نرم افزار The Hydrologic Engineering Center River Analysis System یا HEC-RAS  توسط مهندسان ارتش ایالات متحده امریکا ساخته شد و به رایگان در دسترس عموم قرار گرفت. برنامه هک راس توانایی مدل کردن کامل شبکه ها ،کانال ها و رودخانه های شاخه ای یا تکی را دارا می باشد  این برنامه می تواند جریان های ماندگار یا ناماندگار ، زیر بحرانی یا فوق بحرانی  را به خوبی ترسیم کند. این برنامه برای طراحی کالورت ازاستاندارد FHWA کمک می گیرد که در سایت سی ویل دفترچه ی طراحی  نیز در صورت نیاز قرار داده شده است.

دیگر ویژگی ها:

• آنالیز جریان ماندگار و ناماندگار
• طراحی کالورت
• طراحی پل
• طراحی سازه های جانبی (Lateral Structures  )
• طراحی سریز ها
• و ...

تجزیه و تحلیل قطعات هیدرولیکی

سیستم HEC-RAS شامل چهار جزء تجزیه و تحلیل رودخانه یک بعدی برای: (1) محاسبات پروفیل سطح آب در جریان ثابت (2) شبیه سازی جریان ناپایدار (3) محاسبات انتقال رسوب مرز متحرک و (4) تجزیه و تحلیل کیفیت آب است. یک عنصر کلیدی، نمایش  تمام چهار جزء با استفاده از داده های مشترک هندسی و با روال محاسبات مشترک هندسی و هیدرولیکی رایج است. علاوه بر چهار جزء تجزیه و تحلیل رودخانه، سیستم، شامل چندین عارضه طراحی هیدرولیکی است که می تواند یک بار پروفایل سطح آب پایه محاسبه شده را مورد استناد قرار دهد.

• پروفیل سطح جریان ثابت آب
• شبیه سازی جریان ناپایدار
• انتقال رسوب/محاسبات مرز متحرک
• تجزیه و تحلیل کیفیت آب

پروفیل سطح جریان ثابت آب

این جزء از سیستم مدل سازی برای محاسبه پروفیل سطح آب جریان ثابت متغیر تدریجی در نظر گرفته شده. این سیستم می تواند یک شبکه کامل از کانال، یک سیستم دندریتیک، و یا یک بازه واحد رودخانه را اداره کند. بخش جریان ثابت قادر به مدل سازی حالات زیر بحرانی، فوق بحرانی، و ترکیب رژیم جریان پروفیل سطح آب است.

روش عمومی محاسباتی براساس حل معادله انرژی یک بعدی است. تلفات انرژی توسط اصطکاک (معادله منینگ) و انقباض/گسترش (ضریبِ ضرب تغییرات در هد سرعت) ارزیابی شده است. معادله حرکت ممکن است در شرایطی که در آن پروفیل سطح آب به سرعت در حال تغییر است استفاده شود. این شرایط عبارت است از ترکیب محاسبات رژیم جریان (به عنوان مثال، پرش هیدرولیکی)، هیدرولیک پل، ارزیابی و پروفیل در تلاقی رودخانه (اتصالات جریان).

شبیه سازی جریان ناپایدار

این جزء از سیستم مدل سازی HEC-RAS قادر به شبیه سازی جریان ناپایدار یک بعدی از طریق یک شبکه کامل از کانال باز است. حل معادله جریان ناپایدار از مدل UNET دکتر Barkau اقتباس شده است (Barkau، 1992 و HEC، 1997). بخش جریان ناپایدار در درجه اول برای محاسبات رژیم جریان زیر بحرانی توسعه داده شد. با این حال، با انتشار نسخه 3.1، مدل در حال حاضر ماژول محاسبات می تواند جریان ناپایدار رژیم ترکیبی (زیر بحرانی، فوق بحرانی، پرش هیدرولیکی، و فراز و فرود) را تحلیل نماید.

    محاسبات هیدرولیکی به صورت مقطع، پل ها، کالورت، و دیگر سازه های هیدرولیکی که برای جزء جریان ثابت توسعه داده شده اند به ماژول جریان ناپایدار، وارد شد. ویژگی های خاص مولفه های جریان ناپایدار عبارتند از: تجزیه و تحلیل شکست سد؛ نفوذ خاکریز و overtopping. ایستگاه های پمپاژ. عملیات پیمایش سد و سیستم لوله های تحت فشار.

انتقال پایدار/محاسبات مرز متحرک

این بخش از سیستم مدل سازی به شکل کلی برای شبیه سازی یک بعدی انتقال رسوب/محاسبات مرز متحرک آبشستگی و رسوب در دوره های زمانی متوسط در نظر گرفته شده است (به طور معمول سال، اگر چه برنامه های کاربردی برای وقایع سیل واحد نیز امکان پذیر است).

