Introduksjon til HEC-RAS

Velkommen Til US Army Corps Of Engineers River Analysis System (HEC-RAS) utviklet av Hydrologic Engineering Center. Denne programvaren lar deg utføre endimensjonal jevn flyt, en og todimensjonal ustø flyt beregninger, sediment transport / mobile seng beregninger, og vanntemperatur / vannkvalitet modellering.

HEC-ras modelleringssystemet ble utviklet som en del Av Hydrologic Engineering Center ‘S” Next Generation ” (NexGen) av hydrologic engineering software. NexGen-prosjektet omfatter flere aspekter av hydrologisk ingeniørfag, inkludert: regn-avrenningsanalyse (HEC-HMS); elvhydraulikk (HEC-RAS); reservoarsystemsimulering (HEC-ResSim); flomskadeanalyse (HEC-FDA og HEC-FIA); og sanntids elvprognoser for reservoaroperasjoner (CWMS).

dette kapitlet drøfter DEN generelle filosofien HEC-RAS og gir en kort oversikt over egenskapene til modelleringssystemet. Dokumentasjon for HEC-RAS diskuteres, samt en oversikt over denne håndboken.

Generell Filosofi Av Modelleringssystemet

HEC-RAS er et integrert system av programvare, designet for interaktiv bruk i et multi-tasking miljø. Systemet består av et grafisk brukergrensesnitt( GUI), separate analysekomponenter, datalagring og administrasjonsfunksjoner, grafikk, kartlegging og rapporteringsfasiliteter.

HEC-ras-systemet inneholder følgende elvanalysekomponenter for: (1) beregninger av endimensjonal jevn strømning av vannoverflateprofiler; (2) endimensjonal og/eller todimensjonal ustabil strømningssimulering; (3) Kvasi ustø eller helt ustø flyt bevegelig grense sediment transport beregninger (1D OG 2D); og (4) en dimensjonal vannkvalitet analyse. Et sentralt element er at alle fire komponentene bruker en felles geometrisk datarepresentasjon og felles geometriske og hydrauliske beregningsrutiner. I tillegg til de fire elvanalysekomponentene inneholder systemet flere hydrauliske designfunksjoner som kan påberopes når vannoverflateprofilene er beregnet. HEC-RAS har også et omfattende system FOR romlig dataintegrasjon og kartlegging (HEC-RAS Mapper).

Oversikt Over Programfunksjoner

HEC-RAS er designet for å utføre endimensjonale og todimensjonale hydrauliske beregninger for et fullt nettverk av naturlige og konstruerte kanaler, overbank/flomområder, verneområder; etc… følgende er en beskrivelse av DE viktigste egenskapene TIL HEC-RAS.

Brukergrensesnitt

brukeren samhandler MED HEC-RAS gjennom et grafisk brukergrensesnitt (GUI). Hovedfokuset i utformingen av grensesnittet var å gjøre det enkelt å bruke programvaren, samtidig som man opprettholder et høyt effektivitetsnivå for brukeren. Grensesnittet gir følgende funksjoner:

• filbehandling
• dataregistrering/redigering og geospatiale datagrensesnitt
• Elveanalyser
• Tabulering og grafisk visning av inngangs-og utgangsdata
• Oversvømmelseskartlegging og animasjoner av vannutbredelse
• Rapporteringsfasiliteter
• on-line hjelp

