A. HƯỚNG DẪN HEC-RAS: I. CÁC BƯỚC XÂY DỰNG MỘT MÔ HÌNH THỦY LỰC VỚI HEC-RAS 5 bước quan trọng để tạo mô hình tính toán thủy lực với HEC-RAS: - Starting a new project - Nhập dữ liệu hình học (Geometric data) - Nhập dữ liệu dòng chảy (flow data) và những điều kiện biên (Boudary conditions) - Thực hiện các tính toán thủy lực (Hydraulic computations) - Xem và in kết quả 1. Bắt đầu một New project File → New project→ (Select driver and path)→ OK Note: Thiết lập đơn vị tính trước khi nhập dữ liệu về Geometric và Flow Opitions→ Unit system 2. Nhập dữ liệu hình học (Geometric data) - Nhập các thông tin liên kết của hệ thống dòng chảy (River system Schematic) - Mặt cắt ngang (Cross-section) - Dữ liệu về các công trình liên quan đến nước (Cầu, cống, đập dâng v.v) Edit→Geometric data 1. Vẽ nhánh sông -Reach river Nhấn nút Reach river→ Vẽ từ thượng lưu đến hạ lưu (hướng dương)→ Đặt tên River và Reach (có thể dài đến 16 ký tự)→ (Các nhánh sông được định nghĩa)→ (Các nút sông Junction cũng được tự định dạng)→ Nhập và đặt tên các Junction 2. Nhập mặt cắt ngang (Cross section) Nhấn nút Cross section→ (Bảng gồm tên River, Reach, River station và Description- Đã được xác định tại vị trí đo. “River station không phải là các trạm đo thực (m hay km) nhưng nó là các số thực (VD: 1.1, 2, 3.5 …). Các số này dùng để thay thế cho các vị trí tương đối của các mặt cắt ngang trên các nhánh sông). Các mặt cắt ngang được xếp theo thứ tự từ trạm cao nhất ở thượng lưu đến trạm nhỏ nhất ở hạ lưu. Options→Thêm, copy, đổi tên, xóa….hiệu chỉnh và thêm các giá trị khác Edit→ Copy, Rename, Cut, Paste…. Plot→…… Sau khi nhập Cross section tiến hành nhập dữ liệu các công trình liên quan 3. Nhập dữ liệu Hydraulic Structures - Cầu -Bridges→……. - Đập- Dams→……… - Đập dâng-Weirs→……… - Cống- Culverts→……… - Đập tràn - Spillways→……. Việc nhập tương tự như Cross section, tương ứng các công trình khác nhau sẽ có thông số khác nhau. 4. Lưu dữ liệu Geometric data File (Geometric data ) → Save Geometric data. 3. Nhập dữ liệu dòng chảy (Flow data) và điều kiện biên (B C) 1. Flow data Sau khi nhập dữ liệu Geometric đến nhập dữ liệu dòng chảy. Có thể nhập dòng chảy ổn định (Steady flow) hoặc dòng không ổn định (Unsteady flow). Việc nhập vào loại dòng chảy nào phụ thuộc vào việc phân tích chế độ dòng chảy. Trong hướng dẫn này chỉ giả sử là dòng ổn định (Steady flow) Edit → Steady flow data…. Dữ liệu về dòng ổn định gồm : Các mặt cắt dọc được tính toán, dữ liệu về dòng chảy và điều kiện biên của hệ thống sông. Ít nhất dữ liệu một dòng chảy phải được nhập vào cho mỗi nhánh sông trong hệ thống. Thêm vào đó, dòng chảy có thể thay đổi ở bất kỳ vị trí nào trong hệ thống sông. Giá trị về dòng chảy phải được nhập vào cho tất cả các mặt cắt dọc. 2. Boudary conditions Điều kiện biện được yêu cầu để biểu diễn các công thức tính toán • Nếu phân tích dòng chảy dưới tới hạn ( Subcritical flow) thì chỉ điều kiện biên ở hạ lưu được yêu cầu • Nếu phân tích dòng chảy trên tới hạn (Supercritical flow) thì chỉ điều kiện biên ở thượng lưu được yêu cầu. • Nếu người