پتانسیل انتقال رسوب توسط بخش محاسبه اندازه دانه صورت می پذیرد، در نتیجه این امکان را به شبیه سازیِ دسته بندی هیدرولیکی می دهد. ویژگی های اصلی عبارتند از توانایی مدل سازی یک شبکه کامل از جریان، لایروبی کانال، گزینه های مختلف آب بند و نفوذ، و استفاده از چندین معادله مختلف برای محاسبه انتقال رسوب.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

این مدل برای شبیه سازی روند بلند مدت آبشستگی و رسوب در یک کانال جریان که ممکن است به تغییر دوره بازگشت و مدت زمان تخلیه آب و سطح آن، یا تغییر هندسه کانال منجر شود طراحی شده است. این سیستم همچنین می تواند برای ارزیابی رسوب در مخازن، انقباضات مورد نیاز کانال طراحی برای حفظ عمق ناوبری، پیش بینی تاثیر لایروبی بر نرخ رسوب، برآورد حداکثر آبشستگی ممکن در حوادث بزرگ سیل، و ارزیابی رسوب در کانال بکار رود.

تجزیه و تحلیل کیفیت آب

این بخش از سیستم مدل سازی برای امکان دهی به کاربر جهت انجام تجزیه و تحلیل کیفیت آب رودخانه در نظر گرفته شده است. ماژول معادله همرفت-پراکندگی در این نسخه از نرم افزار HEC-RAS شامل، اضافه شدن قابلیت مدلسازی درجه حرارت آب است. این ماژول جدید با استفاده از طرح عددی مشخص QUICKEST-ULTIMATE برای حل یک بعدی معادله همرفت پراکندگی با استفاده از یک روش حجم کنترل با یک بودجه انرژی حرارتی به طور کامل اجرا شده است. تجزیه و تحلیل انتقال و ردیابی یک مجموعه محدود از ترکیبات کیفیت آب در HEC-RAS در حال حاضر نیز در دسترس است. ترکیبات کیفی آبی که در حال حاضر در دسترس می باشد، عبارتند از: نیتروژن محلول (NO3-N، NO2-N، NH4-N، و ORG-N)؛ فسفر محلول (PO4-P و ORG-P). جلبک ها؛ اکسیژن محلول (DO)؛ و کربن بیولوژیکی و اکسیژن مورد نیاز (CBOD).

برای کسب اطلاعات بیشتر از جزئیات چگونگی استفاده از قابلیت های کیفیت آب در HEC-RAS، لطفا فصل 19 کتابچه راهنمای کاربر را بررسی کند.

ذخیره سازی و مدیریت داده ها

ذخیره سازی داده ها از طریق استفاده از فایل های "تخت" (ASCII و باینری)، و همچنین به شکل بهره گیری از مدل HEC-DSS انجام می شود. داده های ورودی کاربر در فایل های جریان تحت دسته جداگانه ای از پروژه، پلان، هندسه، جریان ثابت، جریان ناپایدار، و داده رسوب ذخیره می شود. داده های خروجی عمدتا در فایل های باینری جداگانه ذخیره می گردند. بعلاوه داده می تواند بین HEC-RAS و دیگر برنامه های با استفاده از HEC-DSS منتقل شود.

مدیریت داده ها از طریق واسط کاربر انجام می شود. مدل ساز ورود نام یک فایل برای پروژه در حال توسعه را طلب می کند؛ هنگامی که نام فایل پروژه وارد شد، تمام فایل های دیگر به صورت خودکار ایجاد شده و به وسیله واسط های مورد نیاز و مرتبط، نام گذاری می گردند. واسط یا رابط کاربری برای تغییر نام و حذف فایل ها به شکل پروژه-به-پروژه امکانی را فراهم می کند.

گرافیک و گزارش

گرافیک شامل پلات XY شماتیک سیستم رودخانه، مقطع، پروفیل، منحنی رتبه بندی، هیدروگراف، و بسیاری دیگر از متغیرهای هیدرولیکی است. امکان پلات سه بعدی از چند مقطع نیز ارائه شده است. خروجی جدولی در دسترس است که کاربران می توانند از جداول از پیش تعریف شده انتخاب کرده و یا به توسعه جداول سفارشی خود بپردازند. تمام خروجی های گرافیکی و جدولی می توانند بر روی صفحه نمایش، به طور مستقیم به یک چاپگر (یا پلاتر) ارسال و یا از طریق ویندوز در نرم افزار های دیگر مانند یک واژه پرداز و یا صفحه گسترده نمایش داده شده، و یا حتی به شکل مستقیم کپی شود. در ضمن باید اشاره کرد که گزارش ها می توانند به شکل مقدار و نوع اطلاعات مورد نظر سفارشی گردند.

نقشه بردار RAS 

نرم افزار HEC-RAS دارای قابلیت انجام نقشه برداری طغیان رود بر اساس نتایج پروفیل سطح آب و به طور مستقیم از HEC-RAS است. به این صورت که با استفاده از هندسه HEC-RAS و پروفیل سطح آب محاسبه شده، عمق آب گرفتگی و دشت سیلابی، مجموعه داده های مرزی از طریق نقشه بردار RAS ایجاد می شود.

اطلاعات اضافی جغرافیایی می تواند برای تجزیه و تحلیل سرعت، تنش برشی، قدرت جریان، ضخامت یخ، و داده های طغیان مسیر سیل ها تولید شود. به منظور استفاده از نقشه بردار RAS برای تجزیه و تحلیل، شما باید یک مدل رقومی زمین در قالب رستری نقطه-شناور باینری (flt.) داشته باشید. شبکه عمق حاصله در فرمت flt ذخیره شده در حالی که مجموعه داده مرز ذخیره در فرمت shapefile ESRI برای استفاده با نرم افزار های جغرافیایی می باشد.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح