SWMM5_NR_ITERATIVE Fortran Routine from 2004

      SUBROUTINE SWMM5_NR_ITERATIVE
C EXTRAN BLOCK test for SWMM 5 beta solution - 12/12/2002
      INCLUDE 'TAPES.INC'
      INCLUDE 'STIMER.INC'
      INCLUDE 'BD.INC'
      INCLUDE 'BND.INC'
      INCLUDE 'HYFLOW.INC'
      INCLUDE 'CONTR.INC'
      INCLUDE 'JUNC.INC'
      INCLUDE 'PIPE.INC'
      INCLUDE 'TIDE.INC'
      INCLUDE 'OUT.INC'
      INCLUDE 'ORF.INC'
      INCLUDE 'WEIR.INC'
      INCLUDE 'FLODAT.INC'
      DOUBLE PRECISION AKON,QNEW,DELQ1,DELQ2,DELQ3,DELQ4,DELQ5
DIMENSION        AS1(NEE)
DOUBLE PRECISION df,f,n_omega
integer          good_nodes
C=======================================================================
C     STORE OLD TIME STEP FLOW VALUES
C=======================================================================
DO  N        = 1,NTL
      QO(N)        = Q(N)
      AT(N)        = A(N)
      VT(N)        = V(N)
enddo
C=======================================================================
C     INITIALIZE CONTINUITY PARAMETERS
C=======================================================================
DO J            = 1,NJ
if(othercom(63).eq.1) then
                     Y(J)      = Y(J) + 0.5 * ( YEX2(J) - 
     +                                  YEX1(J) + YEX1(J) - YO(J))
                     IF(Y(J).LT.FUDGE)      Y(J)=FUDGE
                     IF(Y(J).GT.SURELEV(J)) Y(J)=SURELEV(J)-Z(J)
                     yex2(j)   = yex1(j)
                     yex1(j)   = YO(j)
                     endif
cred  beginning time step value of the node area
asold(j)    = as(j)
      YO(J)       = Y(J) 
      GoodNode(j) = .FALSE.
enddo
good_nodes  = 0
      omega       = input_omega
      n_omega     = node_omega
loop_count  = 0
C=======================================================================
C     HALF-STEP AREA, RADIUS : VELOCITY
C     FULL-STEP FLOW
C=======================================================================
big_loop:  DO while(good_nodes.lt.nj.and.loop_count.le.itmax)
loop_count = loop_count + 1
      if(loop_count.ge.itmax-5) then
        omega   = 0.50 * omega
        n_omega = 0.50 * n_omega 
        endif

