HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用
HEC-RAS模型在桥梁阻水壅高计算中的应用
水 高度 相 差 不 大 ，取 得 了较 好 的 效 果 ．值 得 推 广应 用 ， 【 关 键 词 】ＨＥ Ｃ ． Ｒ ＡＳ模 型 ；桥 梁 ； 阻 水 壅 高 ；应 用 【 中 图分 类 号 】Ｔ ｖｌ ３ １ ． ４ 【 文 献标 识码 】Ａ 【 文章编号 】１ ０ ０ ８ — １ １ ５ ｌ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ ． ０ ０ ７ ２ － ０ ３
Ｔｈ ｅ Ｈ ＥＣ ・ ＲＡＳ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｂｒ ｉ ｄｇ ｅ ｉ ｎ ｄｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｉｏ ｔ ｎ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｈ ｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ ｈ ｏ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ’ ｓ ｉ ｆ ｎ ｅ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ ｂ ａ ｃ ｋ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｐ ｕ ｐ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｅ ｋ ｂ ｉｄ ｒ ｇ ｅ， ＨＥＣ —
总第 １ ５卷 １ ６ ６期 ２ ０ １ ３年 ６月
大 众 科 技
Ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ａ ｒ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
HEC-RAS在洪水模拟中的应用
HEC-RAS在洪水模拟中的应用Application of HEC-RAS in simulation of flood 摘要：HEC-RAS是一款河流水力分析程序，在国外及台湾地区已得到广泛应用。
本文结合小沂河治理工程，简述HEC-RAS的研发过程、基本原理、功能特性，介绍该程序运行前的准备工作、运作流程及其在洪水模拟中的应用效果，得出几点结论，希望对HEC-RAS的推广有所裨益。
关键词：HEC-RAS；洪水模拟；水面线1 前言随着为期三年、轰轰烈烈、卓有成效的“山东省小型病险水库除险加固工程”进行攻坚收关阶段，我省水利工作下一步将转入河流防洪整治。
加强中小河流治理作为国家公共服务重点工程防洪减灾的重要内容和水利建设的主要任务，已明确列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《水利发展“十二五”规划》。
水利部、山东省水利厅已颁布相关文件（水利部办规计[2008]211号《关于做好重点地区中小河流治理规划编制工作的通知》、鲁水规计字[2008]143号《关于做好重点地区中小河流治理规划编制工作的通知》），为中小河流治理指明了方向。
为此，邹城市政府启动小沂河治理工程，以此作为河流治理试点，为河流治理工程全面展开积累经验。
本文结合小沂河治理工程，介绍HEC-RAS模型在洪水模拟中的应用，希望对HEC-RAS的推广有所裨益。
2 HEC-RAS简介HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心（Hydrologic Engineering Center，HEC）编制的河流水力分析程序（River Analysis System，RAS），其第一个版本(HEC-RAS1.0)发布于1995年,此后,先后发布了多个升级版本。
该程序为全 Windows 图形界面，操作简单，可以计算恒定流、非恒定流，可模拟桥梁、涵洞、溢流坝，可定义死水区、堤线等等。
该程序采用的公式都可以在武汉水院编的《水力计算手册》找到。
hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的应用
hec-ras模型及其在桥梁阻水壅高计算中的应用1. 桥梁阻水壅高问题的背景与意义桥梁是现代交通建设的重要组成部分，其安全性和可靠性对交通运输的顺畅至关重要。
然而，桥梁在面对洪水等自然灾害时，往往面临着阻水壅高的问题，这不仅会对桥梁自身造成破坏，还会对周边地区造成严重的洪灾。
因此，研究桥梁阻水壅高问题具有重要意义。
2. 桥梁阻水壅高问题的基本原理桥梁阻水壅高是指在洪水等自然灾害中，河道中流速增大、流量增大时，在桥墩、墩台、拱顶等部位形成临时性堰塞现象。
这种堰塞现象会导致河道上游形成较大的涌浪和涌浪泄流过程中产生较大压力和力矩，在河道上游形成较大涌浪和压力作用下产生较大冲击力。
3. HEC-RAS模型在桥梁阻水壅高计算中的应用HEC-RAS（Hydrologic Engineering Centers River Analysis System）是美国陆军工程兵中心开发的一种水力学模型软件，用于模拟河流和河道的水流情况。
在桥梁阻水壅高计算中，HEC-RAS模型可以通过建立河道的数学模型，计算桥梁所在位置的水流情况，从而预测桥梁阻水壅高的可能性。
4. HEC-RAS模型建立与参数设置在使用HEC-RAS模型进行桥梁阻水壅高计算前，需要进行一系列的建立和参数设置工作。
首先，需要通过测量和调查获取河道几何形态数据，并进行数字化处理。
其次，需要收集和整理相关流量数据，并进行输入。