komponenter for elveanalyse

• profiler for jevn strømning av vannoverflater. Denne komponenten av modelleringssystemet er beregnet for beregning av vannoverflateprofiler for jevn gradvis variert strømning. Systemet kan håndtere et fullt nettverk av kanaler, et dendritisk system eller en enkelt elv rekkevidde. Den stabile flytkomponenten er i stand til å modellere subkritiske, superkritiske og blandede strømningsregime vannoverflateprofiler.
  den grunnleggende beregningsprosedyren er basert på løsningen av den endimensjonale energiligningen. Energitap vurderes ved friksjon (Mannings ligning) og sammentrekning / ekspansjon (koeffisient multiplisert med endringen i hastighetshode). Momentumligningen benyttes i situasjoner der vannoverflateprofilen raskt varieres. Disse situasjonene inkluderer blandede strømningsregimeberegninger (dvs.hydrauliske hopp), hydraulikk av broer og evaluering av profiler ved elvekonfluenser (strømkryss).
  effektene av ulike hindringer som broer, kulverter, dammer, demninger og andre strukturer i flomsletten kan vurderes i beregningene. Den steady flow system er utviklet for anvendelse i flom vanlig ledelse og flom forsikring studier for å evaluere floodway inngrep. Det er også muligheter for å vurdere endringen i vannoverflateprofiler på grunn av kanalendringer og elver.
  Spesielle funksjoner i steady flow-komponenten inkluderer: flere plananalyser; flere profilberegninger; flere bro-og/eller stikkrenner åpningsanalyse; broskuranalyse; split flow optimalisering; og stabil kanaldesign og analyse.
• Ustabil Flyt Simulering. DENNE komponenten AV HEC – ras-modelleringssystemet er i stand til å simulere endimensjonal; todimensjonal; og kombinert en/todimensjonal ustabil strømning gjennom et fullt nettverk av åpne kanaler, flomfelt og alluviale vifter. Den ustabile flytkomponenten kan brukes til å utføre subkritiske, superkritiske og blandede strømningsregimer (subkritiske, superkritiske, hydrauliske hopp og drawdowns) beregninger i unsteady flow computations-modulen.
  de hydrauliske beregningene for tverrsnitt, broer, kulverter og andre hydrauliske konstruksjoner som ble utviklet for den stabile strømningskomponenten, ble innlemmet i den ustabile strømningsmodulen.
  Spesielle egenskaper ved den ustabile flytkomponenten inkluderer: omfattende hydrauliske strukturegenskaper Dam break analyse; dike brudd og overtopping; Pumpestasjoner; navigasjonsdamoperasjoner; trykksatte rørsystemer; automatiserte kalibreringsfunksjoner; brukerdefinerte regler; og kombinert en og todimensjonal ustabil strømningsmodellering.
• Sedimenttransport/Bevegelige Grenseberegninger. Denne komponenten av modelleringssystemet er beregnet for simulering av endimensjonale og todimensjonale sedimenttransport/bevegelige grenseberegninger som følge av skuring og avsetning over moderate til lange tidsperioder.
  sedimenttransportpotensialet beregnes av kornstørrelsesfraksjon, og muliggjør dermed simulering av hydraulisk sortering og armering. Viktige funksjoner inkluderer muligheten til å modellere et fullt nettverk av bekker, kanal mudring, ulike dike og inngrep alternativer, og bruk av flere forskjellige ligninger for beregning av sediment transport.
  modellen er utformet for å simulere langsiktige trender av skuring og avsetning i en strømkanal som kan skyldes å endre frekvensen og varigheten av vannavløpet og scenen, eller endre kanalgeometrien. Dette systemet kan brukes til å evaluere avsetning i reservoarer, design kanal sammentrekninger som kreves for å opprettholde navigasjon dybder, forutsi påvirkning av mudring på hastigheten på avsetning, anslå maksimal mulig skuring under store flomhendelser, og evaluere sedimentering i faste kanaler.
• Vannkvalitetsanalyse. Denne komponenten av modelleringssystemet er ment å tillate brukeren å utføre elvevannkvalitetsanalyser. DEN nåværende VERSJONEN AV HEC-RAS kan utføre detaljert temperaturanalyse og transport av et begrenset antall vannkvalitetskomponenter(Alger, Oppløst Oksygen, Carbonaceuos Biologiske Oksygenbehov, Oppløst Ortofosfat, Oppløst Organisk Fosfor, Oppløst Ammoniumnitrat, Oppløst Nitritt Nitrogen, Oppløst Nitrat Nitrogen og Oppløst Organisk Nitrogen). Fremtidige versjoner av programvaren vil inkludere muligheten til å utføre transport av flere ekstra vannkvalitetskomponenter.

Datalagring Og Administrasjon

datalagring utføres ved hjelp av “flate” filer (ASCII og binær), HEC-DSS (Datalagringssystem) OG HDF5 (Hierarkisk Dataformat, versjon 5). Brukerinndata lagres i flate filer under separate kategorier av prosjekt, plan, geometri, jevn strømning, ustabil strømning, kvasi-jevn strømning, sedimentdata og vannkvalitetsinformasjon. Utgangsdata lagres hovedsakelig i separate binære filer (HEC OG HDF5). Data kan overføres mellom HEC-RAS og andre programmer ved å benytte HEC-DSS.
datahåndtering oppnås gjennom brukergrensesnittet. Modeler blir bedt om å skrive inn et enkelt filnavn for prosjektet som utvikles. Når prosjektet filnavnet er lagt inn, blir alle andre filer automatisk opprettet og navngitt av grensesnittet etter behov. Grensesnittet gir for døpe, flytting og sletting av filer på et prosjekt-for-prosjekt basis.

