HEC—RAS及SOSEK—RURAL软件推算山区天然河道水面线

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1、·新技术应用·北京水务2O08年第6期刘洋1孙晓英王俊英王富世王海竹zfl北京市水利规划设计研究院1000442北京市丰台区水利技术管理服务站100O68)摘要阐述了HEC—RAS及SOBEK—RURAL软件的计算原理．并对计算结果进行了对比分析。结果表明：HEC—RAS软件的水位计算结果比S0BEK—RURAL软件的水位计算结果稍大．但基本一致：HEC—RAS软件的流速计算结果比SOBEK—RURAL软件的流速计算结果偏小。不同频率洪峰流量下．二者水位差值和流速差值沿程变化基本一致在山区天然河道水面线计算中．应结合实际情况．对二者选择采用关键词

2、HEC—RASSOBEK—RURAL水面线山区天然河道中图分类号TV2l2．5文献标志码B文章编号1673—4637(2008)06—0034—03推求河道水面线是河道整治和管理中经常遇到的计算公式如下：工作．是很重要的基础工作天然河道大致可分为平能量方程：=++一原天然河道与山区天然河道2大类平原天然河道水式中：zl、z2分别为下断面和上断面的水位高程；，、面线的推算软件较多．一般也易于处理；山区天然河为下断面和上断面的流速系数；、为下断面和道坡降较陡，断面变化复杂，流态多为急流，一般软上断面的流速；g为重力加速度；、为上下游断面件不适用于这种

3、情况下的水面线计算．HEC—RAS软件及SOBEK—RURAL软件则可以较好地模拟计算山区天之间的沿程水头损失和局部水头损失。1．1．2非恒定流模拟然河道的水面线．达到规划设计的预期目的。其计算原理基于连续性方程和动量方程1计算原理连续方程：+掣=01．1HEC—RAS软件HEC—RAS软件是在美国联邦政府资助下由美国工动量方程：+等比一+蹴程兵团水文工程中心开发的软件。该软件可以完成一式中：为水的密度；M为流速；为距离；厂为质量．维恒定流和非恒定流的河道水力计算力；p为压力；为流体运动黏性系数。1．1．1恒定流水面线计算1．2SOBEK—RUR

4、AL软件HEC—RAS软件能够对急流(n>1)、缓流fn<11SOBEK—RURAL软件是由荷兰代尔夫特水力学所和临界流(肛1)3种流态进行水面线计算。计算原理(WI—Delft)研制和开发的一维二维耦合数值计算软基于一维能量方程，逐断面采用直接步进法推求其件。山区天然河道水面线推算应用了它的渠道流动模收稿日期：2OO8—1O一07作者简介：刘洋(1980一)，男，助理工程师。·34··新技术应用．北京水务2008年第6期块(ChnnelFl0w)。基于圣维南方程。的计算结果见表2和表3。连续方程：+：9表2长园河不同频率水位结果表m优优动量方程

5、：孚优+砉(＼筹A，)／丢A一吐：0‘p*式中：Q为流量；f为时间；Ar为过水面积；为相对水位；C为谢才系数；为水力半径；，为水面宽度；为风剪切力；q为单位长度上的侧流流量。2实例应用本文以北京市怀柔区长园河为例．采用P=10％及P=5％的洪水资料以及河道纵横断面测量资料．推求从上游起点莲花池(9+085)至终点人雁栖河口(0—910)洪水水面线长园河属雁栖河支流．是一条典型的山区河道．河道断面变化大，纵坡陡。为了便于比较．不考虑建筑物对水面线的影响长园河洪峰流量见表1。表1长园河洪峰流量表ms表3长园河不同频率流速结果表m／s2．1参数确定2．

6、1．1SOBEK—RURAL软件水面线推算是运用SOBEK—RURAL软件的渠道水动力模型，参考《水力计算手册》，结合河道实际情况确定计算参数(1)时间步长：计算中的时间步长0．5h，输出时间步长2h(2)边界条件：洪峰流量99m，，s(JP=10％)，128m／s(P=5％)，下游迭代起始水位105m。(3)河道糙率：主槽0．03，滩地0．05。(4)断面迭代初始设置水深：1．0m。2．1．2HEC—RAS软件为了比较SOBEK—RURAL软件及HEC—RAS软件的计算结果．确定HEC—RAS软件参数如下。(1)起调水位采用S0BEK—RURA

7、L软件计算的河道上游水位(2)河道糙率：主槽0．03，滩地0．05。3计算结果及分析3．1计算结果HEC—RAS软件及SOBEK—RURAL软件2种方法·35··新技术应用·北京水务2008年第6期【s，uJ)，3．2结果分析OO大加流速差值有增大的趋势．但变化不是很大：不同频将表2、表3中的水位差值和流速差值分别绘∞制∞∞率一洪∞峰∞流∞量如下∞．流速差值沿程变化趋势基本一致。成图1、图2。从以上分析可以知．水位差值和流速差值沿程变化比较类似．不同之处在于水位差值基本>0，而流速差值基本<0：HEC—RAS软件的水位计算结果和SOBEK—RUR

8、AL软件的水位计算结果基本一致。由于昌榭二者采用的计算方程、迭代求解方式及求解条件不同，黧{^HEC—RAS软件计算结果比S0BEK—R