DO J           = 1,NJ
      AS(J)          = AMEN
      AS1(J)         = 0.0
      SUMQ(J)        = QIN(J)
      SUMQS(J)       = QIN(J)
      SUMAL(J)       = 0.0
enddo
CIM   FIRST COMPUTE GATED ORIFICE PARAMETERS
      CALL OGATES(DELT,Y,V)
c
      flow_loop: DO    N      = 1,NTC
      NL            = NJUNC(N,1)
      NH            = NJUNC(N,2)
C=======================================================================
      H(N,1)   = AMAX1(Y(NL) + Z(NL),ZU(N))
      H(N,2)   = AMAX1(Y(NH) + Z(NH),ZD(N))
      CALL nhead(N,NL,NH,H(N,1),H(N,2),Q(N),A(N),V(N),HRAD,
     +           ANH,ANL,RNL,RNH,YNL,YNH,width,IDOIT,LINK(N),AS1)
cred  bypass loop for nodes already converged
      bypass_loop: if(loop_count.gt.2.and.
     +  goodnode(nl).eq..TRUE..and.goodnode(nh).eq..TRUE.) then
bypass = bypass + 1.0
else
IF(HRAD.GT.HMAX(N)) HMAX(N) = HRAD
      IF(A(N).GT.AMAX(N)) AMAX(N) = A(N)
cred  save information for the culvert classification
      HRLAST(N)  = HRAD 
vup(n)     = anl
vdn(n)     = anh
if(loop_count.eq.1) then
                   aup(n)   = anl
                   rup(n)   = rnl
                   rmd(n)   = hrad
                   endif
      positive_flow: IF(IDOIT.gt.0) THEN
c
c       Q/ANH = velocity at downstream end used for exit loss
c       Q/ANL = velocity at upstream end used for entrance loss
c       The loss = 1/2*K*V^2/g is factored into momentum
c       equation similarly to the friction slope
c       The loss momentum term = g*A*[1/2*K*V^2/g]
c                              = g*A*[1/2*K*Q/A*Q/A/g]
C                               =g  *[1/2*K*|Q*A|  /g] * Q
C                               =    [1/2*K*|Q*A|    ] * Q
c       DELQ5 is sum of losses
c
cred  calculate the froude number for every conduit
c
      DELH      = H(N,1) - H(N,2)
      DELZP     = ZU(N)  - ZD(N)
      DIFF_mid  = 0.5 * (H(N,1) - ZU(N) + H(N,2) - ZD(N))
      IF(DIFF_mid.GT.0.0) THEN
           FROUDE_MID = ABS(Q(N))/A(N)/SQRT(GRVT*(DIFF_mid))
                  ELSE
           FROUDE_MID = 0.0
           ENDIF
      bfactor = 0.0
if(FROUDE_MID.ge.1.0) THEN
           bfactor = 0.0
           elseif(froude_mid.gt.0.9) then
bfactor = 1.0 - (10.0*FROUDE_MID-9.0)
           endif
cred  test for zero sloped conduits
      if(delzp.eq.0.0)     then
                    del_ratio   = delh/0.001
                    else
                    del_ratio   = delh/delzp
                    endif
cred  swmm 4 definition for normal flow
      if(del_ratio.le.1.0) then 
                    delfactor = 0.0
cred                       swmm 5 transition definition
                    else if(del_ratio.gt.1.10) then
delfactor = 1.0
                    else
                    delfactor = 10.0 * (del_ratio-1.0)
                      endif
      DELQ5          = 0.0
      IF(ANH.NE.0.0)   DELQ5 = DELQ5 + 0.5 * ABS(Q(N)/ANH)*ENTK(N)
      IF(ANL.NE.0.0)   DELQ5 = DELQ5 + 0.5 * ABS(Q(N)/ANL)*EXITK(N)
      IF(A(N).NE.0.0)  DELQ5 = DELQ5 + 0.5 * ABS(Q(N)/A(N))*OTHERK(N)
      DELQ5 =  DELQ5 * DELT/LEN(N)
c
      DELQ4  = DELT*V(N)*(ANH-ANL)/A(N)/LEN(N)                                          
cred  the mean area travels from the midpoint to the upstream area
cred  as the value of delh/delzp changes
      area_mean =  wt*anl + wd*aup(n)  + ( wt*a(n) + wd*at(n) - 
     +             wt*anl - wd*aup(n)) *   delfactor

      DELQ2  = DELT*GRVT*area_mean*((H(N,2) - H(N,1)))/LEN(N)
      DELQ3  = 2.0*(A(N)-AT(N))/A(N)
cred  the mean hydraulic radius travels from the midpoint to the 
cred  upstream hydraulic radius as the value of delh/delzp changes
      hrad_mean =  wt*rnl + wd*rup(n)  + ( wt*hrad + wd*rmd(n) - 
     +             wt*rnl - wd*rup(n)) *   delfactor
      DELQ1  = DELT*(ROUGH(N)/hrad_mean**1.33333)*ABS(V(N))

QNEW  = QO(N) - delq2
      AKON  = DELQ1 + DELQ5 - delq4*bfactor - DELQ3*bfactor
cred  Newton-Raphson iteration
      F         = Q(N) * ( 1.0 + akon) - qnew
DF        = 1.0 + akon
Q(N)      = Q(N) - omega*f/df
      DQDH      = 1.0/(1.0+AKON)*GRVT*DELT*A(N)/LEN2(N)
dqdh_old(n) = dqdh
C=======================================================================
C     DO NOT ALLOW A FLOW REVERSAL IN ONE TIME STEP
C=======================================================================
      DIRQT = SIGN(1.0,QO(N))
      DIRQ  = SIGN(1.0,Q(N))
      IF(DIRQT/DIRQ.LT.0.0) Q(N) = 0.001*DIRQ

v(n)   = q(n)/A(N)
C=======================================================================
C     COMPUTE CONTINUITY PARAMETERS
C=======================================================================
      SELECT CASE (INGATE(N))
      CASE (1)
      Q(N) = AMAX1(Q(N),0.0)
      CASE (2)
      Q(N) = AMIN1(Q(N),0.0)
      END SELECT

