利用HEC-RAS软件计算山洪沟水面线

第11期（总第378期）

［文章编号］1009-2846(2013)11-0005-04

吉林水利2013年11月

利用HEC-RAS软件计算山洪沟水面线

叶

楠，陈永明

长春

（吉林省水利科学研究院，吉林

130022；

长春

吉林省银河水利水电新技术设计有限公司，吉林130022）

［摘要］本文以桦甸市某山洪沟为例，采用HEC-RAS软件，模拟分析了山洪沟在设计频率洪水下的水面线，为山洪沟治理工程的规模确定提供科学依据。计算结果表明，HEC-RAS软件在分析计算山区急流水面线时有较好的适用性，计算结果对工程有利，在山区河道及山洪沟治理工程中推荐使用该软件。［关键词］HEC-RAS软件；山洪沟治理；水面线推求；方法探讨［中图分类号］TV122+.5

［文献标识码］B

1问题提出

水面线计算是河沟治理工程的一项基本工

2HEC-RAS计算原理

HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程

作，水面线推求合理与否直接关系到工程规模的合理性。水面线计算的常用方法有，图解法、简易计算方法及逐段式算法等

[1]

中心（HydrologicEngineeringCenter，即HEC）开发的河流模拟分析软件。该软件可对天然或人工河道进行一维恒定流和非恒定流的水力推演；可计算缓流、急流及混合流等各种流态；还可进行如防洪堤、桥梁、涵洞、堰闸、泵站等涉水建筑物的水面线分析计算；同时，能够生成横断面形态图、流量及水位过程曲线、河道三维断面图等分析图表。该软件操作便捷，适应范围广。

。图解法需要查

图，效率较低，精度受主观影响较大；简易计算法常用于水库回水曲线等快速粗估计算，河道水面线推求很少采用；逐段式算法精度较高，且能利用计算机技术进行电算，适用性广。根据实际工程经验，逐段式算法在推求平原区缓流河道时，基本没有问题，但在推求山洪沟的急流水面线时，往往由于断面流速过大而导致能量方程不收敛，致使推算过程终止。因此，山区急流河道的水面线推求工作往往成为困扰工程设计的主要问题。

吕洪波等通过对“天然河道水面线系统”的研究认为，逐段式算法仅适用于缓流，不适用于急流

[2]

HEC-RAS软件水面线推求原理主要采用以

下方法。

2.1恒定流（SteadyFlow）

恒定流计算基于一维能量方程，采用直接步

进法推求水面线[5]，基本公式如下。

。刘洋等通过“SOBEK软件”及“HEC-RAS软件”

的对比研究，顺利地解决了急流水面线推求问题，并且后者计算的水面线略高于前者，对工程设计偏于安全[3]。

本文将结合桦甸市某山洪沟治理工程实例，介绍HEC-RAS软件在山洪沟治理中的应用，并总结几点使用心得，以供使用者参考。

αvαv

z1+11=z2+22+hr+hj(1)

驻z=z1-z2=hr+hj+驻hv(2)式中：z1、z2为上、下游断面相应水位；α1、α2为

上、下游断面流速系数，山区河流一般取1.5—2.0，或根据相关书籍[1]经验公式计算；v1、v2为上、下游断面平均流速；hf、hj为上下游断面之间的沿程水头损失、局部水头损失；hv为上、下游断面的流速水头之差。

22

［收稿日期］2013-09-26

［作者简介］叶楠(1982-)，，男江苏睢宁人，工程师，硕士，现从事水利水电工程技术研究及推广工作。

-5-

2.2

非恒定流（UnsteadyFlow）

非恒定流计算基于一维连续性方程和动量方

程：

鄣籽w鄣（籽wvi）

+

=0(3)i

鄣v2

i+v鄣v

i鄣vij+鄣p=fi+vjij(4)

i

式中：籽w为水的密度；vi、vj为为断面流速；xi、xj

为为距离；p为压力；fi为质量力；ν为流体的运动粘滞系数。

2.3分叉河口

该软件在处理河道汇流或分流时按以下方法

处理[5]：对于恒定流，分别采用能量方程（EnergyE鄄

quation）和动量方程(MomentumEquation)计算，当

分叉角度对能量损失起决定作用时，建议采用动量法。对于非恒定流，分别采用强制水面法（Force

EqualWSElevation）和能量平衡法（EnergyBalanceMethod），一般推荐使用能量平衡法。

3工程实例

以桦甸市红石镇陈家沟治理工程为实例，介

绍使用HEC-RAS软件推求山洪沟水面线的方法。

3.1工程概况

陈家沟发源于桦甸市红石砬子镇陈家趟子屯

北3.1km处的山谷，流经陈家趟子屯、陈木沟屯、江北二队三个村屯后汇入松花江，控制流域面积

26.56km2，河道长度为11.95km，河道平均比降为48.6‰，局部河段比降达到100‰。由于河道坡降

大，水流急，行洪断面不足，每到汛期，山洪携带泥土砂石，沿陈家沟倾泻而下，山洪冲出河槽，形成山洪灾害，对周围村庄及耕地造成极大威胁。

1991、1992、2010等多个年份发生较大灾情，平常

年份小灾时有发生，因此，对该山洪沟进行治理是十分迫切和必要的。

3.2模拟分析过程

3.2.1输入山洪沟几何数据

1）新建工程，并在几何资料编辑窗口，画出河

道趋势线（建议从屏幕上方向下方画，为准确反映河道形状，可以实测地形图为背景描绘），按软件要求给河道及河段命名。

2）从下游开始依次录入各横断面数据，该数

据由横断面个测量点的相对坐标组成。

-6-

3）确定河道糙率，陈家沟为典型的山洪沟，河

底为砂卵砾石，间有孤石；两侧滩地 …… 此处隐藏：5144字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……