام الصرف.

يُمكن لتوجيه الموجات الديناميكي مراعاة تخزين المياه في القنوات، وارتداد المياه، وفقدان المياه عند المداخل والمخارج، وانعكاس التدفق، والتدفق المضغوط. ولأنه يجمع بين حلول مستويات المياه عند العقد وتدفق المياه في القنوات، يُمكن تطبيقه على أي تصميم شبكة عام، حتى تلك التي تحتوي على تحويلات وحلقات متعددة في اتجاه المصب. وهو الخيار الأمثل للأنظمة التي تتعرض لتأثيرات ارتداد المياه بشكل كبير نتيجةً لقيود التدفق في اتجاه المصب، مع تنظيم التدفق عبر السدود والفتحات. وتأتي هذه العمومية على حساب استخدام خطوات زمنية أصغر بكثير، في حدود دقيقة أو أقل (يُمكن لبرنامج SWMM تقليل الحد الأقصى للخطوة الزمنية المُحددة من قِبل المستخدم تلقائيًا حسب الحاجة للحفاظ على الاستقرار العددي).

من أبرز التطورات في برنامج SWMM 5 دمج تدفق المياه الجوفية في المناطق الحضرية وشبه الحضرية مع الحسابات الهيدروليكية لشبكة الصرف. يُعد هذا التطور تحسينًا هائلًا مقارنةً بالحسابات الهيدرولوجية والهيدروليكية المنفصلة للمياه الجوفية في الإصدارات السابقة من SWMM، إذ يسمح لمصمم النماذج بنمذجة التفاعلات نفسها التي تحدث فعليًا في بيئة القنوات المفتوحة/الخزانات الجوفية الضحلة. يقوم المحرك العددي لبرنامج SWMM 5 بحساب الجريان السطحي والهيدرولوجيا الجوفية، ويُعيّن بيانات المناخ الحالية إما في الخطوة الزمنية الهيدرولوجية الرطبة أو الجافة. بعد ذلك، تُحسب الحسابات الهيدروليكية للروابط والعُقد وقواعد التحكم والشروط الحدية للشبكة إما في خطوة زمنية ثابتة أو متغيرة ضمن الخطوة الزمنية الهيدرولوجية، وذلك باستخدام إجراءات الاستيفاء وقيم البداية والنهاية الهيدرولوجية المُحاكاة. تسمح إصدارات SWMM 5 الأكبر من SWMM 5.1.007 لمصمم النماذج بمحاكاة تغيرات المناخ عن طريق تغيير هطول الأمطار ودرجة الحرارة والتبخر على مستوى العالم باستخدام التعديلات الشهرية.

ومن الأمثلة على هذا التكامل تجميع أنواع الروابط المختلفة في SWMM 4 في كتل الجريان السطحي والنقل وExtran إلى مجموعة موحدة من أنواع روابط القناة المغلقة والقناة المفتوحة في SWMM 5 ومجموعة من أنواع العقد (الشكل 2).

يحتوي برنامج SWMM على مجموعة مرنة من إمكانيات النمذجة الهيدروليكية المستخدمة لتوجيه مياه الجريان السطحي والتدفقات الخارجية عبر شبكة نظام الصرف الصحي المكونة من الأنابيب والقنوات ووحدات التخزين/المعالجة وهياكل التحويل. وتشمل هذه الإمكانيات ما يلي:

التعامل مع شبكات تصريف ذات أحجام غير محدودة. استخدام مجموعة واسعة من أشكال القنوات المغلقة والمفتوحة القياسية، بالإضافة إلى القنوات الطبيعية. نمذجة العناصر الخاصة، مثل وحدات التخزين/المعالجة، ومقسمات التدفق، والمضخات، والسدود، والفتحات. تطبيق التدفقات الخارجية ومدخلات جودة المياه من الجريان السطحي، والتدفق البيني للمياه الجوفية، والتسرب/التدفق الداخلي المعتمد على هطول الأمطار، والتدفق الصحي في الطقس الجاف، والتدفقات الداخلية المحددة من قبل المستخدم. استخدام طرق توجيه التدفق الموجية الحركية أو الموجية الديناميكية الكاملة. نمذجة أنظمة التدفق المختلفة، مثل المياه العكسية، والتدفق الزائد، والتدفق العكسي، وتجمع المياه السطحية. تطبيق قواعد التحكم الديناميكية المحددة من قبل المستخدم لمحاكاة تشغيل المضخات، وفتحات الفتحات، ومستويات قمم السدود. تسرب المياه المتسربة إلى طبقات المياه الجوفية. التدفق البيني بين المياه الجوفية ونظام الصرف. توجيه غير خطي للتدفق السطحي في الخزانات. تقليل الجريان السطحي عبر ضوابط إدارة مياه الأمطار. ^{[ 10 ]}