      IF (NKLASS(N).LE.21) THEN
                      Q(N) = AMAX1(STHETA(N),Q(N))
                           Q(N) = AMIN1(SPHI(N),Q(N))
                    ENDIF
endif positive_flow
      endif bypass_loop
      SUMQS(NL) = SUMQS(NL) - Q(N)*barrels(n)
      SUMAL(NL) = SUMAL(NL) + dqdh_old(n)*barrels(n)
      SUMQS(NH) = SUMQS(NH) + Q(N)*barrels(n)
      SUMAL(NH) = SUMAL(NH) + dqdh_old(n)*barrels(n)

      SUMQ(NL)   = SUMQ(NL)  - WT*Q(N)*barrels(n)  - WD*QO(N)*barrels(n)   
      SUMQ(NH)   = SUMQ(NH)  + WT*Q(N)*barrels(n)  + WD*QO(N)*barrels(n) 
      ENDDO  flow_loop
C=======================================================================
C     SET FULL STEP OUTFLOWS AND INTERNAL TRANSFERS
C=======================================================================
      CALL BOUND(Y,Y,Q,TIME,DELT)
C=======================================================================
      N1       = NTC+1
      DO 370 N = N1,NTL
      NL       = NJUNC(N,1)
      NH       = NJUNC(N,2)
      IF(ABS(Q(N)).LT.1E-10) Q(N) = 0.0
C=======================================================================
      SUMQ(NL)  = SUMQ(NL)  - WT*Q(N)*barrels(n)  - WD*QO(N)*barrels(n) 
      SUMQS(NL) = SUMQS(NL) - Q(N)*barrels(n)    
      IF(NH.NE.0) THEN
         SUMQ(NH)  = SUMQ(NH) + WT*Q(N)*barrels(n) + WD*QO(N)*barrels(n) 
         SUMQS(NH) = SUMQS(NH) + Q(N)*barrels(n)    
         ENDIF
  370 CONTINUE
C=======================================================================
C     CALCULATE THE FULL-STEP HEAD
C=======================================================================
      DO J = 1, NJ
         AS(J)    = AS(J)  + AS1(J) 
      ENDDO
      DO  J   = 1,NJ
      IF(JSKIP(J).le.0) then
C=======================================================================
cred    time weighted area average
      if(othercom(62).eq.1) then
                average_area = WT*as(j) + WD*asold(j)
                else
                average_area = as(j)
                endif
cred    Newton-Raphson iteration
        yt(j)     = y(j)
 if(y(j).le.ycrown(j)) then
 F         =  Y(J) * average_area - YO(J) * average_area   
     +                    - sumq(j)*DELT
   DF        =  average_area 
        ASFULL(J) = AS(J)
 else
   DF        =  sumal(j) 
        IF(Y(J).LT.1.25*YCROWN(J))  DF = DF + 
     +   (ASFULL(J)/DELT-SUMAL(J))*EXP(-15.*(Y(J)-YCROWN(J))/YCROWN(J))
cred       correction from SWMM 5 QA testing - 11/12/2004
cred       if a large delt or if there is a large value of sumal(j)
cred       - usually from a very large conduit connected to the current node - 
cred       the expression  ASFULL(J)/DELT-SUMAL(J) may be negative 
cred       invalidating the whole concept of a "transition" slot
           if(Y(J).LT.1.25*YCROWN(J).le.ASFULL(J)/DELT.le.SUMAL(J)) 
     +     denom = sumal(j)
        CORR     = 1.00
        IF(NCHAN(J,2).EQ.0) CORR  = 0.60
 F       =  Y(J) * DF - YO(J) * DF - CORR * sumqs(j)
cred    WRITE(*,*) ajun(j),df,f,y(j),ycrown(j),sumal(j)
 endif
     Y(J)    =  Y(J) - n_omega*F/DF
        IF(Y(J).LT.0.0) Y(J) = 0.0
        IF((Y(J)+Z(J)).GT.SURELEV(J)) Y(J) = SURELEV(J)-Z(J)
 endif
       enddo

