Hec-RASの概要

水文工学センターが開発した米国陸軍工兵隊河川分析システム（HEC-RAS）へようこそ。 このソフトウェアを使用すると、一次元定常流、一次元および二次元の非定常流計算、堆積物輸送/移動床計算、および水温/水質モデリングを実行する

HEC-RASモデリングシステムは、水文工学センターの水文工学ソフトウェアの”次世代”（NexGen）の一部として開発されました。 NexGenプロジェクトには、降雨流出分析（HEC-HMS）、河川水力学（HEC-RAS）、貯水池システムシミュレーション（HEC-ResSim）、洪水被害分析（HEC-FDAおよびHEC-FIA）、貯水池運用のためのリアルタイム河川予測（CWMS）など、水文工学のいくつかの側面が含まれている。

この章では、HEC-RASの一般的な考え方について説明し、モデリングシステムの機能の概要を簡単に説明します。 HEC-RASのドキュメントと、このマニュアルの概要について説明します。

モデリングシステムの一般的な哲学

HEC-RASは、マルチタスク環境での対話的な使用のために設計されたソフトウェアの統合システムです。 システムはグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)、別の分析の部品、データ記憶および管理機能、グラフィック、地図を描くことおよび報告設備で構成され

HEC-RASシステムには、(1)一次元定常流水面プロファイルの計算、(2)一次元および/または二次元非定常流シミュレーションのための以下の河川解析コンポーネ; (3)準非定常または完全非定常流れ可動境界堆積物輸送計算(1Dおよび2D);および(4)一次元水質解析。 重要な要素は、四つのコンポーネントすべてが共通の幾何学的データ表現と共通の幾何学的および油圧計算ルーチンを使用することです。 このシステムには、4つの河川分析コンポーネントに加えて、水面プロファイルが計算された後に呼び出すことができるいくつかの油圧設計機能が含まれています。 HEC-RASには、広範な空間データ統合およびマッピングシステム（HEC-RAS Mapper）もあります。

プログラム機能の概要

HEC-RASは、自然および建設されたチャネル、オーバーバンク/氾濫原地域、堤防保護地域などの完全なネットワークに対して、一次元および二次元の油圧計算を実行するように設計されています…以下は、HEC-RASの主な機能の説明です。

ユーザーインターフェイス

ユーザーはグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)を介してHEC-RASと対話します。 インターフェイスの設計における主な焦点は、ユーザーの高いレベルの効率を維持しながら、ソフトウェアを簡単に使用できるようにすることでした。 このインターフェイスには、次の機能が用意されています:

