Introdução ao HEC-RAS

Bem-vindo ao sistema de análise Fluvial do corpo de Engenheiros Do Exército dos EUA (HEC-RAS) desenvolvido pelo Centro de Engenharia hidrológica. Este software permite que você execute um fluxo constante unidimensional, cálculos de fluxo instável unidimensional e bidimensional, transporte de sedimentos/cálculos de leito móvel e modelagem de temperatura/qualidade da água da água.

o sistema de modelagem HEC-RAS foi desenvolvido como parte da “próxima geração” do centro de Engenharia hidrológica (NexGen) de software de engenharia hidrológica. O projeto NexGen abrange vários aspectos da engenharia hidrológica, incluindo: análise de precipitação-escoamento (HEC-HMS); hidráulica fluvial (HEC-RAS); simulação do sistema de reservatórios (HEC-ResSim); análise de danos causados por inundações (HEC-FDA e HEC-FIA); e previsão de rios em tempo real para operações de reservatórios (CWMS).

este capítulo discute a filosofia geral do HEC-RAS e dá uma breve visão geral das capacidades do sistema de modelagem. A documentação do HEC-RAS é discutida, bem como uma visão geral deste manual.

Filosofia Geral do Sistema de Modelagem

HEC-RAS é um sistema integrado de software, projetado para uso interativo em um ambiente multi-tarefa. O sistema é composto por uma interface gráfica do usuário (GUI), componentes de análise separados, recursos de armazenamento e gerenciamento de dados, gráficos, mapeamento e recursos de relatórios.

o sistema HEC-RAS contém os seguintes componentes de análise de rio para: (1) cálculos de perfil de superfície de água de fluxo estável unidimensional; (2) simulação de fluxo instável unidimensional e/ou bidimensional; (3) cálculos de transporte de sedimentos de fronteira móvel de fluxo quase instável ou totalmente instável (1D e 2D); e (4) uma análise dimensional da qualidade da água. Um elemento-chave é que todos os quatro componentes usam uma representação geométrica comum de dados e rotinas de computação geométricas e hidráulicas comuns. Além dos quatro componentes da análise do rio, o sistema contém diversas características de projeto hidráulicas que podem ser invocadas uma vez que os perfis de superfície da água são calculados. O HEC-RAS também possui um extenso sistema de integração e mapeamento de dados espaciais (HEC-RAS Mapper).

Visão Geral das capacidades do programa

HEC-RAS é projetado para realizar cálculos hidráulicos unidimensionais e bidimensionais para uma rede completa de canais naturais e construídos, áreas overbank/Várzea, áreas protegidas por diques; etc… a seguir está uma descrição das principais capacidades do HEC-RAS.

interface do Usuário

o usuário interage com o HEC – RAS por meio de uma interface gráfica do usuário (GUI). O foco principal no design da interface era facilitar o uso do software, mantendo um alto nível de eficiência para o usuário. A interface fornece para as seguintes funções:

• Gestão de ficheiros
• Dados de entrada/edição e dados geoespaciais interfaces
• Rio análises
• Apuramento de resultados e exibições gráficas de dados de entrada e saída
• Inundação de mapeamento e animações de água propagação
• Relatório de instalações
• ajuda On-line

