HEC-RAS模型中水泵的设置

HEC-RAS模型中水泵的设置,第1张

在HEC-RAS中,泵站可以于两个存储区间、两个2D区间、储存区与2D区间、存储区与一维河道间、一维河道与2D区,甚至从一网格单元至另一网格单元。下面以两个2D区间为例进行说明。

      选择几何数据编辑器顶部的Pump Station绘图工具,并在2D区域合适位置单击即可在该位置添加一泵站,同时泵站编辑器将打开,要求用户输入泵站的名称,命名完成后,从侧边栏选择Pump Station打开进入泵站数据编辑器。   

            泵站数据编辑器主要包括Pump Connection Data、Pump Group Data、Advanced Control Rules三个选项卡,下面依次介绍这三个选项卡设置。

        Pump Inlet表示泵从哪里抽水,选择区域可以是储存区、2D水流区或者一维河段。选择RS...设置河段桩号位置,选择SA/2D...选择位置储存区或2D水流区。Pump Outlet设置同Pump Inlet。

      Optional On-Off Monitor Reference:默认情况下,软件根据Pump Inlet位置来确定泵站何时开启或关闭,但我们可以选择设置其它位置来确定泵站何时开启或关闭,其它位置可以是存储区、2D水流区(当使用2D水流区时,必须添加参考点)或一维河段某一桩号。

      Highest elevation in pump line(Require):此选项允许用户输入泵管线最高标高。可能有用的一个例子是,当泵站被用来在堤坝上抽水,此时将水抽过堤坝所需水头不能完全由水位差来量化 ,因此,有必要输入堤坝最高点高程,以准确计算泵流量。

      Steady Flow Optimization:此选项仅用于恒定流量,在计算水面线时,如果泵从河段抽水或抽至河段,应考虑进入或流出河段的流量,但水面线局部变化会影响泵的流量计算。因此,为了准确地计算这一点,必须反复计算泵的流量以及水面线,直到在河流流量与泵流量之间找到平衡。这个优化特性不是由稳定流计算程序自动完成的,用户可通过选择Steady Flow Optimization,使HEC-RAS计算时采用该优化特性。

        Pump Group:默认情况下,第一个泵组称为“Group#1”,第二个泵组称为“Group#2”等。可通过单击Rename Group按钮来重命名。

      Add Group:用于添加新的泵组。如果要求不同的泵具有不同的流量,并使用不一样的泵效率曲线,则必须添加新的泵组。

      Bias group operations to On:此项仅适用于稳定流计算,勾选时,当初始水面处于泵开启和关闭高度之间,软件将假定泵已打开。未勾选时,软件则认为泵处于关闭状态。

        Startup time(min):此项仅用于非稳定流。当泵被触发开启时,默认状态是泵立即开启,并在下一个演算时间开始泵送至满流量。此选项允许用户输入启动时间,在此时间内,泵将逐步从零流量转换到满容量。此选项可防止在泵开启时流量变化太大导致的非稳定流计算不稳定。

        Shutup time(min):同上,是针对泵关闭时的状态。

        Width:仅用于泵管线显示到几何数据视图里的宽度。

        Number of pump in this group:用于表示当前泵组中相同泵的数量。需要注意的是相同的泵必须使用相同的泵效率曲线,但可以有不同的开启和关闭高度。

      Pump Efficiency Curve表格:此表需要输入泵站效率曲线,显示的是静水头与流量关系。

      需要注意的是该水头与流量关系是必须已经考虑过泵线中所有能量损失得到的曲线。

      Pump Names and Base WSEL On/Off:默认情况下,触发泵开启和关闭的位置在泵抽水入口位置(除非在Optional On-Off Monitor Reference特殊设置)。一般情况下,泵的开启高度必须高于泵的关闭高度。此外,还必须为所有泵指定触发高度。如果输入的泵关闭高程高于泵开启高程,则当水面低于泵开启高程时,泵保持开启直到水面高于泵关闭高程。

      Pump GIS Data:包含各个泵的GIS坐标的表。单击泵名称表中的某一泵行信息(如果选择了Pump#1),则泵坐标表中的X、Y坐标显示的是Pump#1位置信息。仅在将泵连接到2D水流区域时,才需要输入泵的X,Y坐标。

        Advanced Control Rules选项卡的顶部有添加新规则、删除规则和复制规则功能。

      单击“添加新规则”按钮将打开HEC-RAS规则类型编辑器,它允许用户从“规则类型”列表中选择一个新规则。

      第一种规则类型,Always apply this rule将运用于整个模拟周期内。

      第二种规则类型,Apply Based on Target Flow仅在当指定目标位置超过目标最小值和/或最大流量(大于设置的最大值或小于设置的最小值)时应用。流量监测位置可以一维河段断面位置或存储区;

      第三种规则类型,Apply Based on Target WS仅在指定的水位目标位置超过设置最小值和/或最大值(水位大于指定的最大值或小于指定的最小值)时应用。

      第四种规则类型,基于日/小时应用,仅在用户指定的时间窗口期间应用。用户输入开始日期和时间,以及结束日期和时间。指定的最大和最小流量仅在用户指定的时间窗口内应用于泵站。