然后，在HEC-RAS软件中建立数学模型，并设置相关参数如河床摩阻系数、边界条件等。
最后，通过对所建立的数学模型进行验证和调整。
5. HEC-RAS模拟与分析在完成HEC-RAS模型建立与参数设置后，可以进行桥梁阻水壅高计算。
首先，在HEC-RAS软件中输入预测洪峰流量、洪峰时刻等数据，并选择相应的计算方法如一维或二维方法等。
然后，在计算过程中观察分析水流速度、水位、流量等参数的变化情况，以及桥梁所在位置的水流情况。
最后，根据计算结果，评估桥梁阻水壅高的可能性和严重程度。
基于HEC-RAS模型的克什米大桥防洪评价中的壅水计算
ＹＥ Ｐｅ ｉ ，Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ — ｂ ｉ ｎ ｇ，ＺＥＮＧ Ｙ０ ｎ ｇ － ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ
（ Ｘ ｉ Ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ，Ｓ ｗ ｈ ｕ ａ ｎ ６ １ ０ ０ ３ ９ ，Ｃ ｈ ／ ｎ ａ ）
面积及水流 流速 。通过对 Ｈ Ｅ Ｃ—Ｒ Ａ Ｓ模拟结果与 Ｙ ａ ｒ ｎ ｅ ｌ ｌ 经验公式 计算结果 进行 比较 ， 发 现水位 壅高值
相差不 大。因此 ， Ｈ Ｅ Ｃ—Ｒ Ａ Ｓ 模型对 于桥梁 阻水 壅高 的计算可靠 ， 便于分析 ， 可在设计 工作 中推广应 用。
关 键词 ： 克什米大桥 ； Ｈ Ｅ Ｃ —Ｒ Ａ Ｓ 模型 ； 壅水 ； 河道水面线 中图分 类号 ： Ｔ ｖ ８ ７ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ２ 一ｌ １ ４ ４ （ ２ ｏ １ ４ ） ０ ６ ＿ ＿ ０ ０ ０ ９ —ｏ ５
ｈｅ ｔ ｂ ａ ｃ ｋ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ｉ ｈｔ ｇ ｉ ｓ ｆ ａ ｉ ｒ ｌ ｙ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ， ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｂ ｔ ｉ ａ ｎ ｅ ｄ ｈｒ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｎａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｅ ａ ｓ ｉ ｌ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｔ
１ ０ ０ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ｎｄ ａ １ ０ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ．Ｂｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ｓ ｏ ｆ ＨＥＣ—ＲＡＳ ｍｏ ｄｅ ｌ ，ｔ ｈｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ，
HEC-RAS一维恒定流模型在水面线计算中的应用研究
376.30
376.29
376.96
376.98
377.99
377.95
379.40
379.69
差值/m
0.00 0.23 0.08 0.07 0.10 0.36 0.15 0.11 0.05 0.40 0.70 -0.04 -0.02 0.28 -0.20 0.05 -0.07 0.69 -0.01 0.02 -0.04 0.29
1 HEC-RAS 软件简介
HEC- RAS 软 件 是 由 美 国 陆 军 工 程 兵 团（US Army Corps of Engineers）工程水文中心（Hydrologic Engineering Center）研发的一种多用途，可在多用户网络环境中交互 使用的河流分析系统（River Analysis System）。HEC-RAS 软件包含了四个水动力模块：恒定流水面线计算；一维、
真实准确。
2.2.3 输入糙率（曼宁系数 n ）数据。HEC-RAS 可
根据断面不同地类设置糙率，或根据断面不同水位（水
深）设置糙率，本次计算根据河道特征进行综合分析类
比，选取糙率主河槽 0.025、滩地 0.035、水塘 0.045、旱田
0.06、村屯 0.07、林地 0.15。
2.2.4 输入水流数据和边界条件。HEC-RAS 软件
Research on Application of HEC-RAS One-dimensional Constant Flow Model in Water Surface Line Calculation
ZHANG Chong
（Jilin Province Water Resource and Hydropower Consultative Company，Changchun Jilin 130021）
HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用
HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用摘要：介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS 模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线，分析了桥梁建设前后上游河道水位的壅高，并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证，结果表明两者的计算值相差均较小，HEC-RAS模型用于跨河桥梁的壅水计算是合适的。