كانت وظيفة التطوير منخفض التأثير (LID) جديدة في إصدارات SWMM 5.0.019/20/21/22 وSWMM 5.1+. وهي مُدمجة ضمن حوض التجميع الفرعي، وتتيح مزيدًا من التحسين لعمليات الفائض، وتدفق التسرب، والتبخر في براميل تجميع مياه الأمطار ، والمصارف ، والأرصفة النفاذة ، والأسطح الخضراء ، وحدائق الأمطار ، وأنظمة الاحتفاظ الحيوي ، وخنادق التسرب . يُستخدم مصطلح " التطوير منخفض التأثير " (في كندا والولايات المتحدة) لوصف نهج تخطيط الأراضي والتصميم الهندسي لإدارة جريان مياه الأمطار. في السنوات الأخيرة، تبنت العديد من الولايات الأمريكية مفاهيم ومعايير التطوير منخفض التأثير لتعزيز نهجها في الحد من احتمالية تلوث مياه الأمطار في مشاريع البناء الجديدة. يتخذ التطوير منخفض التأثير أشكالًا عديدة، ولكن يمكن اعتباره عمومًا جهدًا لتقليل أو منع التدفقات المركزة لمياه الأمطار الخارجة من الموقع. لتحقيق ذلك، تقترح ممارسة إدارة مياه الأمطار منخفضة التأثير أنه عند استخدام الأسطح غير المنفذة (الخرسانة، وما إلى ذلك)، يتم قطعها بشكل دوري بواسطة مناطق منفذة تسمح لمياه الأمطار بالتسرب (التغلغل في الأرض).

يمكن تعريف مجموعة متنوعة من العمليات الفرعية في كل نظام إدارة مياه الأمطار في SWMM5 مثل: السطح، والرصف، والتربة، والتخزين، وحصيرة التصريف، والمصرف.

لكل نوع من أنواع أنظمة إدارة مياه الأمطار (LID) قيودٌ على نوع العمليات الفرعية المسموح بها في برنامج SWMM 5. يتميز البرنامج بخاصية تقارير جيدة، حيث يمكن تضمين تقرير ملخص لأنظمة إدارة مياه الأمطار في ملف rpt وملف تقرير خارجي، والذي يعرض عمق السطح، ورطوبة التربة، وعمق التخزين، والتدفق السطحي، والتبخر، والتسرب السطحي، ونفاذية التربة، وتسرب التخزين، والتدفق السطحي الخارجي، وخطأ استمرارية نظام إدارة مياه الأمطار. يمكن أن يوجد أكثر من نظام إدارة مياه أمطار لكل حوض فرعي، ولم تُسجّل أي مشاكل نتيجةً لوجود العديد من الشبكات والعمليات الفرعية المعقدة لأنظمة إدارة مياه الأمطار داخل الأحواض الفرعية لبرنامج SWMM 5، أو أي مشاكل في الاستمرارية لا يمكن حلها باستخدام خطوة زمنية أصغر في علم المياه الرطبة. أنواع أقسام أنظمة إدارة مياه الأمطار في برنامج SWMM 5 هي: التخزين، والصرف السفلي، والسطح، والرصف، والتربة. تحتوي خلية الاحتفاظ الحيوي على أقسام التخزين والصرف السفلي والسطح. يحتوي غطاء خندق التسرب على أقسام التخزين والصرف السفلي والسطح. يحتوي نظام إدارة مياه الأمطار للرصف المسامي على أقسام التخزين والصرف السفلي والرصف. يحتوي برميل تجميع مياه الأمطار على حجرات تخزين وتصريف سفلي فقط، بينما يحتوي نظام إدارة مياه الأمطار ذو المجرى النباتي على حجرة سطحية واحدة. تشترك كل من هذه الأنظمة في عناصر حجرة أساسية مختلفة في برنامج SWMM 5 تُسمى طبقات.

