BR 52 – Proudění v systémech říčních koryt Přednášející:
Ing. Hana Uhmannová, CSc. , doc. Ing. Jan Jandora, Ph.D.
VUT Brno, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb
1 Přednáška Úvod do problematiky
Obsah: 1. Úvod 2. Náplň přednášek a cvičení
3. Modelování proudění v otevřených korytech 4. 1D Model HEC-RAS
1.Úvod
Cílem předmětu je seznámit posluchače 4. ročníku bakalářského studia s hydraulikou
říčních koryt.
V rámci předmětu se řeší hydraulické úlohy proudění vody v otevřených korytech, tj. ustálené rovnoměrné a nerovnoměrné proudění, pohyb splavenin. Součástí náplně předmětu je také hydraulické řešení objektů na tocích jako jsou např. spádové stupně, jezy, mosty a propustky.
Pro řešení hydraulických úloh je využit 1D program HEC-RAS.
Součástí předmětu jsou ukázky aplikace softwaru v praxi a ukázky konkrétních řešených projektů.
2.Náplň přednášek a cvičení Náplň přednášek: 1. Úvod do problematiky 2. Základy teorie proudění v otevřených korytech 3. I. - Matematická formulace problému proudění vody v 1D 4. II. - Matematická formulace problému proudění vody v 1D 5. Saint-Venantovy rovnice 6. Matematická formulace problému transportu a disperze látek 7. Numerické řešení 8. Pohyb splavenin 9. Problematika stanovení drsnosti koryta.
10. Praktické problémy výpočtu průtoku 11. Objekty na tocích (spádové stupně, jezy, mosty a propustky) 12. Hydraulické řešení křížení mostních objektů a propustků s vodními toky 13. Problematika ledových jevů na vodních tocích Pozn.: přednášky 1., 2., 8. – 13. přednáší Ing. Uhmannová, přednášky 3. – 7. přenáší doc. Jandora
2.Náplň přednášek a cvičení
Náplň cvičení: 1. Vytvoření základní úlohy v prostředí HEC-RAS, postup zadání geometrických dat a okrajových podmínek, řešení vzorového příkladu. 2. Ukázka spuštění výpočtu průběhu hladin., prezentace výsledků. Zadání Příkladu č.1. 3. Řešení Příkladu č.1. 4. Výpočet průběhu hladiny v zadaném úseku pro různé okrajové podmínky. 5. Procvičení probrané látky na příkladech.
6. Zadávání neefektivní plochy a hrázek. 7. Určení kapacity v zadaném úseku toku. 8. Přítok, bodový zdroj. 9. Objekty na toku – mosty.
10. Objekty na toku - Propustky. 11. Objekty na toku - spádové stupně, jezy. 12. Objekty na toku - jezy. 13. Prezentace řešených příkladů, prezentace řešených prací na Ústavu VST, zápočet.
2.Náplň přednášek a cvičení
Podmínky zápočtu a zkoušky: Zápočet: účast na cvičení (omluveny jsou max. 2 neúčasti),
odevzdání správně vyřešených Příkladů č.1, č.2, č.5, č.10, č.11, č.13 v tištěné formě (Příklady je možné odevzdávat v průběhu semestru),
prezentace řešení vybraného příkladu (volba mezi Příklady č.3, č.4, č.6, č.7, č.8, č.9, č.12).
Zkouška: zápočet, zpracování písemné části testu ke zkoušce + ústní zkoušení
3. Modelování proudění v otevřených korytech 1D matematický model
HEC-RAS Hydrocheck MIKE 11
2D matematický model
FESWMS FAST 2D MIKE 21 CFD
3D matematický model
MIKE 3 CFD
Pro řešení hydraulických úloh ve cvičení bude využit 1D program HEC-RAS.
4. 1D model HEC-RAS HEC – Hydrologic Engineering Center RAS – River Analysis Systém
1D matematický model proudění o volné hladině proudění ustálené proudění neustálené Freeware včetně kompletní dokumentace: http://www.hec.usace.army.mil/ HEC-RAS Download HEC-RAS 4.1
HEC-RAS User‘s Manual HEC-RAS Hydraulic Reference Manual HEC-RAS Applications Guide Example Project
4. 1D model HEC-RAS
HEC – RAS obsahuje následující moduly: proudění ustálené – Steady Flow
proudění neustálené – Unsteady Flow
transport sedimentů – Sediment Transport
kvalita vody – Water Quality
Předmět BR52 je v rámci své praktické náplně (cvičení) zaměřen především na získání základní znalosti používání programu na běžné úlohy. Z tohoto důvodu se v následující prezentaci programu zaměříme pouze na - Steady Flow Modul.
Získání znalostí k použití programu v celé jeho současné šíři přesahuje výrazně rozsah tohoto předmětu.
Program je navíc autory neustále doplňován a rozšiřován.
Dostatečná úroveň schopností k používání programu je dána pouze praktickou zkušeností používání programu a průběžným studiem dokumentů :User‘s Manual a Hydraulic Reference Manual.
Rozšíření znalostí a využití programu je součástí dalších předmětů, vyučovaných na Ústavu vodních staveb v dalších semestrech.