关键词：HEC-RAS模型；防洪；壅水高度；水面线0 引言随着社会经济的发展和需要，河道中出现越来越多的涉河工程，这些跨河桥梁的的建设侵占行洪断面[1]面积，造成河道水位壅高，对河道防洪产生了较大影响。
根据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行）的规定，对占用河道断面，影响洪水下泄的阻水建筑物，应进行壅水计算。
本文基于HEC-RAS[2]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。
1 HEC-RAS模型介绍HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心（USACEHEC）开发的河流分析系统（RAS）软件，主要由河流恒定流模型、非恒定流模型、泥沙分析模型、水质分析模型、以及水力设计模块等组成，其在河道水力分析计算中有着广泛应用，且软件经过工程验证，是国际上有名的水文水力工程软件之一。
HEC-RAS 软件通过不同子模型可以模拟不同设计方案的河道沿程水位、水质变化分析，以及泥沙输移变化规律等，各子模型的地形文件可以很好地处理各种涉河建筑物如桥梁、涵洞、侧向堰、拦河闸坝、阻水障碍物等，同时可生成河道横断面图、水位～流量过程曲线、河道三维断面图等各种分析图表，为河道整治[ 3,4] 、两岸淹没风险分析、防洪堤建设、涉河建筑物设计、模拟溃坝洪水[5] 等方面决策提供服务，使用十分便捷，可以大大减小计算工作量。
1.1基本原理HEC-RAS 软件包括图形界面、水力分析模块、资料输入与管理模块、以及结果输出模块等功能。
用户操作界面见图1，该界面可以进行新建工程，地形和流量文件编辑与管理，并根据不同模拟需求进行恒定流、非恒定流、泥沙、水质分析等。
HEC_RAS在溢洪道水面线计算中的应用_侯艳
HEC -RAS 在溢洪道水面线计算中的应用侯艳,王龙(四川远河水利规划设计咨询有限公司,四川成都 610041)摘 要:HEC -RA S 软件是一款在国内外河道水面线计算中广泛运用的软件,但是在中小型水库溢洪道水面线计算中应用较少。
通过工程实例将HEC -R AS 计算结果与传统水面线计算结果相比较,该软件计算溢洪道水面线既省时又精确,还可获得流速、水头等其它结果,所以可在今后的设计中推广应用。
关键词:HEC -RA S ;溢洪道;水面线;逐段求水深中图分类号:TV651.1;TV131.4 文献标识码:A 文章编号:1006-3951(2012)04-0033-03DOI :10.3969 j .is sn .1006-3951.2012.04.010Application of HEC -RAS to Calculation ofWater Surface Profile of a SpillwayHOU Yan ,W ANG Long(Sichuan Yuanhe Hydro Planning and Design Consulting Co .,Ltd .,Chengdu 610041,Sichuan ,China )A bstract :HEC -R AS is a software which has widely been used in calculation of river channel water surface profiles at home and abroad ,but not in calculation of spillway water surface profiles for medium and small size water reservoirs .The comparison made between the HEC -R AS based calculation results and the traditional water surface profile calculation re -sults for the practical engineering projects sho ws that the calculation of spillway water surface profiles using HE C -R AS software is quicker and more precise ,and in addition more results such as flow velocity and water head could be ob -tained .Therefore it can be spread and used in the future design .Key words :HEC -R AS ;Spill w ay ;water surface profile ;water depth calculation in sections0 前言HEC -RAS 是一款可以完成一维恒定流和非恒定流的河道水力计算软件,在国内外河道水面线推算中已得到广泛应用。
HEC-RAS 在溢洪道水面线计算中的应用
HEC-RAS 在溢洪道水面线计算中的应用发表时间：2020-09-17T03:32:31.191Z 来源：《建筑细部》2020年第14期作者：陈秋锋李红丽[导读] HEC-RAS软件现普遍应用于河道水面线推求，但在中小型水库溢洪道水面线中应用较少。
现状中的有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，此类溢洪道水面线时传统方法计算较为不便。
北京水务咨询有限公司北京市 10048摘要：HEC-RAS软件现普遍应用于河道水面线推求，但在中小型水库溢洪道水面线中应用较少。