يمكن حل هذه المجموعة من المعادلات عدديًا عند كل خطوة زمنية للجريان السطحي لتحديد كيفية تحويل الرسم البياني للتدفق الداخل إلى وحدة إدارة مياه الأمطار إلى مزيج من الرسم البياني للجريان السطحي، والتخزين تحت السطحي، والتصريف تحت السطحي، والتسرب إلى التربة الأصلية المحيطة. بالإضافة إلى أحواض الزهور على جوانب الطرق والأسطح الخضراء، يمكن استخدام نموذج الاحتفاظ الحيوي الموصوف لتمثيل حدائق المطر عن طريق إزالة طبقة التخزين، وكذلك أنظمة الرصف المسامي عن طريق استبدال طبقة التربة بطبقة رصف.

تستقبل الطبقة السطحية لنظام إدارة مياه الأمطار (LID) مياه الأمطار المباشرة والجريان السطحي من مناطق أخرى. وتفقد هذه الطبقة الماء من خلال تسربه إلى طبقة التربة التي تحتها، وعن طريق النتح والتبخر لأي مياه مخزنة في أحواض التخزين والغطاء النباتي، بالإضافة إلى أي جريان سطحي قد يحدث. تحتوي طبقة التربة على مزيج تربة مُحسّن يدعم نمو النباتات. وتستقبل هذه الطبقة الماء من الطبقة السطحية وتفقده من خلال النتح والتبخر والتسرب إلى طبقة التخزين التي تحتها. تتكون طبقة التخزين من حصى أو حجر خشن مكسر. وتستقبل هذه الطبقة الماء من منطقة التربة التي فوقها وتفقده إما عن طريق تسربه إلى التربة الطبيعية الموجودة أسفلها أو عن طريق تصريفه عبر نظام أنابيب مثقبة تحت الأرض.

جديد اعتبارًا من يوليو 2013 يُعدّ برنامج حاسبة مياه الأمطار الوطنية التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) تطبيقًا مكتبيًا يعمل بنظام ويندوز، ويُقدّر كمية مياه الأمطار السنوية وتواتر جريانها من موقع مُحدد في أي مكان بالولايات المتحدة. ^{[ 17 ]} وتستند التقديرات إلى خصائص التربة المحلية، والغطاء الأرضي، وسجلات هطول الأمطار التاريخية. يستعين البرنامج بالعديد من قواعد البيانات الوطنية التي تُوفّر معلومات عن التربة، والتضاريس، وهطول الأمطار، والتبخر للموقع المُختار. يُدخل المستخدم معلومات حول الغطاء الأرضي للموقع، ويختار أنواع ضوابط التنمية منخفضة التأثير (LID) التي يرغب في استخدامها في الموقع. تتضمن ميزات ضوابط التنمية منخفضة التأثير في برنامج SWMM 5.1.013 ما يلي ضمن أنواع البنية التحتية الخضراء :

• أحواض الزراعة في الشوارع: هي عبارة عن منخفضات تحتوي على نباتات مزروعة في مزيج تربة مُهندس، موضوعة فوق طبقة من الحصى لتصريف المياه. توفر هذه الأحواض تخزينًا وترشيحًا وتبخيرًا لكل من مياه الأمطار المباشرة ومياه الجريان السطحي المُجمّعة من المناطق المحيطة. تتكون أحواض الزراعة في الشوارع من صناديق خرسانية مملوءة بتربة مُهندسة تدعم نمو النباتات. أسفل التربة، توجد طبقة من الحصى توفر مساحة تخزين إضافية. تمتد جدران الحوض من 7.5 إلى 30 سم فوق طبقة التربة للسماح بتجمع المياه داخله. يتراوح سمك طبقة التربة من 15 إلى 60 سم، بينما يتراوح عمق طبقة الحصى من 15 إلى 45 سم. نسبة احتجاز المياه في الحوض هي نسبة مساحته إلى مساحة السطح غير المنفذ الذي يحتجز مياه الجريان السطحي فيه.