4. 1D model HEC-RAS
Ustálené proudění Steady Flow
výpočet průběhu hladiny v profilech říční sítě nebo dílčích úseků toku
řeší proudění říční, bystřinné, jejich kombinace,
řeší proudění přes objekty: propustek, most, jez,
výpočet průběhu hladin je založen na metodě „po úsecích“ , vychází zBernoulliho rovnice,
rovnice hybnosti: přechod proudění bystřinné -říční, proudění pod mostem, soutok.
Pozn.: následující představení programu je zaměřeno na základní strukturu a základní popis činností. Podrobnější popis je součástí studijních materiálů k předmětu, které jsou uvedeny na konci přednášky.
4. 1D model HEC-RAS
Soubory projektu • jméno.prj • jméno. p01 až p99 • jméno. g01 až g99
• jméno. f01 až f99 • jméno. r01 až r99 • jméno. o01 až o99
- pro projekt - pro každý plán - pro každou variantu geometrických dat - pro každou variantu okrajových podmínek - pro každý průběh výpočtu - výsledkový soubor pro každý plán
4. 1D model HEC-RAS
Po spuštění programu ikonou na ploše se objeví základní okno programu „HEC-RAS“
Ovládání programu :
Menu z prvního řádku pomocí ikon na řádku druhém.
Příkazy prvního řádku zahrnují:
4. 1D model HEC-RAS
File • • • • • • •
New Project Open Project Save Project Save Project As Rename Project Delete project Project Summary
- otevření nového projektu - otevření existujícího projektu - uložení projektu - uložení projektu pod jiným názvem - přejmenování projektu - smazání projektu - souhrnné informace o projektu
4. 1D model HEC-RAS
Edit • Geometric Data • Steady Flow Data
- zadávání všech geometrických dat - zadávání okrajové podmínky pro řešení ustáleného nerovnoměrného proudění
• Quasi Unsteady Flow
- zadávání dat pro quasi - neustálené proudění, na jehož základě pracuje modul Sediment Data
• Unsteady Flow Data
- zadávání okrajové podmínky pro řešení neustáleného proudění
• Sediment Data
- zadávání dat potřebných pro řešení transportu sedimentů
• Water Quality Data
- zadávání dat potřebných pro řešení kvality vody
Příkazem „Geometric Data“ se vytváří soubory geometrických dat:
4. 1D model HEC-RAS
Příkaz Edit volba Geometric Data umožňuje otevřít editor geometrických dat a vytvoření souboru geometrických dat
jméno.g01 Soubor obsahuje základní informace typu:
Základní: • schematizace říční sítě, • data o příčných profilech, • data objektů.
Další funkce např.: • • • • • •
průtokově neefektivní plochy, změna drsnostních součinitelů v závislosti na vodním stavu, modelování ledové pokrývky či ledových nápěchů, výmoly u mostních pilířů, Interpolování příčných profilů, ……
4. 1D model HEC-RAS
Schematické vykreslení trasy
4. 1D model HEC-RAS
Zadávání příčných profilů
4. 1D model HEC-RAS
Zadávání objektů – např. lávky
4. 1D model HEC-RAS
Příkaz Edit volba Steady Flow Data umožňuje otevřít editor okrajových podmíneka vytvoření souboru
jméno.f01
Soubor umožňuje zadání okrajových podmínek, umístěných dle typu řešeného proudění : • do dolního profilu (proudění říční) • do dolního profilu (proudění bystřinné) • do dolního i horního profilu (mix – předpoklad kombinace)
V rámci okna se zadává také typ okrajové podmínky – viz další obrázek
4. 1D model HEC-RAS
okno pro zadávání okrajových podmínek – „Steady Flow Data“
4. 1D model HEC-RAS
Příkaz Run volba Steady Flow Analalysis umožňuje spuštění výpočtu
Okno „Steady Flow Analysis“ umožňuje např.: Volbu typu proudění: • říční, • bystřinné, • mix.
Výpočet se spouští tlačítkem
4. 1D model HEC-RAS
Příkaz View umožňuje prohlížení výsledků
• Cross Section
- vykreslení příčných profilů
• Water Surface Profiles
- vykreslení podélného profilu
• General Profile Plot
- vykreslení zvolené veličiny
• Rating Curves
- měrná křivka profilu
• X-Y-Z Perspective Plot
- prostorové vykreslení koryta
• Stage and Flow Hydrographs
- vykreslení hydrogramu
• Hydraulic Property Plots
- výsledkové tabulky hydr. veličin
• Detailed Output Tables
- výsledkové tabulky řešeného profilu
• Profile Table
- výsledkové tabulky řešeného úseku
• Summary Err, Warn, Notes
- zprávy o výpočtu a chybách
• DSS Data
- DSS data
• …………………….
4. 1D model HEC-RAS
příklad řešeného příčného profilu
4. 1D model HEC-RAS
příklad řešeného podélného profilu
4. 1D model HEC-RAS
X-Y-Z prostorové vykreslení situace
4. 1D model HEC-RAS
příklad výstupní tabulky
4. 1D model HEC-RAS
Options • • • •
Program Setup Default Parameters Unit System Convert Project
- nastavení některých funkcí programu - nastavení standardních hodnot - nastavení uživatelských jednotek - převod mezi jednotkami
Děkuji za pozornost