• ファイル管理
• データ入力/編集および地理空間データインターフェイス
• 河川分析
• 入力および出力データの集計およびグラフ表示
• 浸水マッピ2495>河川分析コンポーネント
  • 定常流水面プロファイル。 モデリングシステムのこのコンポーネントは、安定した徐々に変化した流れのための水面プロファイルを計算することを意図しています。 このシステムは、チャネルの完全なネットワーク、樹枝状システム、または単一の河川リーチを処理することができます。 定常流成分は、亜臨界、超臨界、および混合流領域の水面プロファイルをモデル化することができます。
    基本的な計算手順は、一次元エネルギー方程式の解に基づいています。 エネルギー損失は摩擦（Ｍａｎｎｉｎｇの式）と収縮／膨張（係数に速度ヘッドの変化を掛けた）によって評価される。 運動量方程式は，水面プロファイルが急速に変化する状況で利用される。 これらの状況には、混合流レジーム計算（すなわち、油圧ジャンプ）、橋の水力学、および河川合流点（河川接合部）でのプロファイルの評価が含まれます。
    氾濫原における橋、暗渠、ダム、堰、その他の構造物などの様々な障害物の影響を計算で考慮することができる。 安定した流れシステムは氾濫原管理および洪水の保険の調査の適用が洪水道の侵入を評価することができるように設計されている。 また、機能はチャネルの修正による水表面のプロフィールの変更、および堤防を査定するために利用できる。
    定常流コンポーネントの特別な機能には、複数の計画解析、複数のプロファイル計算、複数の橋および/または暗渠開口解析、橋洗流解析、スプリットフロー
  • ＨＥＣ-ＲＡＳモデリングシステムのこのコンポーネントは，開放流路，氾濫原，沖積ファンの完全なネットワークを通る一次元，二次元，および一／二次元の非定常流れをシミュレートすることができる。 非定常流れコンポーネントは、非定常流れ計算モジュールで亜臨界、超臨界、および混合流れレジーム（亜臨界、超臨界、油圧ジャンプ、ドローダウン）の計算を実行す
    定常流部品のために開発された断面、橋、暗渠、およびその他の油圧構造物の油圧計算を非定常流モジュールに組み込んだ。
    非定常流れの部品の特殊機能は下記のものを含んでいます:広範な油圧構造の機能ダムの壊れ目の分析;堤防の違反およびovertopping;ポンプ場; 運行ダム操作;加圧管システム;自動化された口径測定の特徴;ユーザー定義の規則;および結合された一次元および二次元の非定常流れの模倣。
  • モデリングシステムのこのコンポーネントは、中程度から長期間にわたる洗浄および堆積に起因する一次元および二次元の堆積物輸送/可動境界計算のシ
    堆積物輸送ポテンシャルは、粒度分率によって計算され、それによって油圧選別と装甲のシミュレーションが可能になります。 主な機能には、河川の完全なネットワーク、チャネル浚渫、様々な堤防および侵入の代替案、および堆積物輸送の計算のためのいくつかの異なる方程式の使用をモデル化する機能が含まれます。
    このモデルは、水の排出とステージの頻度と持続時間を変更したり、チャネルの形状を変更したりすることによって生じる可能性のある流路内の洗 このシステムは，貯水池における堆積を評価し，航行深さを維持するために必要なチャネル収縮を設計し，堆積速度に対する浚渫の影響を予測し，大洪水イベント中の最大可能性のある洗掘を推定し，固定チャネルにおける堆積を評価するために使用することができる。
  • 水質分析。 モデリングシステムのこのコンポーネントは、ユーザーが河川水質分析を実行できるようにすることを意図しています。 HEC-RASの現在の版は水質の要素(藻、分解された酸素、Carbonaceuosの生物的酸素の要求、分解されたオルトリン酸塩、分解された有機性リン、分解された硝酸アンモニウム、分解された亜硝酸塩窒素、分解された硝酸塩窒素および分解された有機性窒素)の限られた数の詳しい温度の分析そして輸送を行うことができる。 ソフトウェアの将来のバージョンには、いくつかの追加の水質成分の輸送を実行する機能が含まれます。

  データの保存と管理

  データの保存は、”フラット”ファイル(ASCIIおよびbinary)、HEC-DSS(データストレージシステム)、およびHDF5(階層データ形式、バージョン5)を使用して行われます。 ユーザー入力データは、プロジェクト、計画、幾何学、定常流、非定常流、準定常流、堆積物データ、および水質情報の別々のカテゴリの下にフラットファイルに保存され 出力データは、主に別々のバイナリファイル（HECとHDF5）に格納されます。 データは、ＨＥＣ−ＤＳＳを利用することにより、ｈｅｃ−ＲＡＳと他のプログラムとの間で転送することができる。
  データ管理は、ユーザーインターフェイスを介して実行されます。 モデラーは、開発中のプロジェクトの単一のファイル名を入力するように要求されます。 プロジェクトファイル名を入力すると、他のすべてのファイルが自動的に作成され、必要に応じてインターフェイスによって名前が付けられます。 このインターフェイスは、プロジェクトごとにファイルの名前変更、移動、および削除を提供します。

  グラフィックス、浸水マッピング、およびレポート

  グラフィックスには、河川システムの回路図、断面、プロファイル、格付け曲線、水路図、および浸水マッピ 地形の三次元プロットとシミュレーション結果の多くが利用可能になりました。 浸水マッピングは、ソフトウェアのHEC-RASマッパー部分で実行されます。 浸水マップはまた、アニメーション化され、複数の背景レイヤー（地形、航空写真など…）を含むことができます。 表形式の出力が利用可能です。 ユーザーは、事前定義されたテーブルから選択するか、独自のカスタマイズされたテーブルを開発することができます。 すべてのグラフィカルおよび表形式の出力は、画面に表示したり、プリンタ（またはプロッタ）に直接送信したり、Windowsクリップボードを介してワープロやスプ
  レポート機能により、出力データだけでなく、入力データの印刷出力も可能になります。 レポートは、必要な情報の量と種類についてカスタマイズすることができます。