• الحدائق المطرية: هي نوع من خلايا الاحتفاظ الحيوي، تتكون من طبقة تربة مُهندسة فقط، دون وجود طبقة حصى أسفلها. ^{[ 18 ]} الحدائق المطرية عبارة عن منخفضات ضحلة مملوءة بمزيج تربة مُهندس يدعم نمو النباتات. تُستخدم عادةً في قطع الأراضي السكنية الفردية لتجميع مياه الأمطار المتدفقة من الأسطح. يتراوح عمق التربة عادةً بين 15 و45 سم. نسبة التجميع هي نسبة مساحة الحديقة المطرية إلى مساحة السطح غير المنفذ الذي تصب فيه المياه.

• الأسطح الخضراء: تُعدّ الأسطح الخضراء نوعًا آخر من أنظمة الاحتفاظ الحيوي، حيث تتكون من طبقة من التربة فوق مادة تصريف خاصة تعمل على تصريف مياه الأمطار الزائدة المتسربة من السطح. تُعرف الأسطح الخضراء (أو الأسطح النباتية) بأنها أنظمة احتفاظ حيوي تُوضع على أسطح المنازل، حيث تقوم بتجميع مياه الأمطار وتخزينها مؤقتًا في وسط زراعي. تتكون هذه الأسطح من نظام متعدد الطبقات مصمم لدعم نمو النباتات والاحتفاظ بالماء لامتصاصه، مع منع تجمع المياه على سطح السقف. يتراوح سمك الوسط الزراعي المستخدم عادةً بين 7.5 و15 سم.

• خنادق الترشيح : هي قنوات ضيقة مملوءة بالحصى، تعمل على اعتراض مياه الجريان السطحي من المناطق غير المنفذة للماء في المناطق المرتفعة. توفر هذه الخنادق حجم تخزين ووقتًا إضافيًا لمياه الجريان السطحي المحتجزة لتتسرب إلى التربة الأصلية في الأسفل.