dùng muốn biểu diễn công thức của chế độ dòng chảy hỗn hợp (phức hợp) thì cả điều kiện biên thượng hạ lưu được yêu cầu. Nhấn nút Reach Boudary conditions trên form của Steady flow data 3. Lưu dữ liệu Flow data và Boudary conditions File → Save Flow data… 4. Thực hiện tính toán thủy lực (Performing hydraulic computations) Sau khi tất cả các dữ liệu về Geometric và Flow được nhập vào, bắt đầu thực hiện tính toán thủy lực. Có 5 kiểu tính toán: • Phân tích dòng ổn định ( Steady flow analyses) • Phân tích dòng không ổn định ( Unsteady flow analyses) • Phân tích dòng chảy bùn cát (Sediment analyses)/Điều kiện biên biến động (Mobile boudary model) • Phân tích chất lượng nước ( Water quality analyses) • Hàm thủy lực thiết kế ( Hydraulic design functions) 1. Chọn Run → 5 kiểu tính toán →Chọn Geometric File→ Chọn Steady flow File Hoặc chọn File ( Steady flow window)→New plane → Nhập Plane title→ Nhập Short ID (identifier)→ chọn chế độ dòng chảy Flow Regime (Dưới tới hạn, trên tới hạn hoặc tổ hợp) Chọn Options (Steady flow window) → các đặc trưng sau: • Phân tích sự xâm chiếm của dòng thoát lũ ( Floodway encroachment analysis) • Thiết lập vị trí cho việc tính toán sự phân phối dòng chảy ở cửa ra ( Setting locations for calculating flow distribution output) • Các tùy chọn cho việc tính toán sự truyền dẫn ( Conveyance calculation options) • Những phương pháp góc ma sát ( Friction slope methods) • Sự tính toán sai số (dung sai) ( Calculation tolerances) • Độ sâu tới hạn cửa ra ( Critical depth output) • Các phương pháp tính toán độ sâu tới hạn ( Critical depth computation methods) • Split flow optimization • Kiểm tra dữ liệu ( Data checking) • Thiết lập các mức độ ghi lại file ( Setting log file levels) • Xem các file ghi lại xuất ra b. Compute Nhấn nút Compute trên Steady Flow window. Hệ thống sẽ đóng gói toàn bộ các dữ liệu và ghi vào một file chạy. Quá trình tính toán sẽ thực hiện trên một cửa sổ window khác, nên ta có thể làm việc khác… 5. Xem và in kết quả ( Viewing and printing results) 1. Viewing Sau khi quá trình tính toán hoàn tất ta tiến hành xem kết quả. Một số thông số đặc trưng sẽ có thể xem được trong tùy chọn Options của form chính. Options (Main window) → • Sơ đồ mặt cắt ngang ( Cross section plot) • Sơ đồ mặt cắt dọc ( Profile plot) • Biểu đồ đường cong ( Rating curve plot) • Biểu đồ không gian (phối cảnh) X-Y-Z • Sơ đồ thủy văn ( Nếu dòng không ổn định được tính toán) • Bảng số liệu đầu ra tại vị trí xác định (Detailed output tables) • Bảng số liệu đầu ra cho nhiều vị trí khác nhau ( Profile summary Tables) • Bảng tổng hợp các lỗi, cảnh báo và lưu ý ( Errors, Warnings and Notes) VD như xem mặt cắt dọc ( Cross section plot) Option ( Cross section plot) → • Zoom in • Zoom out • Full plot • Pan • Animate • Selecting with plan • Mặt cắt dọc và các mặt cắt khác ( Profile and variables to plot) • Phân bố lưu tốc ( Velocity distribution) • Xem nội suy mặt cắt ngang ( Interpolated cross sections) • Control over the lines • Ký tự (Symbols) • Nhãn (Lables) • Tỷ lệ (Scaling) • Tùy chọn lưới ( Grid