thumb|Modèle de gestion des eaux pluviales, Storm Water Management Model (EPA SWMM)
Le modèle de gestion des eaux pluviales, Storm Water Management Model (SWMM) est un logiciel de modélisation hydraulique. Il a été développé entre 1969 et 1971 par l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA). Cet outil permet d'analyser et de concevoir les réseaux de drainage urbain, il est adapté à la gestion des eaux pluviales et des inondations en milieu urbain. Il inclut un modèle de simulation dynamique des précipitations, du ruissellement, de la quantité et de la qualité des eaux de surface.
Histoire Le logiciel SWMM a été développé pour la première fois entre 1969 et 1971. Il a subi plusieurs mises à niveau majeures depuis ces années. Les principales mises à niveau ont été : (1) Version 2 entre 1973 et 1975, (2) Version 3 entre 1979 et 1981, (3) Version 4 entre 1985 et 1988 et (4) Version 5 entre 2001 et 2004. Une liste des principaux changements et des changements survenus après 2004 est présentée dans le tableau 1. L'édition actuelle de SWMM, la version 5.2.3, est une réécriture complète des versions précédentes en Fortran, cette fois-ci en langage de programmation C. Le code de SWMM5 est open source et appartient au domaine public, il peut être téléchargé à partir du site Web de l'EPA . L'historique des mises à jour de SWMM 5, depuis la version originale SWMM 5.0.001 jusqu'à la version actuelle SWMM 5.2.3 peut être consulté sur le site Web de l'EPA.
SWMM 5 a été approuvé par la page d'approbation du modèle FEMA en . SWMM 5 est utilisé comme moteur de calcul pour de nombreux packages de modélisation (voir la section Plateforme SWMM 5 de cet article) et certains composants de SWMM5 se trouvent dans d'autres packages de modélisation (voir la section Fournisseur SWMM 5 de cet article). +Table 1. EPASWMM HistoryRelease DateVersionsDevelopersFEMA ApprovalLID ControlsMajor Release08/07/2023SWMM 5.2.4EPAYesYes03/03/2023SWMM 5.2.3EPAYesYes12/01/2022SWMM 5.2.2EPAYesYes08/11/2022SWMM 5.2.1EPAYesYes02/01/2022SWMM 5.2EPAYesYesYes07/20/2020SWMM 5.1.015EPAYesYes02/18/2020SWMM 5.1.014EPAYesYesYes08/09/2018SWMM 5.1.013EPAYesYesYes03/14/2017SWMM 5.1.012EPAYesYesYes08/22/2016SWMM 5.1.011EPAYesYesYes08/20/2015SWMM 5.1.010EPAYesYesYes04/30/2015SWMM 5.1.009EPAYesYesYes04/17/2015SWMM 5.1.008EPAYesYes10/09/2014SWMM 5.1.007EPAYesYes06/02/2014SWMM 5.1.006EPAYesYes03/27/2014SWMM 5.1.001EPAYesYes04/21/2011SWMM 5.0.022EPAYesYes08/20/2010SWMM 5.0.019EPAYesYes03/19/2008SWMM 5.0.013EPAYesYes08/17/2005SWMM 5.0.005EPA, CDMYesNo11/30/2004SWMM 5.0.004EPA, CDMNoNo11/25/2004SWMM 5.0.003EPA, CDMNoNo10/26/2004SWMM 5.0.001EPA, CDMNoNo2001–2004SWMM5EPA, CDMNoNo1988–2004SWMM4UF, OSU, CDMNoNo1981–1988SWMM3UF, CDMNoNo1975–1981SWMM2UFNoNo1969–1971SWMM1UF, CDM, M&ENoNo
Description du programme Le modèle de gestion des eaux pluviales de l'EPA (SWMM) est un modèle de simulation dynamique de l'écoulement des eaux de pluie utilisé pour la simulation d'un événement unique ou à long terme (en continu) de la quantité et de la qualité des eaux de ruissellement provenant principalement de zones urbaines. La composante ruissellement de SWMM est calculée sur un ensemble de sous-bassins versants qui reçoivent des précipitations et génèrent du ruissellement et des polluants. SWMM suit la quantité et la qualité des eaux de ruissellement générées dans chaque sous-bassin versant, ainsi que le débit, la hauteur d'eau dans les conduites et la qualité de l'eau dans chaque tronçon au cours du temps.
