HEC-RAS在防洪规划工程中的应用

第１３卷第１期　２　０　１　５年２月　水利与建筑工程学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｅｔｕｒａｌ　Ｖ０１．１３　Ｎｏ．１　

Ｆｅｂ．．２０１　５　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—１１４４．２０１５．０１．０４２　ＨＥＣ—ＲＡＳ在防洪规划工程中的应用　

丰小玲　（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安７１００１６）　

摘要：ＨＥＣ—ＲＡＳ是一款功能强大、简便实用的水面线计算软件，普遍应用于国外的水利防洪规划。　文章结合工程实例，详细介绍了ＨＥＣ的计算原理和方法，并得到了理想的天然河道水面线计算成果。　实践证明，ＨＥＣ不仅能够计算天然河道复杂流态下的水面线，还能直观的判断现状河道的防洪能力，对　防洪规划工程具有重要的指导意义，值得在国内推广。　关键词：ＨＥＣ—ＲＡＳ；水面线计算；天然河道；防洪规划　中图分类号：　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－１１４４（２０１５）Ｏｌ一０２ｏ２—０３　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＥＣ——ＲＡＳ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｆｌｏｏｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　

ＦＥＮＧ　Ｘｉａｏ—ｌｉｎｇ　（ＳＩＮＯＨＹＤＲＯ　Ｂｕｒｅａｕ　３　Ｃｏ．，Ｌｉｄ．，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ　７１００１６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨＥＣ—ＲＡＳ　ｉＳ　ａ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌｉｎｅｓ，ｗｈｉｃｅ　ｉＳ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｉｃ＇ｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｔ　ａｂｒｏａｄ．Ｉｔ’Ｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌｉｎｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ａ　ｎａｔｕｒａｌ　ｒｉｖｅｒ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｉｎ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ａｎ　ａｃｔｕａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ．１ｈｅ　ｒｅ—　ｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＨＥＣ—ＲＡＳ．ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｒｉｖｅｒ　ｃｏｕｒｓｅｓ　ｉｎ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｆｌｏｗ．ｓｔａｔｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅｉｒ　ｆｌｏｏｄ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｊｕｄｇｅｄ　ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ．　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｗｏｒｔｈ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚｉｎｇ　ｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＥＣ——ＲＡＴＳ；ｗａｔｅｒ－－ｓｕｒｆａｃｅ　ｌｉｎｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｎａｔｕｒａｌ　ｒｉｖｅｒ　ｃｏｕｒｓｅｓ；ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　

推求河道水面线是防洪规划工程中的基础性工　作，传统的河道水面线推算方法，即逐段试算法，在　实际应用中非常困难，天然河道流态复杂，往往会浪　费大量的时间而得不到理想的成果。ＨＥＣ—ＲＡＳ水　面线计算软件在设定好计算断面的形状及相关参数　后，就可以较为准确的计算出河道水面线＿１ｊ，节省了　计算时间，为设计工作带来了极大的便利。　

１软件介绍　ＨＥＣ—ＨＡＳ是美国陆军工程兵团水文工程中心　开发的一款水面线计算软件，包括用户界面、水力分　析程序、数据存储与管理、图表管理及资料整理等模　块［　。该系统功能强大，可计算缓流（Ｆｒ＜１）、急流　（Ｆｒ＞１）、临界流（Ｆｒ＝１）及混合流等各种流态。用　于推求平原及山区河道水面线ｌ３１、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、水库淤沙和河道冲淤计算及溃坝　溃堤模拟等＿４］。后期处理可生成横断面形态图、流　量及水位过程曲线、复式河道三维断面图等各种分　析图表，为可视化操作界面ｌ＿４　Ｊ，应用方便简捷，在国　内外河道水面线推求中已得到广泛的应用。　２工程实例计算　本次以镇坪县防洪规划工程为例进行计算，采　用恒定流的方法推算河道水面线。　２．１项目概况　镇坪县位于陕西省安康市东南部，大巴山北侧　腹地。境内最大河流为南江河，镇坪县城区以上流　域面积８３６　ｋｍ２，河长５０．６　ｋｍ，平均比降８．９２％ｃ。属　窄深河床，呈“ｖ”字型，河床由砾石、卵石组成，糙率　较大。南江河蜿蜒曲折，水流湍急，流域内沟壑纵　横、沟深坡陡，这些河（沟）均有流程短、比降大、汇流　快，暴雨时易产生泥石流等特点。　城区现状防洪工程主要都是按照相关规划陆续　

