HEC-RAS中文讲义

河川及區域排㈬㈬理計算實務演練1河川及區域排㈬規劃㈬文設計技術研習會河川及區域排㈬㈬理計算實務演練講義主講㆟廖翊鈞㆗華民國㈨㈩㆓年㈩㈪㆓㈩㆔㈰經濟部㈬利署㆗興工程顧問㈳河川及區域排㈬㈬理計算實務演練I目錄㊟意事㊠.........................................III㆒、HEC-RASVERSION3.1.1概貌...........................11.1發展歷史...........................................11.2程式模組...........................................11.3應用領域...........................................11.4其它功能...........................................2㆓、執行計算流程.........................................32.1準備㈾料...........................................32.2定量流數值計算步驟.................................4㆔、建立新專案...........................................53.1起始畫面說明.......................................53.2建立新專案.........................................7㆕、建立河道幾何㈾料.....................................94.1開啟「河道幾何㈾料」編輯視窗.......................94.2建立河系圖層......................................124.3儲存河道幾何㈾料..................................214.4編輯或新增斷面㈾料................................244.5輸入匯流點㈾料....................................314.6輸入橋梁㈾料......................................354.7利用圖形介面修改斷面㈾料..........................494.8加入堤防..........................................604.9加入障礙區........................................64頁次河川及區域排㈬㈬理計算實務演練II4.10加入無效㈬流區域.................................714.11修改曼寧N值.....................................784.12修改擴展、束縮損失係數...........................834.13刪除斷面.........................................884.14刪除河段.........................................93㈤、建立邊界條件........................................985.1輸入及編輯流量和邊界條件..........................98㈥、執行程式...........................................1096.1設定流況及進行計算...............................109㈦、查看結果...........................................1117.1查看橫斷面㈬位成果圖.............................1117.2查看縱斷面㈬面剖線成果圖.........................1167.3查看成果表.......................................119頁次河川及區域排㈬㈬理計算實務演練III㊟意事㊠1.本講義係針對初學者的需求，按照水理計算的步驟撰寫。初學者按照章節順序逐步建立數值模型，應可完成基本水理計算。2.本講義僅說明最基本的輸入需求，未詳盡或進一步說明請參考原使用者手冊（User’sManual）、參考手冊（HydraulicReferenceManual）及應用指引（ApplicationGuide）。（檔案在「HEC-RAS311\手冊\」目錄內）3.HEC-RASv.3.1.1程式的使用及限制請上HEC網站查詢。（檔案在「HEC-RAS311\程式\」目錄內）4.本講義所展示的淡水河數值模型並未按照真實情況建立，請勿用於工程設計。5.「HEC-RAS311\範例\」目錄內所附的steady.exe及unsteady.exe為HEC所提供的範例。6.「範例動畫\」目錄內所附的dambrk_pf_xs.avi、mixedflow.avi及truckeesmaller.avi為HEC所提供。HerbD.avi為以民國91年濁水溪斷面資料在重現賀伯颱風洪水事件條件下的變量流模擬情形。河川及區域排㈬㈬理計算實務演練1㆒、HEC-RASVersion3.1.1概貌1.1發展歷史1.HEC-RAS（HydrologicEngineeringCenter'sRiverAnalysisSystem）由美國工兵團（TheU.S.ArmyCorpsofEngineers）的水文工程中心（HydrologicEngineeringCenter,縮寫為HEC）所開發。