SWMM prend en compte divers processus hydrologiques qui produisent du ruissellement dans les zones urbaines. Ceux-ci incluent :
les précipitations variables dans le temps l'évaporation de l'eau de surface stagnante l'accumulation et la fonte de la neige l'interception des précipitations par le stockage de dépression l'infiltration des précipitations dans les couches de sol non saturées la percolation de l'eau infiltrée dans les couches de nappe phréatique l'écoulement interstitiel entre la nappe phréatique et le système de drainage le routage par réservoir non linéaire de l'écoulement de surface l'utilisation de méthodes compensatoires (LID) pour limiter les écoulements de surface en milieu urbain.
Le logiciel SWMM contient également un ensemble flexible de capacités de modélisation hydraulique utilisées pour acheminer le ruissellement et les apports externes à travers un réseau urbain. Les capacités hydrauliques du logiciel sont les suivantes :
gestion de réseaux de taille illimitée· grande variété de formes de conduites fermées et ouvertes standard ainsi que des canaux naturels modélisation des éléments spécifiques tels que des unités de stockage/traitement, des diviseurs de flux, des pompes, des déversoirs et des orifices prise en compte des apports externes et des entrées de qualité d'eau provenant du ruissellement de surface, de l'écoulement interstitiel de la nappe phréatique, des infiltrations/influx dépendants des précipitations, des écoulements sanitaires en période sèche et des apports définis par l'utilisateur méthodes de routage des flux par onde cinématique ou par onde dynamique complète modélisation de divers régimes d'écoulement, tels que les contre-courants, les refoulements, les flux inversés et les étangs de surface· application de règles de contrôle dynamiques définies par l'utilisateur pour simuler le fonctionnement des pompes, des ouvertures d'orifices et des niveaux de crête des déversoirs.
La variabilité spatiale de tous ces processus est obtenue en divisant la zone d'étude en plusieurs sous-ensemble, les sous-bassins versants. Chacune de ces sous-catégories contenant sa propre fraction de zones perméables et imperméables. Les écoulements de surface peuvent être acheminés entre les sous-bassins ou entre les points d'entrée d'un système de drainage.
EPA SWMM est un logiciel du domaine public qui peut être librement copié et distribué. Le domaine public de SWMM 5 comprend le code moteur en C et le code de l'interface graphique SWMM 5 en Delphi. Le code en C et le code Delphi peuvent être facilement modifiés et re-compilés par des étudiants et des professionnels.
alt=|centré|vignette|700x700px| Figure 1. Interface utilisateur graphique de simulation du modèle SWMM 5
Modèle conceptuel de SWMM SWMM conceptualise un système de drainage comme une série de flux d'eau et de matériaux entre plusieurs compartiments environnementaux majeurs. Ces compartiments et les objets SWMM qu'ils contiennent incluent :
Le compartiment de l'atmosphère, à partir duquel les précipitations tombent et les polluants sont déposés sur le compartiment de la surface terrestre (voir après). SWMM utilise l'objet "Pluviomètre" pour représenter les apports de précipitations dans le système. Ces objets peuvent utiliser des séries temporelles, des fichiers texte externes ou des fichiers de données pluviométriques de la NOAA. Grâce à l'extension SWMM-CAT pour SWMM5, le changement climatique peut désormais être simulé en modifiant la température, l'évaporation ou les précipitations.
Le compartiment de la surface terrestre, qui est représenté par un ou plusieurs objets de sous-bassins. Il reçoit des précipitations du compartiment Atmosphère sous forme de pluie ou de neige ; il envoie des écoulements sous forme d'infiltration vers le compartiment des nappes souterraines ainsi que sous forme de ruissellement de surface et de charges polluantes vers le compartiment de transport. Les contrôles de développement à faible impact (LID) font partie des sous-bassins et permettent de représenter le stockage, l'infiltration ou l'évaporation.