options) 2. Printing File (Plot window)→ • Copy plot to clipboard • Copy values to clipboard • Print • Print multiple II. NHẬP DỮ LIỆU HEC-2 1. Điều bạn cần biết đầu tiên : Những tùy chọn trong HEC- 2 không có giá trị trong bản HEC- RAS 2. Các bước khi nhập dữ liệu HEC-2 (Step for importing HEC-2 data) 3. Sao chép lại kết quả HEC-2 (Reproducing HEC-2 result) 4. Getting and using HELP B. VÍ DỤ ỨNG DỤNG: (Steady flow) Nội dung: • Khởi động dự án mới ( Start new project) • Nhập Geometric data • Nhập Steady flow data • Thực hiện tính toán thủy lực ( Performing hydraulic Calculations) • Xem kết quả (Viewing result) • In biểu đồ và bảng kết quả ( Graphics and Tables) • Thoát chương trình I. Start new project File → New project II. Enter Geometric data Edit → Geometric data 1. Drawing Schematic of the River system ( Vẽ hệ thống sông dưới dạng sơ đồ) Trong ví dụ này ta vẽ 2 sông ( 3 nhánh). Vẽ sơ đồ hệ thống sông bằng cách thực hiện theo các bước sau: • B1: Click vào nút River Reach • B2: Di chuyển chuột trên vùng vẽ và đặt chuột tại vị trí mà muốn đặt điểm bắt đầu của nhánh thứ 1 • B3: Nhấn trái chuột vào điểm bắt đầu một nhánh. Di chuyển chuột và nhấn chuột trái để thêm các điểm vào các đoạn thẳng. Nhắp đôi nút trái chuột vào vị trí muốn kết thúc và vị trí đặt chuột sẽ là điểm kết thúc nhánh sông. Tất cả các nhánh sông phải được vẽ từ thượng lưu về hạ lưu (hướng dương) • B4: Đặt tên cho River và Reach. Trong ví dụ này có 2 sông là Fall river và Butte Cr. Fall river có 2 nhánh là Uper Reach và Lower Reach, sông Butte Cr. Có 1 nhánh là Tributary. • B5: Nhập Junctions. Junction trong HEC-RAS là nơi mà 2 hay nhiều nhánh (reach) sông nhập với nhau hoặc chia ra (rẽ nhánh) Sau khi hoàn thành vẽ hệ thống sông, sẽ có vài tùy chọn cho việc hiệu chỉnh sơ đồ. Thực hiện hiệu chỉnh Edit (Geometric data window)→ Các tùy chọn bao gồm: • Đổi tên (Change name) • Di chuyển đối tượng (Move object : Nhãn -Labels, Điểm nối –Junction, Điểm trên nhánh – points in the reach) • Thêm điểm vào nhánh (Add points to a reach) • Di chuyển khỏi nhánh (Remove points from a reach) • Xóa nhánh ( Delete reach), xóa điểm nối (Delete junction) Lưu ý: Khi lần đầu vẽ sơ đồ sẽ không có bất cứ tic đánh dấu nào biểu diễn mặt cắt ngang. Lỗi! sẽ thông báo là không tìm thấy nguồn. Tic đánh dấu chỉ biểu diễn sau khi bạn nhập dữ liệu mặt cắt ngang. 2. Nhập dữ liệu mặt cắt ngang Nhấn nút Cross section trên Geometric Data Window. Nhập Cross section data theo các bước sau: • B1: Lựa chọn River và Reach để nhập. trong ví dụ này là Fall river và Uper reach. • B2: Options→ Add a new cross section. Trong hộp nhập dữ liệu xuất hiện, yêu cầu bạn nhập River station để xác định cho mặt cắt mới. Việc xác nhận này không phải là điểm gốc đo thực sự nhưng nó phải là một số thực. Số này miêu tả vị trí của mặt cắt ngang đặt tại đó để phân biệt với các mặt cắt ngang khác trên nhánh sông. Mặt cắt ngang có vị trí từ thượng lưu (highest river station) xuống hạ lưu (lowest river station). • B3: Nhập tất cả dữ liệu cho mặt cắt ngang • B4: Sau khi tất cả dữ liệu