现状中的有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，此类溢洪道水面线时传统方法计算较为不便。
本文通过工程实例利用HEC-RAS软件计算水面，该软件计算溢洪道水面线高效精确，同时还能获得横断面形态图、流量及水位过程曲线、复式河道三维断面图等结果，所以可在设计中应用。
关键词：HEC-RAS；溢洪道；水面线前言：HEC-RAS可建立河道稳定和非稳定流一维水力水力分析模型，普遍用于河道水面线推求。
但在溢洪道计算中尚未普遍应用。
传统溢洪道水面线计算主要根据一维能量方程，利用逐段求水深法，计算思路是先给定个断面位置，再冲控制断面出发逐个计算出下一个断面的水深。
但是现状水库安全评价中，发现有些溢洪道只设宽顶堰，直接采用现状山区河道作为泄槽，在这种情况下利用传统方法，不仅需要大量试算，而且计算不准确，但采用HEC-RAS只需输入断面，设好参数，就可以得出水面线，为设计节省大量时间。
1 HEC-RAS软件简介HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的水面线计算软件包。
HEC-RAS适用于河道稳定和非稳定流一维水力计算，其功能强大，可进行各种涉水建筑物（如桥梁、涵洞、防洪堤、堰、水库、块状阻水建筑物等）的水面线分析计算。
计算溢洪道水面线会用到HEC-RAS软件中的恒定流计算。
HEC-RAS软件计算原理基于一维能量方程，逐断面采用直接步进法推求，对急流缓流和临界流3种流态就行水面线计算。
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HEC-RAS模型在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用
发表时间：2018-10-22T11:08:08.947Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：杨作书[导读] 介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线
杨作书
中水珠江规划勘测设计有限公司海南分公司海南海口 571126 摘要：介绍了HEC-RAS模型计算桥梁壅水的基本原理和应用范围，利用 HEC-RAS模型计算了50年、20年和10年一遇设计洪水频率下跨河桥梁建设前后河道水面线，分析了桥梁建设前后上游河道水位的壅高，并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证，结果表明两者的计算值相差均较小，HEC-RAS模型用于跨河桥梁的壅水计算是合适的。
关键词：HEC-RAS模型；防洪；壅水高度；水面线
0 引言
随着社会经济的发展和需要，河道中出现越来越多的涉河工程，这些跨河桥梁的的建设侵占行洪断面[1]面积，造成河道水位壅高，对河道防洪产生了较大影响。
根据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行）的规定，对占用河道断面，影响洪水下泄的阻水建筑物，应进行壅水计算。
本文基于HEC-RAS[2]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。
1 HEC-RAS模型介绍
HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心（USACEHEC）开发的河流分析系统（RAS）软件，主要由河流恒定流模型、非恒定流模型、泥沙分析模型、水质分析模型、以及水力设计模块等组成，其在河道水力分析计算中有着广泛应用，且软件经过工程验证，是国际上有名的水文水力工程软件之一。
HEC-RAS 软件通过不同子模型可以模拟不同设计方案的河道沿程水位、水质变化分析，以及泥沙输移变化规律等，各子模型的地形文件可以很好地处理各种涉河建筑物如桥梁、涵洞、侧向堰、拦河闸坝、阻水障碍物等，同时可生成河道横断面图、水位～流量过程曲线、河道三维断面图等各种分析图表，为河道整治[ 3,4] 、两岸淹没风险分析、防洪堤建设、涉河建筑物设计、模拟溃坝洪水[5] 等方面决策提供服务，使用十分便捷，可以大大减小计算工作量。
1.1基本原理
HEC-RAS 软件包括图形界面、水力分析模块、资料输入与管理模块、以及结果输出模块等功能。
用户操作界面见图1，该界面可以进行新建工程，地形和流量文件编辑与管理，并根据不同模拟需求进行恒定流、非恒定流、泥沙、水质分析等。
图1 HEC-RAS最新版V5.0.3使用界面
该模型的基本原理介绍如下：
1、恒定流水动力模型
HEC-RAS恒定流水动力模型计算原理基于能量守恒方程，逐断面采用直接步进法推求，可以对急流、缓流和临界流3种流态进行水面线计算，公式如下：
能量守恒方程：
2 案例计算与分析
2.1工程概况
G河是海南省东方市境内流入海的最大一条河流，发源于东方市与乐东县交界的朦瞳岭。
G河流域面积381 km2，河长54.5km，干流平均坡降4.45‰，由东向西流经陀烈谷地经C城镇，最终汇入北部湾。
GC大桥位于G河下游，距出海口约2.5km，河段较顺直，区间无较大支流汇入。
GC大桥设计长300m，21孔，中墩直径为1.15m，过水净宽277m，设计桥面高程9.8~10.8m，桥板厚度1.0m，设计洪水频率1/100。
河段防洪标准10年一遇。
2.2计算参数选取
本次计算地形资料采用2014 年实测地形。
根据工程规模及河道特性，选取河段长4.3km，共设27个计算断面，第18断面为桥址断面。
断面布置见图2。
河道几何资料的建立: (1) 27号断面为上游边界，位于桥址断面上游1.8km 处，经壅水范围估算此处河段不受回水影响且河道地形平缓。
(2) 结合该河段河道情况选取1号断面为下边界，位于桥址下游2.5km。
（3）本次模型流量边界采用不同频率最大洪峰流量，下边界水位采用对应不频率的设计潮位值。
详见表1。