2.HEC-RAS最早發展目的是取代HEC-2，第1.0版公佈於1995年7月，隨後出現了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月公佈的3.1.1版。1.2程式模組1.一維定量流分析：延續HEC-2程式。（1）控制方程式：能量方程式。（2）計算方法：標準步推法。2.一維變量流分析：延續UNET程式。（1）控制方程式：質量及動量方程式。（2）離散方法：隱式有限差分法（Implicitfinitedifferences）。（3）計算方法：Newton-Raphson迭代法（Newton-Raphsoniterationtechnique）。1.3應用領域1.洪水位計算（包括定、變量流）。2.結構物影響分析：橋梁、涵洞、堰、溢洪道、冰、抽水站、堤防、障礙物。河川及區域排㈬㈬理計算實務演練23.渠道整治分析。4.淹水分析（包括河道及陸地）。5.橋梁局部沖刷（包括橋墩及橋臺）。6.穩定渠道設計。7.河道輸砂量計算。8.潰壩分析。9.潰堤分析。1.4其它功能1.視窗化介面。2.具有將變量流計算結果製成動畫的功能。3.可結合數位地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）進行大斷面切割，並可將計算結果表現於DTM上（本項功能須利用Arcview軟體進行）。4.未來將整合HEC-6，使程式具備水庫淤砂及河道沖淤計算能力。河川及區域排㈬㈬理計算實務演練3㆓、執行計算流程2.1準備㈾料1.水文分析（1）計畫流量（2）流量歷線、水位歷線（或潮位歷線、水位―流量率定曲線）：用於變量流分析。2.河道斷面資料3.河床質粒徑組成（視需要）4.地圖5.歷史颱洪紀錄（驗證用）6.現地勘查紀錄（植生、障礙物、洪水痕、滯水區域等）7.結構物資料（視需要）河川及區域排㈬㈬理計算實務演練42.2定量流數值計算步驟建立專案（第㆔章）建立河道幾何㈾料（第㆕章）建立邊界條件（第㈤章）執行程式（第㈥章）輸出計算結果（第㈦章）河川及區域排㈬㈬理計算實務演練5㆔、建立新專案3.1起始畫面說明○1開啟專案○2儲存專案○3開啟「河道幾何資料」編輯視窗○4開啟「定量流資料」編輯視窗○5開啟「變量流資料」編輯視窗○1○2○3○5○4○6○7○8○9○10○11○12○13○14○15○16○17○18○19○20○21○23○24○22○25○27○28○26河川及區域排㈬㈬理計算實務演練6○6開啟執行定量流視窗○7開啟執行變量流視窗○8開啟水力計算（包括橋梁沖刷、穩定渠道設計、河道輸砂量計算）視窗○9開啟河道斷面展示視窗○10開啟水面剖線展示視窗○11開啟河段水力參數計算結果展示視窗○12開啟率定曲線計算結果展示視窗○13開啟河道3D計算結果展示視窗○14開啟變量流水位、流量歷線展示視窗○15開啟河道水力特性展示視窗○16開啟單一斷面或結構物水理計算成果展示視窗○17開啟所有斷面計算成果展示視窗○18開啟計算過程中所產生之警告或錯誤通知視窗○19開啟DSS（DataStorageSystem）視窗○20顯示專案名稱○21顯示計畫名稱○22顯示河道幾何資料檔案名稱○23顯示定量流水文資料檔案名稱○24顯示變量流水文資料檔案名稱河川及區域排㈬㈬理計算實務演練7○25專案註釋（可空白）○26顯示檔案路徑○27延展專案註釋欄位○28目前專案所使用之單位（英制USCustomaryUnits或公制SI）3.2建立新專案1.選取”File”下的”NewProject”，如下圖。2.選取”NewProject”後會跳出新視窗。填入專案名稱，如下圖。完成後按下”OK”鍵。河川及區域排㈬㈬理計算實務演練83.按下”確定”鍵。4.完成建立新專案，主視窗會顯示「專案名稱」及檔案存取磁碟路徑。（1）填入「專案名稱」（2）填入「專案檔名」（3）選取檔案存取磁碟路徑（4）按下OK「專案名稱」專案檔名及檔案存取磁碟路徑河川及區域排㈬㈬理計算實務演練9㆕、建立河道幾何㈾料4.1開啟「河道幾何㈾料」編輯視窗1.按下主視窗第3個按鈕後開啟「河道幾何資料」編輯視窗。按下後開啟「河道幾何資料」編輯視窗河川及區域排㈬㈬理計算實務演練102.「河道幾何資料」編輯視窗說明如下○1加入新河段（Reach）至河系圖層（Scheme）○2加入新蓄水區（StorageArea）至河系圖層○3連接河系圖層中的兩個蓄水區○4加入抽水站（PumpStation）至河系圖層○16○1○2○3○4○5○6○7○8○9○10○11○12○13○14○15河川及區域排㈬㈬理計算實務演練11○5設定河道里程○6加入及編輯河系圖層的背景圖片○7編輯匯流點（Junction）○8編輯或新增斷面資料○9編輯或新增橋梁（Bridge）、涵洞（Culvert）資料○10編輯或新增主流向結構物（InlineStructures），如堰壩（Weir/Embankment），閘門（Gate）○11編輯或新增側流向結構物（LateralStructures）○12編輯蓄水區資料○13編輯蓄水區連接資料○14編輯抽水站資料○15編輯變量流模式的水力參數○16河系圖層編輯區河川及區域排㈬㈬理計算實務演練124.2建立河系圖層1.按下「加入新河段」。按下「加入新河段」按鈕河川及區域排㈬㈬理計算實務演練132.按下「加入新河段」後會出現”一支畫筆”，將畫筆放在河系圖層編輯區任一點，按一下滑鼠左鍵設定河段起點，然後移動畫筆至編輯區另一點，快速按二下滑鼠左鍵設定河段終點。（1）按一下滑鼠左鍵設定河段起點（2）移動畫筆至編輯區另一點，快速按二下滑鼠左鍵設定河段終點河川及區域排㈬㈬理計算實務演練143.設定河段終點後會自動跳出一個小視窗，填入河系及河段（或支流）名稱後，按下OK鍵。（1）輸入河系名稱（2）輸入河段（或支流）名稱（3）按下OK河川及區域排㈬㈬理計算實務演練154.按下OK鍵後，河系及河段（或支流）名稱會出現在直線兩側，至此即完成單一河川之基本圖層。河川及區域排㈬㈬理計算實務演練165.如果要加上支流，則重覆