• الأرصفة النفاذة (PermPave ): أنظمة الأرصفة النفاذة المتصلة ^{[ 19 ]} عبارة عن مناطق محفورة مملوءة بالحصى ومغطاة بطبقة من الخرسانة المسامية أو الأسفلت. أنظمة الكتل المعيارية مشابهة، إلا أنها تستخدم كتل رصف نفاذة. عادةً ما تمر مياه الأمطار مباشرةً عبر الرصيف إلى طبقة تخزين الحصى أسفله، حيث تتسرب بمعدلات طبيعية إلى التربة الأصلية للموقع. يتراوح ارتفاع طبقات الرصف عادةً بين 10 و15 سم، بينما يتراوح ارتفاع طبقة تخزين الحصى عادةً بين 15 و45 سم. نسبة الاستحواذ هي النسبة المئوية للمساحة المعالجة (الشارع أو موقف السيارات) التي يتم استبدالها برصيف نفاذ.
• خزانات تجميع مياه الأمطار: تُستخدم خزانات تجميع مياه الأمطار (أو الصهاريج ) لتجميع مياه الأمطار المتدفقة من الأسطح أثناء العواصف، ويمكن استخدامها إما لتصريفها أو إعادة استخدامها خلال فترات الجفاف. تقوم أنظمة تجميع مياه الأمطار بتجميع مياه الأمطار المتدفقة من الأسطح ونقلها إلى خزان تجميع حيث يمكن استخدامها لأغراض غير الشرب أو للتسريب في الموقع. يُفترض أن يتكون نظام التجميع من عدد محدد من الخزانات ذات الأحجام الثابتة لكل 1000 قدم مربع من مساحة السطح التي يتم تجميع مياهها. يتم سحب المياه من كل خزان بمعدل ثابت، ويُفترض استهلاكها أو تسريبها بالكامل في الموقع.
• الممرات النباتية : هي قنوات أو مناطق منخفضة ذات جوانب مائلة مغطاة بالعشب وأنواع أخرى من النباتات. تعمل هذه الممرات على إبطاء تدفق مياه الأمطار المتجمعة، مما يتيح لها وقتًا أطول للتسرب إلى التربة الأصلية تحتها. أما أحواض التسرب فهي منخفضات ضحلة مملوءة بالعشب أو غيره من النباتات الطبيعية، تعمل على تجميع مياه الأمطار من المناطق المجاورة، مما يسمح لها بالتسرب إلى التربة.
• تُستخدم البرك الرطبة بكثرة لتحسين جودة المياه، وتغذية المياه الجوفية ، والحماية من الفيضانات، وتحسين المظهر الجمالي، أو أي مزيج من هذه الأغراض. وفي بعض الأحيان، تُعوض هذه البرك عن الامتصاص الطبيعي الذي كانت تقوم به الغابات أو غيرها من العمليات الطبيعية التي فُقدت عند تطوير منطقة ما. ولذلك، تُصمم هذه المنشآت لتندمج مع الأحياء السكنية وتُعتبر من المرافق الترفيهية.
• تقوم البرك الجافة بتخزين المياه مؤقتًا بعد العاصفة، ولكنها في النهاية تفرغ بمعدل متحكم فيه إلى مسطح مائي في اتجاه مجرى النهر.
• تتحكم المرشحات الرملية عمومًا في جودة مياه الجريان السطحي، مع توفير تحكم محدود جدًا في معدل التدفق. ^{[ 20 ]} يتكون نظام المرشح الرملي النموذجي من حجرتين أو ثلاث حجرات أو أحواض. الأولى هي حجرة الترسيب، التي تزيل المواد الطافية والرواسب الثقيلة. والثانية هي حجرة الترشيح، التي تزيل الملوثات الإضافية عن طريق ترشيح مياه الجريان السطحي عبر طبقة رملية. أما الثالثة فهي حجرة التصريف. يُعد خندق الترشيح أحد أفضل ممارسات الإدارة (BMP) المستخدمة لإدارة جريان مياه الأمطار، ومنع الفيضانات والتآكل في اتجاه المصب، وتحسين جودة المياه في نهر أو مجرى مائي أو بحيرة أو خليج مجاور. وهو عبارة عن خندق ضحل محفور مملوء بالحصى أو الحجر المكسر، مصمم لترشيح مياه الأمطار عبر التربة النفاذة إلى طبقة المياه الجوفية.
• شريط الترشيح النباتي هو نوع من الأشرطة العازلة، وهو عبارة عن منطقة مغطاة بالنباتات، عادةً ما تكون ضيقة وطويلة، تعمل على إبطاء معدل جريان المياه السطحية، مما يسمح بإزالة الرواسب والمواد العضوية والملوثات الأخرى التي تحملها المياه عن طريق الترسيب. تقلل أشرطة الترشيح من التعرية وما يصاحبها من تلوث في المجاري المائية، ويمكن اعتبارها من أفضل الممارسات الإدارية.

تشمل المفاهيم الأخرى المشابهة لمفهوم إدارة مياه الأمطار (LID) حول العالم أنظمة الصرف المستدام (SUDS). تقوم فكرة أنظمة الصرف المستدام على محاكاة الأنظمة الطبيعية التي تستخدم حلولاً فعالة من حيث التكلفة وذات تأثير بيئي منخفض لتصريف المياه الملوثة ومياه الأمطار السطحية من خلال تجميعها وتخزينها وتنظيفها قبل السماح بإطلاقها ببطء مرة أخرى في البيئة، مثل المجاري المائية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن محاكاة الخصائص التالية باستخدام ميزات برنامج SWMM 5 ( برك التخزين ، والتسرب ، والفتحات، والسدود ، والتسرب والتبخر من القنوات الطبيعية): الأراضي الرطبة المُنشأة ، والبرك الرطبة ، والبرك الجافة ، وأحواض الترشيح، ومرشحات الرمل غير السطحية ، وشرائط الترشيح النباتية ، وشرائط الترشيح النباتية وأحواض الترشيح. تُعدّ الحديقة الرطبة مزيجًا من البرك الرطبة والجافة وخصائص إدارة مياه الأمطار. كما تُعتبر الحديقة الرطبة أرضًا رطبة مُنشأة.