收稿日期：２０１４．１０．１５　修稿日期：２０１４．１１—１７　作者简介：丰小玲（１９８２一），女，山西大同人，硕士，工程师，主要从事水工设计方面的工作。Ｅ—ｍａｉｌ：５５５４８２７７＠ｑｑ．ｃｏｒｎ　第１期　丰小玲：ＨＥＣ—ＲＡＳ在防洪规划工程中的应用　２０３　修建有部分重力式浆砌石防洪堤，长度约２　１８０　ｍ，　高度一般在５　ｍ～８　ｍ，能防御１０　ａ～２０　ａ一遇洪水。　依据《镇坪县城市总体规划》和《防洪标准》，确　定南江河镇坪县城城区段按３０　ａ一遇防洪标准设　防；本次规划旨在重新评价现有防洪堤的防洪能力，　通过ＨＥＣ—ＲＡＳ软件计算河道在设计洪水流量下的　水面线，并确定防洪堤设计堤顶高程。　２．２计算断面布置　镇坪县城规划河段全长５　６００　ｎｌ，起于南江河黄　龙滩大桥，止于樟树潭电站坝址，断面桩号范围为　０＋０００．０００　ｍ至５＋６００．０００　ｍ，共设３３个计算断　面。水面线计算断面布置图详见图１。　樟树潭电站坝址　图１镇坪县城规划河道水面线计算断面布置图　２．３设计洪水流量　本次防洪规划设计标准确定为３０　ａ一遇，南江　河各河段（有支流汇入）相应洪水流量详见表１。　表１规划河段３０　ａ一遇设计洪水流量表　桩号范围　洪峰流量／（ｍ３・ｓ　）　０＋０００．ｏｏｏ　ｍ～１＋８４１．８９７　ｍ　１＋８４１．８９７／ｌｑ一３＋２６３．３６ｏｍ　３＋２６３．３６Ｏ　ｍ～４＋５３６．５３３　ｍ　４十５３６．５３３　ｍ一５＋６（）ｏ．Ｏｏｏ　ｍ　１６１０　１８ｏｏ　１８５０　１８６ｏ　２．４糙率选用　南江河河床组成为小卵石和块石（ｄ＝０．１　ｍ一　０．８　ｍ），结合《陕西省洪水调查资料》南江河镇坪县　城段调查洪水河床糙率采用情况，本次防洪规划计　算河道河槽糙率取０．０４，两岸及滩地糙率取０．０５。　２．５起推水位的确定　ＨＥＣ—ＲＡＳ在边界条件设置中提供了４个选　项：Ｋｎｏｗ　Ｗ．Ｓ．（已知各流量水面高程）、Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｅｐｔｈ　（临界水深）、Ｎｏｒｍａｌ　Ｄｅｐｔｈ（正常水深，即河道比降）、　Ｒａｔｉｎｇ　Ｃｒｕｖｅ（率定曲线）。　本次计算河道下游为樟树潭电站坝址，建坝后　河床水位抬高，水面线计算时，下游边界条件选用　Ｋｎｏｗ　Ｗ．Ｓ．（即设计洪水流量下坝前洪水位），电站　坝址处３０　ａ一遇设计洪水流量为１　８００　ｍ３／ｓ，相应　的洪水位８７１．３７０　Ｉｎ。　２．６水面线计算成果　ＨＥＣ—ＲＡＳ恒定流一维计算成果见表２和图２。　考虑堤防工程安全超高，南江河规划河段现有部分　防洪堤自上游向下分别在断面３２、断面１４、断面９、　断面８和断面５附近的堤顶高程不能满足设计洪水　工况下的行洪要求，堤顶需要适当加高。　

表２　３０　ａ一遇洪水工况南江河行洪能力计算成果表　水利与建筑工程学报　第ｌ３卷　图３和图４分别给出河道防洪堤满足要求和不　满足要求的典型计算断面。对于不满足要求的河　段，可根据计算水面高程和安全超高确定防洪堤的　设计高程。　

８８８　８８６　８８４　８８２　挺８８０　

８７８　８７６　８７４　

图２　３０　ａ一遇洪水工况下南江河行洪能力计算成果图　０　１０　２０　３０　４０　５Ｏ　６Ｏ　位置／ｍ　

图３　防洪堤满足泄洪要求的典型计算断面　

图４防洪堤不满足泄洪要求的典型计算断面　３结论及建议　通过上述实例展示，笔者认为，ＨＥＣ—ＲＡＳ软件　

在防洪规划工程中水面线计算方面非常实用，不仅　能够快捷的计算天然河道复杂流态下的水面线计算　问题，还能直观的判断现状河道的防洪能力，对防洪　规划工程具有有效的指导意义。　目前，ＨＥＣ—ＲＡＳ软件在国外水利工程设计中　得到广泛的应用，在国内虽已使用较多，但目前　未　正式出版该软件的中文使用手册，且鲜有关于其在　水利工程中相关应用的深入研究和探讨文献，因此，　ＨＥＣ—ＨＡＳ软件的使用者需具备较高的英语水平以　及在使用过程不断摸索，但软件功能强大，计算简　便，非常值得在水利工程中广泛推广应用。　

参考文献：　［１］侯艳，王龙．ＨＥＣ—ＲＡＳ在溢洪道水面线计算中的　应用［Ｊ］．云南水力发电，２０１２，２８（４）：３３—３５．　［２］叶楠，张蔚，白忠亮．ＨＥＣ—ＨＡＳ软件任山区一ｆＩ／Ｊ、　河流治理工程中的应用［Ｊ］．计算机应用，２０１３，（１１）：　７０—７３．　［３］刘　洋，孙晓英，王俊英，等．ＨＥＣ—ＲＡＳ及ＳＯＢＥＫ—　ＲＵＲＡＬ软件推算山区天然河道水面线　］．北京水务，　２００８，（６）：３４—３６．　［４］谢加球，侯凯，王艳苹，等．ＨＥＣ—ＲＡＳ水文分析软件　在水利水电工程中的运用［Ｊ］．人民珠江，２０１３，（４）：２９—　３２