      第五种规则类型,基于天/小时和流量的应用,是用户指定的时间窗口和用户指定的流量监控位置上的最大和/或最小流量目标的组合。

      最后一种规则类型,基于天/小时和水位的应用,是用户指定的时间窗口和用户指定的水位监控位置上的最大和/或最小水位目标的组合。

      用户可以为每个泵站指定任意多的规则。这些规则将按照被输入的顺序(也就是在编辑器中的排序)应用于泵站。用户可以使用上下箭头按钮来移动规则。

       HEC-RAS能够在2D水流区域内添加水工结构。可通过使用SA/2DArea Conn工具在2D水流区内建立一个水工结构。水工结构类似于HEC-RAS中break line,用户可以沿着该水工结构线划分网格,并控制网格单元的大小,见图1。

SA/2D水力连接可用于模拟二维流动区域内的各种结构。越过结构顶部的流动可以用堰方程或完整的二维方程来建模。此外,还可以选择为独立的出口添加闸门、涵洞、额定值曲线和流量的时间序列。这些出口类型的任何组合都可以被使用。此外,用户现在可以为每个液压出口(涵洞、闸门、额定值曲线和时间序列出口)的上游和下游端部指定X和Y的地理空间坐标。

要在二维流动区域内添加水工结构,请执行以下 *** 作:

1.首先,选择标记为SA/2DArea Conn的几何数据编辑器顶部的绘图工具。然后直接在水工结构的中心画一条线(注意:这条线必须由左岸划到右岸,程序依据此来识别临水侧和背水侧)。这条线将代表水力结构,用于连接一侧的二维流动区域单元到另一侧的结构。该界面将要求定义水工结构的名称。这种结构的中心线也可以在HEC-RASMapper中绘制。

2.接下来,修改二维流区域网格,使网格单元沿水工结构线两侧分布。可左键单击水工结构中心线,并选择Edit Internal Connection  (Break Line) Cell Spacing选项。在之后d出的窗口输入网格单元最小和最大间距。默认情况下,它将沿着水力结构中心线使用单元间距的标称单元尺寸,但用户可以改变沿着结构的单元间距,以获得沿着水力结构的更多细节。这一步是可选择的,一般来说,沿着结构中心线建立具有适当大小网格单元是一个好主意。接下来,左键单击水工结构中心线,并在二维流动区域中选择Enforce Internal Connection as Break Line in 2D Flow Area选项。单击此选项后,软件将使用根据结构中心线和单元间距信息来沿着结构的中心线创建沿中心线的网格单元。这是正确划分2D网格来加入水工结构数据(Station-高程数据;涵洞、闸门、缺口等)的必要步骤。

例如,如图3-43所示,在2D流动区域内一堤坝被建模为一个水工结构。2D流区网格单元被修改,使堤坝两侧的网格排列在堤坝的顶部。这需要沿着水工结构中心线增加足够小的单元间距,以获得更好的局部信息。可能你不希望这些网格太小,因为这可能会导致一些网格沿着堤坝分布,这样会使得这部分网格高程与下游相邻网格高程差距过大,当水流超过堤坝时,堤坝背面高程较大细胞可能会导致模型出现稳定性问题。所以,使网格大一点,以包围堤岸斜坡和部分远离堤底区域。

3.接下来,选择几何数据编辑器左侧面板上的Storage Area/ 2D flow area Hydraulic Connection (SA/2D Area Conn)编辑器。这将打开图2中所示的编辑器。

        用户可以使用Weir/Embankment Editor编辑器为与自然地面相同或更高的结构定义高程数据。此外,还可以在水工结构中增加涵洞、闸门开口、额定值曲线和时间序列出口过程。用户进入的堰线(站—高程数据)、涵洞和闸门开口不允许低于它们所连接网格单元最低高程。然而,缺口最小高程也可能比它所连接的网格单元要低(当这样设置时,会得到一个警告信息)。如果缺口也低于它所连接的单元,HEC-RAS 将在缺口侵蚀到地面高程以下时自动动态降低网格高度(上游和下游)。然而,它只会降低两侧结构中心线旁边的单元。

      编辑器显示的黑线表示内部水力结构两侧网格的最小高程。这些线向用户展示了水工结构如何连接到结构两侧二维单元的高程和位置。用户可以点击其中任意一条线,获取连接的网格号码,以及单元格的位置(沿水工结构的位置)和高程。此外,该网格将在几何数据编辑器上突出显示,并可看到该网格在空间上的位置。

       用户可以选择漫过结构顶部(溢出计算方法)是由Weir Equation计算还是由Normal 2D Equation Domain计算。如果选择 Weir Equation,则使用堰方程计算水力结构顶部的所有流量。如果选择 Normal 2D Equation Domain,则将结构顶部的流量计算为网格之间的正常二维流量。在任何一种情况下,通过涵洞和闸门的流量都要分别计算出来,并连接在涵洞或闸门两侧的单元之间。对于高度淹没的结构,其流量不像堰流,二维方程通常会得到更好的结果,但二维方程不适合传统的堰流。

注意:如果结构高度很高,则不应使用Normal 2D Equation Domain选项,这样流过结构的水就会进入自由落体(就像瀑布一样)。对于自由落体情况,Normal 2D Equation Domain不能求解。对于这种情况,用户需要使用 Weir Equation选项。HEC-RAS软件开发者计划研究让程序根据流量条件在Weir Equation和Normal 2D Equation Domain之间自动切换(当前未实现)。

       要输入堤防结构数据,请选择Weir/Embankment按钮。堤防编辑器会出现,用户可以输入与地形剖面相同的位置高程数据,也可以输入高于地形剖面的高程。


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