HEC-RAS简体中文教程(pdf)

河川及区域排㈬㈬理计算实务演练1经济部㈬利署㆗兴工程顾问㈳河川及区域排㈬㈬理计算实务演练目录页次河川及区域排㈬规划㈬文设计技术研习会河川及区域排㈬㈬理计算实务演练讲义主讲㆟廖翊钧㆗华民国㈨㈩㆓年㈩㈪㆓㈩㆔㈰㊟意事㊠.........................................III㆒、HEC-RASVERSION3.1.1概貌...........................11.1发展历史...........................................11.2程序模块...........................................11.3应用领域...........................................11.4其它功能...........................................2㆓、执行计算流程.........................................32.1准备㈾料...........................................32.2定量流数值计算步骤.................................4㆔、建立新项目...........................................53.1起始画面说明.......................................53.2建立新项目.........................................7㆕、建立河道几何㈾料.....................................94.1开启「河道几何㈾料」编辑窗口.......................94.2建立河系图层......................................124.3储存河道几何㈾料..................................214.4编辑或新增断面㈾料................................244.5输入汇流点㈾料....................................314.6输入桥梁㈾料......................................354.7利用图形接口修改断面㈾料..........................494.8加入堤防..........................................604.9加入障碍区........................................64I河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练页次4.10加入无效㈬流区域.................................714.11修改曼宁N值.....................................784.12修改扩展、束缩损失系数...........................834.13删除断面.........................................884.14删除河段.........................................93㈤、建立边界条件........................................985.1输入及编辑流量和边界条件..........................98㈥、执行程序...........................................1096.1设定流况及进行计算...............................109㈦、查看结果...........................................1117.1查看横断面㈬位成果图.............................1117.2查看纵断面㈬面剖线成果图.........................1167.3查看成果表.......................................119㊟意事㊠1.本讲义系针对初学者的需求，按照水理计算的步骤撰写。初学者按照章节顺序逐步建立数值模型，应可完成基本水理计算。2.本讲义仅说明最基本的输入需求，未详尽或进一步说明请参考原使用者手册（User’sManual）、参考手册（HydraulicReferenceManual）及应用指引（ApplicationGuide）。（档案在「HEC-RAS311\手册\」目录内）3.HEC-RASv.3.1.1程序的使用及限制请上HEC网站查询。（档案在「HEC-RAS311\程序\」目录内）4.本讲义所展示的淡水河数值模型并未按照真实情况建立，请勿用于工程设计。5.「HEC-RAS311\范例\」目录内所附的steady.exe及unsteady.exe为HEC所提供的范例。6.「范例动画\」目录内所附的dambrk_pf_xs.avi、mixedflow.avi及truckeesmaller.avi为HEC所提供。HerbD.avi为以民国91年浊水溪断面资料在重现贺伯台风洪水事件条件下的变量流模拟情形。IIIII河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练㆒、HEC-RASVersion3.1.1概貌1.1发展历史1.HEC-RAS（HydrologicEngineeringCenter'sRiverAnalysisSystem）由美国工兵团（TheU.S.ArmyCorpsofEngineers）的水文工程中心（HydrologicEngineeringCenter,缩写为HEC）所开发。2.HEC-RAS最早发展目的是取代HEC-2，第1.0版公布于1995年7月，随后出现了1.1、1.2、2.0、2.1、2.2、2.2.1、3.0、3.1等修正或更新版。