  HEC-RAS Documentation

  HEC-RASパッケージにはいくつかのドキュメントが含まれています。 各文書は、モデラーがモデリングシステムの特定の側面を使用することを学ぶのに役立つように設計されています。 ドキュメントには三つの主要な部分があります:

  ドキュメント	説明
  ユーザーズマニュアル	このマニュアルは、HEC-RASを使用するためのガイドです。 このマニュアルでは、モデリングシステムの概要と概要、インストール手順、開始方法、簡単な例、幾何学的データの入力と編集、主要なモデリングコンポーネントの各詳細な説明、およびグラフィカルおよび表形式の出力の表示方法を提供しています。
  2Dユーザーズマニュアル	このドキュメントでは、このバージョンのソフトウェアに含まれる2Dモデリング機能の使用方法について説明します。 また、2Dフロー領域を含むモデルの2Dモデリング(メッシュ生成)および浸水マッピングをサポートするRASマッパーの使用方法についても説明します。
  hec-RASマッパー	このドキュメントでは、hec-RASマッパーを使用して、水平座標系の確立、HEC-RASテレインモデルの開発、ジオメトリデータモデルのレイアウト、テレインデータの抽出を行う方法について説明します; マップ、プロット、および表の形式で結果を視覚化します。
  堆積物輸送ユーザーズマニュアル	このマニュアルでは、堆積物輸送モデリングの実行方法について説明します。 この文書では、1D準非定常、1D非定常流れ、および2D堆積物輸送モデリングについて説明しています。 さらに，ｂｓｔｅｍを用いた堆積物衝撃解析（ＳＩＡＭ）とバンク安定性についても述べた。
  Hydraulic Reference Manual	このマニュアルでは、HEC-RASによって実行される油圧計算の理論とデータ要件について説明します。 方程式をその導出に用いた仮定と共に示した。 モデルパラメータを推定する方法と、様々なモデリングアプローチに関するガイドラインについて議論した。
  アプリケーションガイド	このドキュメントには、HEC-RASのさまざまな側面を示す一連の例が含まれています。 各例は、問題文、データ要件、およびソリューションステップの概要、主要な入出力画面の表示、および重要なモデリング側面の議論で構成されています。

  このマニュアルの概要

  このユーザーズマニュアルは、HEC-RASシステムの使用方法に関する主要なドキュメントです。 マニュアルは次のように構成されています:

  • 第1-2章では、HEC-RASの概要と概要、およびソフトウェアのインストール方法について説明します。
  • 第3-4章では、概要の観点からHEC-RASソフトウェアの使用方法について説明します。 このシステムがプロジェクトでどのように機能するかを理解することも、使用されるすべてのファイルタイプの定義を含めて議論されています。
  • 第5章では、河川、氾濫原、水理構造を表現するための幾何学的データの入力と編集の方法について説明しています。
  • 第6章と第7章では、1D定常流モデリングや1D非定常流モデリング
  • 第8章では、グラフィカルおよび表形式の出力を表示する方法、およびユー
  • 第9章では、洪水路侵入解析の実行方法について説明しています。
  • 第10章では、”トラブルシューティング”と、最も一般的なエラー、警告、および注意事項についての議論を提供します。
  • 第11章では、hec-RAS内からブリッジスカウ計算を実行する方法について説明します。
  • 第12章では、HEC-RAS内でチャネル変更を実行する方法について説明します。
  • 第13章では、hec-RASの油圧設計機能を使用して、安定したチャネル設計と解析、土砂輸送ポテンシャル計算、rip rapサイジングを実行する方法について説明します。
  • 第14章には、非定常流シミュレーション機能の高度な使用に関するトピックが含まれています。
  • 付録Aには参考文献のリストが含まれています。
  • 付録Bには、HEC-RASとの間でGISデータをインポートおよびエクスポートするために使用されるファイル形式の詳細な説明が含まれています。
  • 付録Cには、HEC-RASプログラムから利用可能なすべての出力変数の説明が含まれています。
  • 付録Dでは、HEC-2データをHEC-RASにインポートする方法について説明します。