تتضمن المكونات الرئيسية لبرنامج SWMM من الإصدار 5.0.001 إلى 5.1.022 مقاييس الأمطار، ومستجمعات المياه ، وعناصر التحكم في إدارة مياه الأمطار (LID) أو خصائص أفضل ممارسات الإدارة (BMP) مثل البرك الرطبة والجافة، والعُقد، والروابط، والملوثات، واستخدامات الأراضي، والأنماط الزمنية، والمنحنيات، والسلاسل الزمنية، وعناصر التحكم، والقطاعات العرضية، والخزانات الجوفية، ووحدات الهيدروغراف، وذوبان الثلوج، والأشكال (الجدول 3). ومن العناصر الأخرى ذات الصلة أنواع العُقد وأشكال الروابط. يهدف البرنامج إلى محاكاة المكونات الرئيسية للدورة الهيدرولوجية ، والمكونات الهيدروليكية لشبكة الصرف الصحي أو مياه الأمطار، ووظائف التراكم/الانجراف التي تسمح بمحاكاة مكونات جودة المياه. تبدأ محاكاة مستجمعات المياه بسجل زمني لهطول الأمطار. يحتوي برنامج SWMM 5 على العديد من أنواع الأنابيب والقنوات المفتوحة والمغلقة: وهمية، دائرية، دائرية مملوءة، مستطيلة مغلقة، مستطيلة مفتوحة، شبه منحرفة، مثلثية، قطع مكافئ، دالة قوة، مثلث مستطيل، مستطيل مستدير، مقبض سلة معدل، قطع ناقص أفقي، قطع ناقص رأسي، قوس، بيضاوي الشكل، حدوة حصان، قوطي، سلسلة، نصف بيضاوي، مقبض سلة، نصف دائري، غير منتظم، مخصص، وخط ضخ رئيسي.

العناصر الرئيسية أو مكونات الهيدرولوجيا والهيدروليكا في برنامج SWMM 5 هي:

1. مقياس المطر GAGE
2. حوض فرعي
3. عقدة نظام نقل العقدة
4. نظام النقل LINK
5. ملوث
6. استخدام الأراضي فئة استخدام الأراضي
7. نمط زمني، نمط تدفق الطقس الجاف
8. جدول القيم العام للمنحنى
9. سلسلة زمنية عامة للقيم TSERIES
10. قواعد التحكم في نقل التحكم في النظام
11. اجتياز المقطع العرضي غير المنتظم للقناة
12. طبقة المياه الجوفية
13. الرسم البياني للوحدة UNITHYD RDII
14. مجموعة معلمات ذوبان الثلج SNOWMELT
15. شكل قناة مخصصة
16. وحدات علاج LID LID

تُستدعى المكونات الرئيسية في ملف إدخال SWMM 5 وشفرة C لمحرك المحاكاة: مقياس، ومصيد فرعي، وعقدة، ووصلة، وتلوث، واستخدام أرضي، ونمط زمني، ومنحنى، وسلسلة زمنية، وتحكم، ومقطع عرضي، وخزان جوفي، ووحدة هيدرات، وذوبان ثلجي، وشكل، وغطاء. وتشمل المجموعات الفرعية للعقد الممكنة: مفترق طرق، ومصب، وتخزين، وفاصل. وتكون عقد التخزين إما جدولية بجدول عمق/مساحة أو بعلاقة وظيفية بين المساحة والعمق. وتشمل تدفقات العقد الممكنة: تدفق خارجي، وتدفق طقس جاف، وتدفق طقس رطب، وتدفق مياه جوفية، وتدفق rdii، وتدفق تدفق، وتدفق تركيز، وتدفق كتلة. ويمكن أن تشمل أنماط تدفقات الطقس الجاف: نمط شهري، ونمط يومي، ونمط ساعي، ونمط نهاية الأسبوع.

تتيح بنية مكونات برنامج SWMM 5 للمستخدم اختيار مكونات الهيدرولوجيا والهيدروليكا الرئيسية التي يتم استخدامها أثناء المحاكاة:

1. خيارات هطول الأمطار/الجريان السطحي مع التسرب: هورتون، هورتون المعدل، جرين أمبت، ورقم المنحنى
2. RDII
3. جودة المياه
4. المياه الجوفية
5. ذوبان الثلوج
6. توجيه التدفق مع خيارات التوجيه: الحالة المستقرة، والموجة الحركية، والموجة الديناميكية