目前最新的版本是2003年5月公布的3.1.1版。1.2程序模块1.一维定量流分析：延续HEC-2程序。（1）控制方程式：能量方程式。（2）计算方法：标准步推法。2.一维变量流分析：延续UNET程序。（1）控制方程式：质量及动量方程式。（2）离散方法：隐式有限差分法（Implicitfinitedifferences）。（3）计算方法：Newton-Raphson迭代法（Newton-Raphsoniterationtechnique）。1.3应用领域1.洪水位计算（包括定、变量流）。2.结构物影响分析：桥梁、涵洞、堰、溢洪道、冰、抽水站、堤防、障碍物。3.渠道整治分析。4.淹水分析（包括河道及陆地）。5.桥梁局部冲刷（包括桥墩及桥台）。6.稳定渠道设计。7.河道输砂量计算。8.溃坝分析。9.溃堤分析。1.4其它功能1.窗口化接口。2.具有将变量流计算结果制成动画的功能。3.可结合数字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）进行大断面切割，并可将计算结果表现于DTM上（本项功能须利用Arcview软件进行）。4.未来将整合HEC-6，使程序具备水库淤砂及河道冲淤计算能力。12河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练㆓、执行计算流程2.2定量流数值计算步骤2.1准备㈾料1.水文分析（1）计划流量（2）流量历线、水位历线（或潮位历线、水位―流量率定曲线）：用于变量流分析。2.河道断面资料3.河床质粒径组成（视需要）4.地图5.历史台洪纪录（验证用）6.现地勘查纪录（植生、障碍物、洪水痕、滞水区域等）7.结构物数据（视需要）建立项目（第㆔章）建立河道几何㈾料（第㆕章）建立边界条件（第㈤章）执行程序（第㈥章）输出计算结果（第㈦章）34河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练3.1起始画面说明㆔、建立新项目○6开启执行定量流窗口○7开启执行变量流窗口○8开启水力计算（包括桥梁冲刷、稳定渠道设计、河道输砂量计算）窗口○2○4○6○8○1○3○5○7○10○9○12○11○14○13○16○15○18○17○19○9开启河道断面展示窗口○10开启水面剖线展示窗口○11开启河段水力参数计算结果展示窗口○12开启率定曲线计算结果展示窗口○13开启河道3D计算结果展示窗口○14开启变量流水位、流量历线展示窗口○15开启河道水力特性展示窗口○16开启单一断面或结构物水理计算成果展示窗口○17开启所有断面计算成果展示窗口○20○1开启专案○2储存项目○22○21○23○24○25○26○27○28○18开启计算过程中所产生之警告或错误通知窗口○19开启DSS（DataStorageSystem）窗口○20显示项目名称○21显示计划名称○3开启「河道几何数据」编辑窗口○4开启「定量流数据」编辑窗口○5开启「变量流数据」编辑窗口○22显示河道几何数据文件名称○23显示定量流水文数据文件名称○24显示变量流水文数据文件名称56河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练○25专案注释（可空白）○26显示档案路径○27延展专案注释字段○28目前项目所使用之单位（英制USCustomaryUnits或公制SI）3.2建立新项目1.选取”File”下的”NewProject”，如下图。（1）填入「专案名称」（2）填入「专案檔名」（4）按下OK3.按下”确定”键。（3）选取档案存取磁碟路径4.完成建立新项目，主窗口会显示「项目名称」及档案存取磁盘路径。2.选取”NewProject”后会跳出新窗口。填入专案名称，如下图。完成后按下”OK”键。「专案名称」项目文件名及档案存取磁盘路径78河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练㆕、建立河道几何㈾料4.1开启「河道几何㈾料」编辑窗口1.按下主窗口第3个按钮后开启「河道几何数据」编辑窗口。2.「河道几何数据」编辑窗口说明如下○1○2○3○4○5○6按下后开启「河道几何数据」编辑窗口○7○8○9○10○11○12○13○14○15○16○1加入新河段（Reach）至河系图层（Scheme）○2加入新蓄水区（StorageArea）至河系图层○3连接河系图层中的两个蓄水区○4加入抽水站（PumpStation）至河系图层910河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练○5设定河道里程○6加入及编辑河系图层的背景图片○7编辑汇流点（Junction）○8编辑或新增断面数据○9编辑或新增桥梁（Bridge）、涵洞（Culvert）资料○10编辑或新增主流向结构物（InlineStructures），如堰坝（Weir/Embankment），闸门（Gate）○11编辑或新增侧流向结构物（LateralStructures）○12编辑蓄水区数据○13编辑蓄水区连接数据○14编辑抽水站数据○15编辑变量流模式的水力参数○16河系图层编辑区4.2建立河系图层1.按下「加入新河段」。按下「加入新河段」按钮1112河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练2.按下「加入新河段」后会出现”一支画笔”，将画笔放在河系图层编辑区任一点，单击鼠标左键设定河段起点，然后移动画笔至编辑区另一点，快速按二下鼠标左键设定河段终点。3.设定河段终点后会自动跳出一个小窗口，填入河系及河段（或支流）名称后，按下OK键。（1）单击鼠标左键设定河段起点（1）输入河系名称（2）移动画笔至编辑区另一点，快速按二下滑鼠左键设定河段终点（3）按下OK（2）输入河段（或支流）名称1314河川及区域排㈬㈬理计算实务演练河川及区域排㈬㈬理计算实务演练4.按下OK键后，河系及河段（或支流）名称会出现在直线两侧，至此即完成单一河川之基本图层。5.如果要加上支流，则重复1、2步骤