Grafikk, Oversvømmelseskartlegging Og Rapportering

Grafikk inkluderer Xy-plott av elvesystemet skjematisk, tverrsnitt, profiler, vurderingskurver, hydrografer og oversvømmelseskartlegging. Et tredimensjonalt plott av terrenget og mange av simuleringsresultatene er nå tilgjengelige. Oversvømmelse kartlegging er oppnådd I HEC-RAS Mapper del av programvaren. Oversvømmelse kart kan også være animert, og inneholder flere bakgrunnslag (terreng, flyfoto, etc…). Tabellutgang er tilgjengelig. Brukere kan velge fra forhåndsdefinerte tabeller eller utvikle sine egne tilpassede tabeller. All grafisk og tabellutskrift kan vises på skjermen, sendes direkte til en skriver (eller plotter), eller sendes gjennom Windows Utklippstavlen til annen programvare, for eksempel en tekstbehandler eller regneark.
Rapporteringsfasiliteter tillater utskrift av inngangsdata samt utgangsdata. Rapporter kan tilpasses med hensyn til mengde og type informasjon ønsket.

HEC-Ras-Dokumentasjon

HEC-ras-pakken inneholder flere dokumenter. Hvert dokument er utformet for å hjelpe modeler lære å bruke et bestemt aspekt av modelleringssystemet. Det er tre store deler av dokumentasjonen:

Oversikt Over Denne Håndboken

denne brukerhåndboken er den primære dokumentasjonen for HVORDAN DU bruker HEC-ras-systemet. Håndboken er organisert som følger:

• Kapittel 1-2 gir en introduksjon og oversikt OVER HEC-RAS, samt instruksjoner om hvordan du installerer programvaren.
• Kapittel 3-4 beskriver hvordan MAN bruker HEC-RAS-programvaren fra et oversiktsperspektiv. Forstå hvordan dette systemet fungerer med prosjekter er også diskutert, inkludert definere alle filtyper som brukes.
• Kapittel 5 forklarer hvordan du skriver inn og redigerer geometriske data for å representere elven, flomplenen og hydrauliske strukturer.
• Kapittel 6 og 7 forklarer i detalj hvordan du utfører de forskjellige typer hydrauliske analyser som er tilgjengelige, FOR EKSEMPEL 1d steady flow modellering Og 1d Ustø Flow Modellering
• Kapittel 8 gir detaljerte diskusjoner om hvordan du viser grafisk og tabellformet utgang, samt hvordan du utvikler brukerdefinerte tabeller.
• Kapittel 9 beskriver hvordan du utfører en floodway inngrep analyse.
• Kapittel 10 gir diskusjoner om “Feilsøking” og forståelse av de vanligste Feilene, Advarslene og Notatene.
• Kapittel 11 beskriver hvordan du utfører bro skure beregninger INNENFRA HEC-RAS.
• Kapittel 12 beskriver hvordan du utfører kanalendringer I HEC-RAS.
• Kapittel 13 beskriver hvordan Man bruker Hydrauliske Designfunksjoner I HEC-RAS for å utføre stabil kanal design og analyse, samt sediment transport potensielle beregninger, og rip rap dimensjonering.
• Kapittel 14 inneholder emner om avansert bruk av de ustabile strømningssimuleringsfunksjonene, inkludert: blandet strømningsregime for ustabil strømning; analyse av dambrudd; overlapping og brudd; modellering av pumpestasjoner; navigasjonsdammer; og brukerdefinerte regler for styring av portoperasjoner.
• Vedlegg A inneholder en liste over referanser.
• Tillegg b inneholder en detaljert beskrivelse av filformatene som brukes til import og eksport AV GIS-data til OG FRA HEC-RAS.
• Tillegg c inneholder en beskrivelse av alle utdatavariablene som er tilgjengelige FRA HEC-RAS-programmet.
• Vedlegg D diskuterer hvordan du importerer HEC-2-data til HEC-RAS