cred  converge until all nodes meet the convergence criteria
good_nodes = 0 
error_node = 0
i_was_bad  = 1 
DO j       = 1,nj
if(jskip(j).le.0) then
                  if(abs(y(j)-yt(j)).le.node_toler) then
                                     good_nodes = good_nodes + 1
                                     GoodNode(j) = .TRUE.
                              endif
                   if(abs(y(j)-yt(j)).gt.error_node) then
       error_node = abs(y(j)-yt(j))
                          i_was_bad  = j
                   endif
                 else
                  good_nodes  = good_nodes + 1
           GoodNode(j) = .TRUE.
endif
enddo 
c     write(*,669) loop_count,nj-good_nodes,error_node,
c    +               delt,ajun(i_was_bad),y(i_was_bad),  
c    +               sumq(i_was_bad),omega
669   format(2I6,F10.4,F8.2,1x,a12,3F9.3)
enddo big_loop

cred  culvert information - 8/6/2002
cred  culvert information for the culvert comparison file - 8/6/2002
cred  culvert information - 8/6/2002
      if(othercom(90).eq.1) then
       do n = 1,nc
       if(nklass(n).eq.1.or.nklass(n).eq.21) then
       if(abs(q(n)).gt.culvert_loss(n,5).and.abs(v(n)).lt.20.0)then
                    HW          = H(N,1)   - ZU(N)
                    TW          = H(N,2)   - ZD(N)
                    vup(n)      = v(n)
                    vdn(n)      = v(n)
                    head_loss   = 0.5*ENTK(N)*vup(N)*vup(N)/GRVT  +
     +                            0.5*EXITK(N)*vdn(N)*vdn(N)/GRVT +
     +                            0.5*OTHERK(N)*v(N)*v(N)/GRVT 
                    sfloss  = ROUGH(N)/GRVT * 
     +                        abs(v(N))*ABS(v(N))/hrlast(n)**1.33333
cred                sfloss  = ROUGH(N)/GRVT * 
cred +                   Q(N)*ABS(Q(N))/(A(N)**2*HRLAST(N)**1.33333)
             culvert_loss(n,1) = len(n)*sfloss
             culvert_loss(n,2) = head_loss
             culvert_loss(n,3) = h(n,1)
             culvert_loss(n,4) = h(n,2)
             culvert_loss(n,5) = q(n)  
   endif 
             CALL DEPTHX(N,NKLASS(N),q(n),YC,YNORM)
cred                type 1     
                    IF(HW.LT.1.5*DEEP(N).AND.YC.LT.YNORM.and.
     +                         TW.LE.YC) then
                               culverted(N,1) = culverted(N,1) + DELT
                        culverted(n,8) = 1
                        endif
cred                type 2
                    IF(HW.LT.1.5*DEEP(N).AND.YC.LT.YNORM.AND.
     +                         TW.GT.YC.AND.TW.LE.DEEP(N)) then
                               culverted(N,2) = culverted(N,2) + DELT
                        culverted(n,8) = 2
                        endif
cred                 type 3
                     IF(YC.GE.YNORM.AND.TW.LT.ZU(N)-ZD(N)) then
                               culverted(N,3) = culverted(N,3) + DELT
                        culverted(n,8) = 3
                        endif
cred                 type 4
                     IF(YC.GE.YNORM.AND.TW.GE.ZU(N)-ZD(N)+YC.
     +                         AND.TW.LT.ZU(N)-ZD(N)+DEEP(N)) then
                               culverted(N,4) = culverted(N,4) + DELT
                        culverted(n,8) = 4
                        endif
cred                 type 5
                     IF(YC.LT.YNORM.AND.TW.GE.DEEP(N)) then
                               culverted(N,5) = culverted(N,5) + DELT
                        culverted(n,8) = 5
                        endif
cred                 type 6
                     IF(YC.GE.YNORM.AND.TW.GE.ZU(N)-ZD(N)+
     +                         DEEP(N)) then
                               culverted(N,6) = culverted(N,6) + DELT
                        culverted(n,8) = 6
                        endif
cred                 type 7
                     IF(HW.GE.1.5*DEEP(N).AND.TW.LT.DEEP(N)) then
                               culverted(N,7) = culverted(N,7) + DELT
                        culverted(n,8) = 7
                        endif
                      endif
                      enddo 

      endif
      RETURN
      END

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