được nhập. Nhấn nút Apply Data • B5: Plot ( Cross section data Editor) → Plot Cross section Nhìn chung, 5 bước đã liệt kê sẽ được lặp lại cho mỗi mặt cắt ngang được nhập vào. Để có thể giảm được dữ liệu nhập vào cho ví dụ này, mặt cắt ngang hiện tại sẽ được copy và hiểu chỉnh để biểu diễn cho các mặt cắt ngang khác trong hệ thống sông. Các bước để copy mặt cắt ngang hiện tại: • B1: Options ( Cross section data Editor) → Copy current cross section. Nhập vào hộp dữ liệu tên River, Reach và nhập River station cho mặt cắt mới. OK • B2: Thay đổi Cross section Description • B3: Hiệu chỉnh tất cả cao độ - Option ( Cross section data Editor) → Adjust Elevation (Hiệu chỉnh độ cao) • B4: Hiệu chỉnh khoảng cách các điểm của mặt cắt ngang -Option ( Cross section data Editor) → Adjust Stations→ Chọn Mutiply by a Factory. Khi hộp thoại nhập có 3 vùng dữ liệu cần nhập để hiệu chỉnh khoảng cách của LOB (left overbank), lòng kênh (channel), ROB (right overbank) riêng biệt. Nếu chỉ nhập dữ liệu cho LOB và ROB thì lòng dẫn không đổi. • B5: Phần chiều dài còn lại của nhánh hạ lưu làm tương tự như mặt cắt này • B6: Nhấn nút Apply Data • B7: Mặt cắt ngang sẽ được hiển thị để kiểm tra lại nó (inspect it) Tiến hành nhập mặt cắt ngang tương tự cho các nhánh sông và các sông khác theo các bước đã trình bày. 3. Nhập Junction data Nhấn nút Junction Data từ Geometric Data window. Chọn Junction Name, Description. [...]... phân tích xói cầu, đầu tiên người sử dụng phải xây dựng một mô hình thủy lực của sông, nhánh sông có cầu đang được phân tích Mô hình này nên bao gồm một vài mặt cắt ngang ở hạ lưu cầu, như một số người sử dụng đã định nghĩa điều kiện biên ở hạ lưu không ảnh hưởng đến kết quả thủy lực bên trong và chỉ có thượng lưu của cầu Mô hình cũng sẽ bao gồm một số mặt cắt ngang của cầu để có thể đánh giá ảnh hưởng... cắt dọc bề mặt nước thượng lưu Mô hình thủy lực của cầu sẽ được căn cứ vào kết quả đưa ra trong chương 5 của Hydraulic Reference Manual Nếu số liệu thực đo có đủ thì mô hình sẽ được kiểm tra để điền đầy đủ nhất trong phạm vi có thể Sau khi mô hình thủy lực đã được kiểm tra (nếu số liệu đo là đầy đủ), người sử dụng sẽ nhập vào các biến thiết kế để phân tích xói Nói chung, các biến thiết kế dùng trong... walls) Chương trình sẽ tự động nhập giá trị cho tất cả các giá trị khác căn cứ vào điều kiện thủy lực đầu vào và các cài đặt mặc định Tuy nhiên ta có thể thay đổi các giá trị khác nhau Vị trí chân tường của mố trụ cầu (Toe of abutment) dựa vào nơi mà nền đường đắp giao với đất tự nhiên Hệ thống cọc đo ở đây là rất quan trọng bởi vì các giá trị thủy lực được sử dụng trong tính toán xói cục bộ mố trụ cầu... nhập vào và nhấn OK thì giá trị K1 sẽ hiển thị trong màn hình Contraction Scour K1 là một hàm của độ dốc năng lượng (S1) tại mặt cắt thượng lưu cầu, vận tốc tiếp tuyến (V*) tại mặt cắt thượng lưu cầu (là vận tốc động lực do ứng suất tiếp với đáy dòng chảy tạo ra), nhiệt độ của nước và độ rơi tự do của hạt bùn cát có đường kính D50 (độ thô thủy lực ) - (w) Vị trí đo mặt cắt ngang thích hợp (Approach... nhấn