HEC-RAS模型中堤防咆槽、堰的設(shè)置

?????? HEC-RAS能夠在2D水流區(qū)域內(nèi)添加水工結(jié)構(gòu)派诬±拖可通過(guò)使用SA/2DArea Conn工具在2D水流區(qū)內(nèi)建立一個(gè)水工結(jié)構(gòu)。水工結(jié)構(gòu)類似于HEC-RAS中break line千埃,用戶可以沿著該水工結(jié)構(gòu)線劃分網(wǎng)格憔儿,并控制網(wǎng)格單元的大小,見(jiàn)圖1放可。

圖1 2D流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的水工結(jié)構(gòu)示例

SA/2D水力連接可用于模擬二維流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)。越過(guò)結(jié)構(gòu)頂部的流動(dòng)可以用堰方程或完整的二維方程來(lái)建模朝刊。此外耀里,還可以選擇為獨(dú)立的出口添加閘門、涵洞拾氓、額定值曲線和流量的時(shí)間序列冯挎。這些出口類型的任何組合都可以被使用。此外咙鞍,用戶現(xiàn)在可以為每個(gè)液壓出口(涵洞房官、閘門、額定值曲線和時(shí)間序列出口)的上游和下游端部指定X和Y的地理空間坐標(biāo)续滋。

要在二維流動(dòng)區(qū)域內(nèi)添加水工結(jié)構(gòu)翰守,請(qǐng)執(zhí)行以下操作:

1.首先,選擇標(biāo)記為SA/2DArea Conn的幾何數(shù)據(jù)編輯器頂部的繪圖工具疲酌。然后直接在水工結(jié)構(gòu)的中心畫(huà)一條線(注意:這條線必須由左岸劃到右岸蜡峰,程序依據(jù)此來(lái)識(shí)別臨水側(cè)和背水側(cè))。這條線將代表水力結(jié)構(gòu)朗恳,用于連接一側(cè)的二維流動(dòng)區(qū)域單元到另一側(cè)的結(jié)構(gòu)湿颅。該界面將要求定義水工結(jié)構(gòu)的名稱。這種結(jié)構(gòu)的中心線也可以在HEC-RASMapper中繪制粥诫。

2.接下來(lái)油航,修改二維流區(qū)域網(wǎng)格,使網(wǎng)格單元沿水工結(jié)構(gòu)線兩側(cè)分布怀浆∫昵簦可左鍵單擊水工結(jié)構(gòu)中心線,并選擇Edit Internal Connection ?(Break Line) Cell Spacing選項(xiàng)揉稚。在之后彈出的窗口輸入網(wǎng)格單元最小和最大間距秒啦。默認(rèn)情況下,它將沿著水力結(jié)構(gòu)中心線使用單元間距的標(biāo)稱單元尺寸搀玖,但用戶可以改變沿著結(jié)構(gòu)的單元間距余境,以獲得沿著水力結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)。這一步是可選擇的,一般來(lái)說(shuō)芳来,沿著結(jié)構(gòu)中心線建立具有適當(dāng)大小網(wǎng)格單元是一個(gè)好主意含末。接下來(lái),左鍵單擊水工結(jié)構(gòu)中心線即舌,并在二維流動(dòng)區(qū)域中選擇Enforce Internal Connection as Break Line in 2D Flow Area選項(xiàng)佣盒。單擊此選項(xiàng)后,軟件將使用根據(jù)結(jié)構(gòu)中心線和單元間距信息來(lái)沿著結(jié)構(gòu)的中心線創(chuàng)建沿中心線的網(wǎng)格單元顽聂。這是正確劃分2D網(wǎng)格來(lái)加入水工結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(Station-高程數(shù)據(jù)肥惭;涵洞、閘門紊搪、缺口等)的必要步驟蜜葱。

例如,如圖3-43所示耀石,在2D流動(dòng)區(qū)域內(nèi)一堤壩被建模為一個(gè)水工結(jié)構(gòu)牵囤。2D流區(qū)網(wǎng)格單元被修改,使堤壩兩側(cè)的網(wǎng)格排列在堤壩的頂部滞伟。這需要沿著水工結(jié)構(gòu)中心線增加足夠小的單元間距揭鳞,以獲得更好的局部信息“鹉危可能你不希望這些網(wǎng)格太小野崇,因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致一些網(wǎng)格沿著堤壩分布,這樣會(huì)使得這部分網(wǎng)格高程與下游相鄰網(wǎng)格高程差距過(guò)大鉴裹,當(dāng)水流超過(guò)堤壩時(shí)舞骆,堤壩背面高程較大細(xì)胞可能會(huì)導(dǎo)致模型出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。所以径荔,使網(wǎng)格大一點(diǎn)督禽,以包圍堤岸斜坡和部分遠(yuǎn)離堤底區(qū)域。

