怎么建模HEC-RAS【案例-利用HEC-RAS分析河道建筑对洪水管控的作用】 洪水计算、堤防及岸坡稳定计算、冲淤分析、壅水计算、冲刷计算、水工构筑物建模

背景介绍

人口数量的增长、不合理的区域规划和无计划的工程实践，让洪水对于人类而言变得极具风险。

为了最大程度地减少洪水造成的损害，采取管控措施往往需要在初期执行，为了研究这些管控措施，需要确定河段桥梁和作为调节的水利设施导致的横截面上水位的变化，以及由于自然路面状态引起的水位变化。HEC-RAS就是其中最具代表性的模拟分析软件。

本文的案例底格里斯河(Tigris River)在土耳其境内是仅次于幼发拉底河的第二大河。底格里斯河的总长度为1840公里，其中土耳其在底格里斯河经流区域的部分领土是523公里。

底格里斯流域通常是低海拔山地，但高海拔山地在其北部对当地气候有着重要影响。当地的平均降雨有44%在冬季，38%在春季，3%在夏季和剩下的15%在秋季。

图1：研究范围

研究方法

在确定洪水时，通常使用多年的总降水数据来计算降雨和径流之间的关系。因此，流域的大小将会影响河流的总流量和水文曲线的形状。

通过使用LP3分布，使用了底格里斯河在1946-2000年之间的日最大日流量数据，并且计算出25年一遇，50年一遇，100年一遇和500年一遇的洪水的流量分别为2598.18 m3/s，3209.47 m3/s，3871.28 m3/s和5450.71 m3/s。

曼宁系数在获得完整和准确的水位线中起着重要作用。该值取决于许多因素。通常，如果剖面信息众所周知，则必须更精确地调整曼宁系数。如果没有特殊情况，则可以使用从实验中获得的曼宁系数。

在AutoCAD Civil3D程序的帮助下，沿路径以200 m的间隔，并在左右腔室中创建了2000 m宽的横截面（图2）。由于诸如桥梁之类的水力结构是关键结构，因此通过将这些结构与横截面之间的距离减小至5 m来进行更好的分析。水位线和洪水边界由HEC-RAS计算得到。

图2：河流模型及横截面

研究结果

根据25年一遇的洪水，在底格里斯河上建造的六英尺，七跨度的萨迪桥的最高水位如图3所示。即使对于流量最小的25年一遇的洪水，流量也不足以完全通过萨迪桥（Sadi Bridge）和历史悠久的十眼桥（Ten-Eyed Bridge），而大学桥（University Bridge）则足够。

在建造的第一座桥梁中，25年复发率的洪水水位达到了其梁结构高度，而后来建造的第二和第三座桥的洪水流量承载量是足够的。原因是第一桥的梁结构厚度大于其他桥的梁结构厚度。但是，发现在其余复发洪水流量中，桥的承载量不足。由于萨迪桥有限的断面区域，对于Q25流量来说，洪水泛滥并影响了树苗和鱼苗的生产设施。

图3：25年水位与各桥梁的相对高度

由于社会和生产（育苗，养鱼和水果）设施，肥沃的农地，医院和研究路线中的部分定居点的存在，在这些地区的洪水会导致重大破坏。由于萨底桥（Sadi Bridge）跨度不足，在研究之初的桥梁中，经流这部分的路线变窄了。由于在不同时间并排建造的桥梁的间隙和梁高的差异，在桥梁的纵断面轮廓中可以观察到了显著区别。

图4：河道桥梁 (a)萨底桥（Sadi Bridge）(b)（University Bridge）(c)十眼桥（Ten-Eyed Bridge）

在HEC-RAS中模拟桥梁时，可以发现开放度和高度的差异导致水位增加。由于缺少合适的桥梁结构，落后的定居点和生产设施即使在25年一遇的洪水中也会被淹没。

在HEC-RAS中模拟桥梁时，可以发现开放度和高度的差异导致水位增加。由于缺少合适的桥梁结构，落后的定居点和生产设施即使在25年一遇的洪水中也会被淹没。

洪水应对措施

为了使可能的洪水损失最小化，路线的开垦将导致粗糙度系数的减小，从而导致洪水水位的减小。由于萨底桥（Sadi Bridge）的容量不足，因此需要提高其开扩度。考虑到同一条路线上的大学桥（University Bridge）间隙（约400 m），情况将会更加清楚。同样，由于不可能干预容量不足的历史悠久的十眼桥，因此有可能在基尔克拉尔（Mount Kirklar）山郊建一条与底格里斯河（Tigris River）相连的隧道为防止洪水泛滥导致的破坏。

在水流路线上的Hevsel花园应加以保护使其远离水浸。鉴于位于Hevsel花园上游的大学桥（University Bridge）的空隙足以解决这一问题，并且可以建造分流结构，例如调节器或上游围堰。

在水流路线上的Hevsel花园应加以保护使其远离水浸。鉴于位于Hevsel花园上游的大学桥（University Bridge）的空隙足以解决这一问题，并且可以建造分流结构，例如调节器或上游围堰。

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