Le compartiment des nappes souterraines reçoit l'infiltration du compartiment de la surface terrestre et transfère une partie de cet apport au compartiment de transport. Ce compartiment est modélisé à l'aide des objets "Aquifères". La connexion avec le compartiment de transport peut être une frontière statique ou une profondeur dynamique dans les canaux. Les liens dans le compartiment de transport incluent désormais également des fonctions de suintement et d'évaporation.
Le compartiment de transport contient les éléments relatifs au réseau de drainage urbain (canaux, tuyaux, pompes et régulateurs) et des unités de stockage ou traitement qui transportent l'eau vers des exutoires ou des installations de traitement. Les apports à ce compartiment peuvent provenir du ruissellement de surface, des inter-flux des nappes souterraines ou de courbes de débit définies par l'utilisateur. Les composants du compartiment de transport sont modélisés avec des objets "Nœuds" et "Liens".
Tous les compartiments ne doivent pas nécessairement apparaître dans un modèle SWMM. Par exemple, il est possible de modéliser uniquement le compartiment de transport en utilisant des courbes de débit pré-définies comme entrées. Si le routage des ondes cinématiques est utilisé, les nœuds n'ont pas besoin de contenir un exutoire.
Paramètres du modèle Les paramètres de modèle simulés pour les sous-bassins comprennent la rugosité de la surface étudiée, le stockage dans les dépressions, la pente, la longueur du chemin d'écoulement et les données relatives à l'infiltration.
Dans le cas de l'infiltration, différents paramètres sont à implémenter en fonction de la méthode choisie : Horton : taux max/min et constante de décroissance ; Green-Ampt : conductivité hydraulique, déficit initial en humidité et hauteur de succion ; Soil Conservation Service (SCS) : curve number ;
Dans l'ensemble des cas, le temps nécessaire pour que le sol saturé se vide complètement est à renseigner.
Pour les conduites, il faut définir la rugosité (coefficient de Manning, n), la longueur de chaque tronçon et la forme de l'orifice.
Les autres paramètres principaux d'entrée pour les sous-bassins incluent : Pluviomètre assigné. Nœud ou sous-bassin de sortie et fraction d'acheminement. Usages des sols assignés. Surface tributaire. Pourcentage d'imperméabilité et pourcentage de zones imperméables à zéro stockage. Pente. Largeur caractéristique de l'écoulement de surface. Rugosité de Manning pour l'écoulement de surface dans les zones perméables et imperméables. Stockage dans les dépressions pour les zones perméables et imperméables. Pourcentage de la zone imperméable sans stockage dans les dépressions. Paramètres d'infiltration. Couverture de neige. Paramètres des eaux souterraines. Paramètres LID pour chaque contrôle LID utilisé.
Les pluviomètres dans SWMM5 fournissent des données de précipitations pour une ou plusieurs zones de sous-bassins dans une région d'étude. Les données de précipitations peuvent être soit une série temporelle définie par l'utilisateur, soit provenir d'un fichier externe. Plusieurs formats de fichiers de précipitations populaires actuellement en usage sont pris en charge, ainsi qu'un format standard défini par l'utilisateur. Les principales propriétés d'entrée des pluviomètres incluent : Type de données pluviométriques (par exemple, intensité, volume ou volume cumulé). Intervalle de temps d'enregistrement (par exemple, horaire, toutes les 15 minutes, etc.). Source des données pluviométriques (série temporelle d'entrée ou fichier externe). Nom de la source des données pluviométriques.
Composantes principales du logiciel Les principaux objets ou composantes hydrologiques et hydrauliques de SWMM 5 sont :
GAGE : pluviomètre SUBCATCH : sous-bassin NODE : nœud du système de transport LINK : lien du système de transport POLLUT : polluant LANDUSE : catégorie d'occupation du sol TIMEPATTERN : modèle temporel pour l’écoulement en période sèche CURVE : tableau générique de valeurs TSERIES : série temporelle générique de valeurs CONTROL : règles de contrôle du système de transport TRANSECT : section transversale irrégulière AQUIFER : aquifère souterrain UNITHYD : hydrogramme unitaire RDII SNOWMELT : ensemble de paramètres pour la fonte des neiges SHAPE : forme de conduit personnalisée