nút Close bên dưới màn hình để đóng cửa sổ lại V Xem biểu đồ và bảng kết quả (tương tự phần A) VI In biểu đồ và bảng (tương tự phần A) CHƯƠNG 12: TÍNH TOÁN XÓI TẠI CẦU Tính toán xói tại cầu trong HEC-RAS là căn cứ trên những phương pháp đã được nêu ra trong Hydraulic Engineering Circular No.18 Trước khi thực hiện phân tích xói với phần mềm HEC-RAS, các kỹ sư cần xem lại các sản phẩm đã được trình... của Laursen (năm 1963) Tất cả các hệ số K1 và D50 được tự động cho bởi HECRAS Người sử dụng có thể thay đổi bất kỳ giá trị nào thành các giá trị tương thích Để tính toán xói chung, người sử dụng yêu cầu phải nhập D50 (là kích thước của cỡ hạt vật liệu đáy) và nhiệt độ của nước để tính hệ số K1 Các giá trị dùng để tính xói chung được định nghĩa dưới đây: • Y1: chiều sâu thủy lực trung bình ở bờ sông trái... Thực hiện tính toán thủy lực • B1 :Run→ Steady flow analysis • B2: File (Steady flow analysis) → New plan→ Named for plan→OK • B3: Named for Short indentifier (Short ID) • B4: Lựa chọn chế độ dòng chảy (Flow regime) – Tới hạn, Dưới tới hạn, Hỗn hợp • B5: Options→… các tùy chọn (trong ví dụ này không yêu cầu) • B6 : File (Steady flow analysis) → Save plan • B7: Nhấn nút Compute, một màn hình khác được mở... bày cách nhập dữ liệu cho việc tính toán xói chung (Contraction Scour) và xói cục bộ tại trụ cầu (piers) và mố cầu (abutments) Nội dung: • Đường lối chung của mô hình (General Model Guidelines) • Nhập dữ liệu tính xói cầu (Entering bridge scour data) • Tính toán xói cầu tổng cộng (Compute total scour bridge) I General Model Guidelines Để tiến hành phân tích xói cầu, đầu tiên người sử dụng phải xây dựng. .. lưu lượng (conveyance), độ sâu thủy lực và lưu tốc trung bình Người sử dụng có thể điều chỉnh số lượng các lớp trong mỗi phần dòng chảy (bờ sông bên trái, bờ sông bên phải, lòng chủ) có thể lên tối đa là 45 lớp Option ( Steady flow analysis window)→ điều chỉnh số liệu đầu ra của phân phối dòng chảy Người sử dụng phải yêu cầu số liệu đầu ra của phân phối dòng chảy đối với mặt cắt ngang bên trong cầu,... lưu cầu và các mặt cắt tương tự (mặt cắt ngang thượng lưu cầu tại nơi mà đối với khoảng cách đó thì đường dòng chảy vẫn còn song song và dòng chảy chưa bắt đầu co lại vì gặp đoạn co thắt của cầu (bridge constriction) Flow distribution output có thể yêu cầu bổ sung thêm mặt cắt ngang, nhưng chỉ có mặt cắt ngang mới dùng để phân tích xói cầu The flow distribution option phải được bật để bổ sung các chi . A. HƯỚNG DẪN HEC-RAS: I. CÁC BƯỚC XÂY DỰNG MỘT MÔ HÌNH THỦY LỰC VỚI HEC-RAS 5 bước quan trọng để tạo mô hình tính toán thủy lực với HEC-RAS: - Starting a new project - Nhập dữ liệu hình học (Geometric. tiên người sử dụng phải xây dựng một mô hình thủy lực của sông, nhánh sông có cầu đang được phân tích. Mô hình này nên bao gồm một vài mặt cắt ngang ở hạ lưu cầu, như một số người sử dụng đã. không phải là các trạm đo thực (m hay km) nhưng nó là các số thực (VD: 1.1, 2, 3.5 …). Các số này dùng để thay thế cho các vị trí tương đối của các mặt cắt ngang trên các nhánh sông). Các mặt cắt