Rio Componentes de Análise

• Fluxo Constante de Água de Superfície dos Perfis. Este componente do sistema de modelagem é pretendido calculando perfis de superfície da água para o fluxo gradualmente variado constante. O sistema pode lidar com uma rede completa de canais, um sistema dendrítico ou um único alcance de Rio. O componente de fluxo constante é capaz de modelar perfis de superfície de água subcríticos, supercríticos e de regime de fluxo misto.
  o procedimento computacional básico é baseado na solução da equação de energia unidimensional. As perdas de energia são avaliadas por fricção (equação de Manning) e contração/expansão (coeficiente multiplicado pela mudança na cabeça de velocidade). A equação do momento é utilizada em situações em que o perfil da superfície da água é rapidamente variado. Essas situações incluem cálculos de regime de fluxo misto (ou seja, saltos hidráulicos), hidráulica de pontes e perfis de avaliação em confluências de rios (junções de riacho).Os efeitos de várias obstruções, como pontes, bueiros, barragens, açudes e outras estruturas na planície de inundação podem ser considerados nos cálculos. O sistema de fluxo constante é projetado para aplicação em estudos de gerenciamento de planície de inundação e seguro de inundação para avaliar invasões de inundação. Além disso, estão disponíveis recursos para avaliar a mudança nos perfis de superfície da água devido a modificações no canal e diques.
  as características especiais do componente de fluxo constante incluem: múltiplas análises de plano; múltiplos cálculos de perfil; múltiplas análises de abertura de ponte e / ou bueiro; análise de varredura de Ponte; otimização de fluxo dividido; e projeto e análise de canal estável.
• Simulação De Fluxo Instável. Este componente do sistema de modelagem HEC-RAS é capaz de simular unidimensional; bidimensional; e fluxo instável unidimensional/bidimensional combinado através de uma rede completa de canais abertos, várzeas e ventiladores aluviais. O componente de fluxo instável pode ser usado para executar subcrítico, supercrítico e regime de fluxo misto (subcrítico, supercrítico, saltos hidráulicos e rebaixamentos) cálculos no módulo de cálculos de fluxo instável.
  os cálculos hidráulicos para seções transversais, pontes, bueiros e outras estruturas hidráulicas que foram desenvolvidas para o componente de fluxo constante foram incorporados ao módulo de fluxo instável.
  as características especiais do componente de fluxo instável incluem: análise extensiva da ruptura da Barragem das capacidades da estrutura hidráulica; quebra e overtopping do dique; estações de bombeamento; operações de barragens de navegação; Sistemas de tubos pressurizados; recursos de calibração automatizados; regras definidas pelo Usuário; e modelagem de fluxo instável unidimensional e bidimensional combinada.
• Transporte De Sedimentos/Cálculos De Limites Móveis. Este componente do sistema de modelagem destina-se à simulação de cálculos unidimensionais e bidimensionais de transporte de sedimentos/limites móveis resultantes do escoamento e deposição durante períodos de tempo moderados a longos.
  o potencial de transporte de sedimentos é calculado por fração de tamanho de grão, permitindo assim a simulação de classificação e blindagem hidráulica. As principais características incluem a capacidade de modelar uma rede completa de riachos, dragagem de canais, várias alternativas de Dique e invasão e o uso de várias equações diferentes para o cálculo do transporte de sedimentos.
  o modelo é projetado para simular tendências de longo prazo de limpeza e deposição em um canal de fluxo que pode resultar da modificação da frequência e duração da descarga de água e do estágio ou da modificação da geometria do canal. Este sistema pode ser usado para avaliar a deposição em reservatórios, projetar as contrações do canal necessárias para manter as profundidades de navegação, prever a influência da dragagem na taxa de deposição, estimar o máximo possível de escoamento durante grandes eventos de inundação e avaliar a sedimentação em canais fixos.
• Análise Da Qualidade Da Água. Este componente do sistema de modelagem destina-se a permitir ao usuário realizar análises de qualidade da água ribeirinha. A versão atual do HEC-RAS pode executar a temperatura de análise e de transporte de um número limitado de qualidade da água constituintes (Algas, Oxigênio Dissolvido, Carbonaceuos Demanda Biológica de Oxigênio Dissolvido Orthophosphate, Dissolvido Fósforo Orgânico Dissolvido Nitrato de Amónio, Dissolvido, Nitrito Nitrogênio Dissolvido, Nitrato, Nitrogênio e Nitrogênio Orgânico Dissolvido). Versões futuras do software incluirão a capacidade de realizar o transporte de vários componentes adicionais de qualidade da água.