يمكن لمحول SWMM 3 وSWMM 4 تحويل ما يصل إلى ملفين من الإصدارات السابقة SWMM 3 و4 إلى SWMM 5 في وقت واحد. عادةً ما يتم تحويل ملف Runoff وTransport إلى SWMM 5، أو ملف Runoff وExtran إلى SWMM 5. في حال وجود شبكة Runoff وTransport وExtran مدمجة من SWMM 4، فسيتعين تحويلها على أجزاء، ثم نسخ مجموعتي البيانات ولصقهما معًا لإنشاء مجموعة بيانات واحدة لـ SWMM 5. ملف إحداثيات x وy ضروري فقط في حال عدم وجود إحداثيات x وy في سطر D1 من مجموعة بيانات الإدخال Extran لـ SWMM 4. يمكن استخدام الأمر File => Define Ini File لتحديد موقع ملف ini . سيحفظ ملف ini ملفات بيانات الإدخال ومجلداتها لمشروع التحويل.

ملفات SWMMM3 وSWMM 3.5 ذات تنسيق ثابت، بينما ملفات SWMM 4 ذات تنسيق حر. سيكتشف المحول إصدار SWMM المستخدم. يمكن دمج الملفات المحولة باستخدام محرر نصوص لدمج ملفات الإدخال الناتجة.

أداة تعديل المناخ لنموذج إدارة مياه الأمطار (SWMM-CAT) ^{[ 10 ]} هي إضافة جديدة إلى برنامج SWMM5 (ديسمبر 2014). وهي أداة برمجية سهلة الاستخدام تُمكّن من دمج توقعات تغير المناخ المستقبلية في نموذج إدارة مياه الأمطار (SWMM). وقد تم تحديث SWMM مؤخرًا ليقبل مجموعة من عوامل التعديل الشهرية لكل سلسلة زمنية، والتي يمكن أن تُمثل تأثير التغيرات المستقبلية في الظروف المناخية. توفر SWMM-CAT مجموعة من التعديلات الخاصة بكل موقع، والمستمدة من نماذج تغير المناخ العالمية التي يتم تشغيلها كجزء من أرشيف المرحلة الثالثة من مشروع مقارنة النماذج المناخية المترابطة (CMIP3) التابع لبرنامج أبحاث المناخ العالمي (WCRP) (الشكل 4). تُضيف SWMM-CAT تعديلات تغير المناخ الخاصة بكل موقع إلى ملف مشروع نموذج إدارة مياه الأمطار (SWMM). ويمكن تطبيق التعديلات شهريًا على درجة حرارة الهواء، ومعدلات التبخر، والهطول، بالإضافة إلى عاصفة التصميم لمدة 24 ساعة بفترات تكرار مختلفة. مصدر هذه التعديلات هو نماذج تغير المناخ العالمية التي تم تشغيلها كجزء من أرشيف المرحلة الثالثة من مشروع مقارنة النماذج المناخية المترابطة التابع لبرنامج أبحاث المناخ العالمي (WCRP). وقد تم توليد نتائج مُصغّرة من هذا الأرشيف وتحويلها إلى تغييرات مقارنةً بالقيم التاريخية بواسطة مشروع CREAT التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية (USEPA). ^{[ 21 ]}

تُستخدم الخطوات التالية لاختيار مجموعة من التعديلات لتطبيقها على برنامج SWMM5:

1) أدخل إحداثيات خطوط الطول والعرض للموقع إن توفرت، أو الرمز البريدي المكون من 5 أرقام. سيعرض برنامج SWMM-CAT نطاقًا من نتائج تغير المناخ لأقرب نتائج CMIP3 إلى الموقع.

٢) حدد ما إذا كنت ترغب في استخدام توقعات تغير المناخ بناءً على فترة توقعات قصيرة المدى أو طويلة المدى. سيتم تحديث نتائج تغير المناخ المعروضة لتعكس الخيار الذي اخترته.

3) اختر نتيجة تغير المناخ لحفظها في SWMM. تتوفر ثلاثة خيارات تغطي نطاق النتائج التي تنتجها نماذج المناخ العالمية المختلفة المستخدمة في مشروع CMIP3. تمثل نتيجة "حار/جاف" نموذجًا كان متوسط ​​تغير درجة حرارته مرتفعًا ومتوسط ​​تغير هطول الأمطار فيه منخفضًا مقارنةً بجميع توقعات النماذج الأخرى. أما نتيجة "دافئ/رطب" فتمثل نموذجًا كان متوسط ​​تغير درجة حرارته منخفضًا ومتوسط ​​تغير هطول الأمطار فيه مرتفعًا. بينما تمثل نتيجة "متوسط" نموذجًا كانت تغيرات درجة حرارته وهطول الأمطار فيه أقرب ما يكون إلى متوسط ​​جميع النماذج.