3.接下來(lái)总处,選擇幾何數(shù)據(jù)編輯器左側(cè)面板上的Storage Area/ 2D flow area Hydraulic Connection (SA/2D Area Conn)編輯器狈惫。這將打開(kāi)圖2中所示的編輯器。

圖2 使用 SA/2D Area Conn將水力結(jié)構(gòu)置于2D流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的例子

??????? 用戶可以使用Weir/Embankment Editor編輯器為與自然地面相同或更高的結(jié)構(gòu)定義高程數(shù)據(jù)鹦马。此外胧谈,還可以在水工結(jié)構(gòu)中增加涵洞、閘門開(kāi)口荸频、額定值曲線和時(shí)間序列出口過(guò)程菱肖。用戶進(jìn)入的堰線(站—高程數(shù)據(jù))、涵洞和閘門開(kāi)口不允許低于它們所連接網(wǎng)格單元最低高程旭从。然而稳强,缺口最小高程也可能比它所連接的網(wǎng)格單元要低(當(dāng)這樣設(shè)置時(shí)场仲,會(huì)得到一個(gè)警告信息)。如果缺口也低于它所連接的單元退疫,HEC-RAS 將在缺口侵蝕到地面高程以下時(shí)自動(dòng)動(dòng)態(tài)降低網(wǎng)格高度(上游和下游)渠缕。然而,它只會(huì)降低兩側(cè)結(jié)構(gòu)中心線旁邊的單元褒繁。

????? 編輯器顯示的黑線表示內(nèi)部水力結(jié)構(gòu)兩側(cè)網(wǎng)格的最小高程亦鳞。這些線向用戶展示了水工結(jié)構(gòu)如何連接到結(jié)構(gòu)兩側(cè)二維單元的高程和位置。用戶可以點(diǎn)擊其中任意一條線棒坏,獲取連接的網(wǎng)格號(hào)碼躏筏,以及單元格的位置(沿水工結(jié)構(gòu)的位置)和高程摘盆。此外诡曙,該網(wǎng)格將在幾何數(shù)據(jù)編輯器上突出顯示钠导,并可看到該網(wǎng)格在空間上的位置。

?????? 用戶可以選擇漫過(guò)結(jié)構(gòu)頂部(溢出計(jì)算方法)是由Weir Equation計(jì)算還是由Normal 2D Equation Domain計(jì)算徽诲。如果選擇 Weir Equation,則使用堰方程計(jì)算水力結(jié)構(gòu)頂部的所有流量吵血。如果選擇 Normal 2D Equation Domain谎替,則將結(jié)構(gòu)頂部的流量計(jì)算為網(wǎng)格之間的正常二維流量。在任何一種情況下蹋辅,通過(guò)涵洞和閘門的流量都要分別計(jì)算出來(lái)钱贯,并連接在涵洞或閘門兩側(cè)的單元之間。對(duì)于高度淹沒(méi)的結(jié)構(gòu)侦另,其流量不像堰流秩命,二維方程通常會(huì)得到更好的結(jié)果,但二維方程不適合傳統(tǒng)的堰流褒傅。

注意:如果結(jié)構(gòu)高度很高弃锐,則不應(yīng)使用Normal 2D Equation Domain選項(xiàng),這樣流過(guò)結(jié)構(gòu)的水就會(huì)進(jìn)入自由落體(就像瀑布一樣)殿托。對(duì)于自由落體情況霹菊,Normal 2D Equation Domain不能求解。對(duì)于這種情況支竹,用戶需要使用 Weir Equation選項(xiàng)旋廷。HEC-RAS軟件開(kāi)發(fā)者計(jì)劃研究讓程序根據(jù)流量條件在Weir Equation和Normal 2D Equation Domain之間自動(dòng)切換(當(dāng)前未實(shí)現(xiàn))。

?????? 要輸入堤防結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)礼搁,請(qǐng)選擇Weir/Embankment按鈕饶碘。堤防編輯器會(huì)出現(xiàn),用戶可以輸入與地形剖面相同的位置高程數(shù)據(jù)馒吴,也可以輸入高于地形剖面的高程扎运。


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