Armazenamento e Gerenciamento de Dados

armazenamento de Dados é feito usando “televisão” (arquivos ASCII e binário), o HEC-DSS (Sistema de Armazenamento de Dados), e HDF5 (Hierárquica Formato de Dados, versão 5). Os dados de entrada do usuário são armazenados em arquivos planos em categorias separadas de projeto, plano, geometria, fluxo constante, fluxo instável, fluxo quase constante, dados de sedimentos e informações de qualidade da água. Os dados de saída são predominantemente armazenados em arquivos binários separados (HEC e HDF5). Os dados podem ser transferidos entre HEC-RAS e outros programas utilizando o HEC-DSS.
o gerenciamento de dados é realizado por meio da interface do Usuário. O modelador é solicitado a inserir um único nome de arquivo para o projeto que está sendo desenvolvido. Depois que o nome do arquivo do projeto é inserido, todos os outros arquivos são criados e nomeados automaticamente pela interface conforme necessário. A interface fornece renomeação, movimentação e exclusão de arquivos em uma base projeto a projeto.

gráficos, mapeamento de inundação e relatórios

os gráficos incluem gráficos X-Y do esquema do sistema fluvial, seções transversais, perfis, curvas de classificação, hidrográficos e mapeamento de inundação. Um gráfico tridimensional do terreno e muitos dos resultados da simulação estão agora disponíveis. O mapeamento de inundação é realizado na parte do Mapeador HEC-RAS do software. Mapas de inundação também podem ser animados e conter várias camadas de fundo (terreno, fotografia aérea, etc…). A saída Tabular está disponível. Os usuários podem selecionar entre tabelas predefinidas ou desenvolver suas próprias tabelas personalizadas. Toda a saída gráfica e tabular pode ser exibida na tela, enviada diretamente para uma impressora (ou plotter) ou passada pela área de transferência do Windows para outro software, como um processador de texto ou planilha.
as instalações de relatórios permitem a saída impressa de dados de entrada, bem como dados de saída. Os relatórios podem ser personalizados quanto à quantidade e tipo de informação desejada.

documentação HEC-RAS

o pacote HEC-RAS inclui vários documentos. Cada documento é projetado para ajudar o modelador a aprender a usar um aspecto específico do sistema de modelagem. Há três partes principais da documentação:

visão geral deste Manual

este manual do Usuário é a principal documentação sobre como usar o sistema HEC-RAS. O manual é organizado da seguinte forma:

• os capítulos 1-2 fornecem uma introdução e uma visão geral do HEC-RAS, bem como instruções sobre como instalar o software.
• os capítulos 3-4 descrevem como usar o software HEC-RAS de uma perspectiva geral. Entender como esse sistema funciona com projetos também é discutido, incluindo a definição de todos os tipos de arquivos usados.
• os capítulos 5 explicam como inserir e editar dados geométricos para representar o rio, a planície de inundação e as estruturas hidráulicas.
• Capítulos 6 e 7 explicam em detalhes como realizar os diferentes tipos de hidráulica análises que estão disponíveis, tais como 1D fluxo constante de modelagem e 1D Vazão Instável Modelagem
• Capítulo 8 apresenta as discussões detalhadas sobre como exibir gráficos e tabulares, bem como para desenvolver tabelas definidas pelo usuário.
• o Capítulo 9 descreve como realizar uma análise de invasão de inundação.
• o Capítulo 10 fornece discussões sobre” resolução de problemas ” e compreensão dos erros, avisos e notas mais comuns.
• o Capítulo 11 descreve como executar cálculos de varredura de Ponte de dentro de HEC-RAS.
• o Capítulo 12 descreve como realizar modificações de canal dentro do HEC-RAS.
• o Capítulo 13 descreve como usar as funções de projeto hidráulico no HEC-RAS para executar o projeto e a análise estáveis do canal, assim como cálculos potenciais do transporte do sedimento, e cola da Rap do rasgo.
• o Capítulo 14 contém tópicos sobre usos avançados dos recursos de simulação de fluxo instável, incluindo: regime de fluxo misto para fluxo instável; análise de quebra de barragens; overtopping e breaching de diques; estações de bomba de modelagem; barragens de navegação; e regras definidas pelo Usuário para controlar operações de portão.
• o Apêndice A contém uma lista de referências.
• o Apêndice B contém uma descrição detalhada dos formatos de arquivo usados para importar e exportar dados GIS de e para HEC-RAS.
• o Apêndice C contém uma descrição de todas as variáveis de saída disponíveis no programa HEC-RAS.
• Apêndice D discute como importar dados HEC – 2 para HEC-RAS