٤) انقر على رابط "حفظ التعديلات في SWMM" لفتح نافذة حوار تتيح لك اختيار ملف مشروع SWMM موجود لحفظ التعديلات فيه. كما تتيح لك النافذة تحديد نوع التعديلات المراد حفظها (درجة الحرارة الشهرية، التبخر، هطول الأمطار، أو عاصفة التصميم لمدة ٢٤ ساعة). يتم تحويل وحدات درجة الحرارة والتبخر تلقائيًا بناءً على نظام الوحدات (النظام الأمريكي أو النظام الدولي للوحدات) المُكتشف في ملف SWMM.

تشمل البرامج الخارجية الأخرى التي تُساعد في توليد البيانات لنموذج SWMM 5 التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية: SUSTAIN ^{[ 22 ]} ، وBASINS ^{[ 23 ]} ، وSSOAP ^{[ 24 ]} ، وحاسبة مياه الأمطار الوطنية التابعة لوكالة حماية البيئة (SWC) ^{[ 17 ]} ، وهي تطبيق مكتبي يُقدّر كمية مياه الأمطار السنوية وتواتر الجريان السطحي من موقع مُحدد في أي مكان في الولايات المتحدة (بما في ذلك بورتوريكو). وتستند هذه التقديرات إلى خصائص التربة المحلية، والغطاء الأرضي، وسجلات هطول الأمطار التاريخية (الشكل 5).

يُستخدم محرك SWMM5 في العديد من حزم البرامج، بما في ذلك العديد من حزم البرامج التجارية. ومن بين هذه الحزم:

• h3O من Aqualyze ^{[ 25 ]}
• SewerGEMS من بنتلي ^{[ 25 ]}
• StormNET من BOSS ^{[ 25 ]}
• PCSWMM بواسطة CHI ^{[ 25 ]}
• مايك أوربان من إنتاج دي إتش آي ^{[ 25 ]}
• InfoSWMM من شركة Innovyze ^{[ 25 ]}
• xpswmm من شركة XP Software ^{[ 25 ]}
• PySWMM بواسطة OWA ^{[ 26 ]}
• GeoSWMM من Utilian ^{[ 27 ]}

• نموذج قوات التدخل السريع
• نموذج التحميل والتخفيف التجريبي العشوائي – نموذج جودة مياه الأمطار 
• وافليكس - نموذج للأنهار 
• علم المياه – علم حركة المياه وتوزيعها وجودتها على الأرض 
• الهيدروليكا – الهندسة التطبيقية التي تشمل السوائل 
• الجريان السطحي – تدفق مياه الأمطار الزائدة التي لا تتسرب إلى باطن الأرض فوق سطحها 
• الهطول (علم الأرصاد الجوية) - بخار الماء المتكثف الذي يسقط من السحب. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• الرطوبة السابقة
• النتح والتبخر – عمليات طبيعية لحركة الماء ضمن دورة الماء 
• إيبانيت – برنامج نمذجة أنظمة توزيع المياه 
• هطول الأمطار – شكل الهطول. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه. 
• نموذج النقل الهيدرولوجي – نوع من النماذج الرياضية 
• المحاكاة الحاسوبية – عملية نمذجة رياضية تُجرى على جهاز حاسوب 
• تلوث المياه – تلوث المسطحات المائية 
• جودة المياه – تقييمها وفقًا لمعايير الاستخدام 
• هيدرولوجيا المياه السطحية – فرع من فروع الهيدرولوجيا يهتم بالمياه الموجودة فوق سطح الأرض 

• تنزيل برنامج EPA SWMM 5.2
• حاسبة مياه الأمطار الوطنية التابعة لوكالة حماية البيئة - تعتمد على برنامج SWMM 5
• "ما هي إدارة مياه الأمطار ولماذا هي مهمة؟" . شركة استشارات بيئية متخصصة . 31 يناير 2018. تاريخ الاطلاع: 11 ديسمبر 2023 .