hec-ras manuale ita
TRANSCRIPT
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
1/66
http://www.hec.usace.army.mil/software/software_distrib/hec-ras/hecrasprogram.html
Guida all’utilizzo del software HEC-RAS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
2/66
WORKING WITH HEC-RAS
HEC-RAS è un software che consente il calcolo del profilo del pelo libero nel caso di motostazionario (STEADY FLOW) e non stazionario (UNSTEADY FLOW).Il modello di calcolo viene applicato ad un PROJECT, costituito da tutto l’insieme di dati checaratterizzano un sistema idrografico. I dati che compongono un project vengono suddivisicome segue:
PLAN DATA: composto da uno specifico gruppo di geometric e flow data; GEOMETRIC DATA
STEADY FLOW DATA
UNSTEADY FLOW DATA
NOTA: prima di iniziare il project occorre definire il Sistema di Misura SI o US.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
3/66
Struttura dei Menu a Tendina EDIT
Geometric DataSteady Flow DataUnsteady Flow Data
OPTIONS
Program SetupDefault ParametersUnit SystemConvert Project
HELP
ContentsUsing HEC-RAS HelpAbout HEC-RAS
FILE New ProjectOpen ProjectSave ProjectSave Project AsRename Project
Delete projectProject Summary
RUNSteady Flow AnalysisUnsteady Flow AnalysisHydraulic Design Functions
VIEWCross SectionsWater Surface ProfilesGeneral Profile PlotRating CurvesX-Y-Z Perspective Plots
Stage and Flow HydrographsHydraulic Property Plots
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
4/66
GEOMETRIC DATA
I dati geometrici comprendono
tutto l’insieme delle informazioniatte a caratterizzare il corso d’acqua(River System Schematic): sezionitopografiche ed opere in alveo(ponti, tombinature, brigl1e,traverse, etc.).
Quando si inizia un nuovo progetto la finestra appare bianca.I passi da seguire sono:
1) cliccare RIVER REACH edisegnare il tratto di corso d’acquada monte verso valle;
2) inserire le sezioni cliccandoil pulsante CROSS SECTION;
3) inserire i dati geometrici relativialle opere presenti (BRDG/CULV,INLINE WEIR/SPILL, LATERALWEIR/SPILL);
1
2
3
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
5/66
CROSS SECTION
RIVER, REACH, RIVER STA
individuano l’ubicazione dellasezione all’interno del reticoloidrografico.
Il valore numerico del River Sta è
necessario per inserire le sezioni nelcorretto ordine all’interno del tratto.Il valore più alto corrisponde allasezione più a monte, mentre quello più basso a quella più a valle.
Per inserire una nuova sezione:1) dal menu premere OPTIONS e
scegliere ADD A NEW CROSSSECTION;
2) dare un numeroalla nuova sezione per inserirla inmodo corretto frale altre presenti;
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
6/66
CREAZIONE DI UNA NUOVA CROSS SECTION
Tutti i campi evidenziati nella
finestra CROSS SECTION DATAdevono essere compilati. Per inserirein memoria i nuovi dati deve esserecliccato il tasto APPLY DATA
1) coordinate X-Y della sezione,inserite procedendo da sinistraverso destra guardando valle (leX rappresentano una distanza progressiva);
2) distanza dalla sezione di valle;3) valori del coeff. di resistenza n di
Manning;
4) il primo campo corrisponde al
valore della X in cui termina lagolena sinistra (LOB), mentre ilsecondo a quello dove inizia lagolena destra (ROB);
5) valori di default del coeff. di
contrazione ed espanzione dellasezione;
4
2
3
1 5
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
7/66
PLOT CROSS SECTION
Prima di procedere ad inserire una
nuova sez. è consigliabile controllarela correttezza di quella inseritavisualizzandola graficamente, con ilcomando PLOT CROSS SECTION
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
8/66
OPZIONTIONS CROSS SECTION
Premendo sul menu OPTIONS è
possibile:1) aggiungere, copiare, rinominare o
cancellare una sezione;
2) aggiustare la quota Y, le distanze
X o il coeff. di Manning; oppureruotare la sezione (le sezioni sonorilevate ortogonalmente alle lineedi corrente, questo può non esserevero nel caso dei ponti);
3) introdurre zone inattive ai fini deldeflusso; inserire argini oostruzioni; aggiungere unacopertura; inserire una scala dideflusso nota;
4) modificare il valore del coeff. diresistenza lungo la sezionetrasversale o la direzioneverticale;
1
2
3
4
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
9/66
NORMAL INEFFECTIVE FLOW AREASRappresentano aree della sezione non attive ai fini del deflusso, dove la corrente ristagna (la
velocità nella direzione della corrente è nulla o prossima a zero). Quando l’altezza d’acquaoltrepassa l’altezza limite, quella specifica area non viene più considerata inattiva al deflusso.
ineffective flow areas
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
10/66
MULTIPLE BLOCKED INEFFECTIVE FLOW AREAS
Oltre alle normal ineffective flow areas è possibile inserire una o più BLOCKED
INEFFECTIVE FLOW AREAS, che necessitano dell’altezza e delle coordinate di inizio e difine. Anche in questo caso la blocked area diviene attiva se l’altezza d’acqua la sormonta.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
11/66
LEVEESQuesta opzione consente di inserire un argine in un qualsiasi punto della sezione. In questo
modo il flusso d’acqua non può andare ad occupare la parte d’alveo oltre l’argine fintantochéil suo livello si mantiene inferiore alla quota massima dell’argine stesso.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
12/66
BLOCKED OBSTRUCTIONS
Questa opzione consentedi definire aree nella sezioneinattive ai fini del deflussoin modo permanente.
L’effetto risultante è quellodi diminuire la sezioneliquida ed aumentare il
perimetro bagnato.E’ possibile inserire normalo multiple blockedobstructions.
ineffective flow areas
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
13/66
HORIZONTAL VARIATIONS IN n VALUES
Con questa opzione è possibile
inserire più di tre valori del coeff. diresistenza, al limite è possibile dareun valore di resistenza diverso aciscun tratto della sezione.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
14/66
VERTICAL VARIATIONS IN n VALUESQuesta opzione consente di far
variare il valore del coeff. diresistenza di Manning, oltre cheorizzontalmente, anche lungo laverticale in funzione dell’altezzad’acqua o della portata liquida
defluente.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
15/66
BRIDGES AND CULVERTS
Dopo aver completato l’inserimento di tutte le sezioni, è possibile aggiungere i dati
geometrici relativi a ponti e tombinature. HEC-RAS valuta le perdite di energia causate daqueste strutture in 3 parti: 1) dovuta all’espansione del flusso che si verifica immediatamentea valle; 2) dovuta alla opera stessa e 3) dovuta alla contrazione del flusso che si verificaimmediatamente a monte. Per questo motivo devono essere definite 4 sez. per la modellazione
Le deve essere tale che il flussonella sez. 1 non risenta più della
struttura,
Lc deve essere tale che le lineedi flusso sianoapprossimativamente parallele.
Le sezioni 2 e 3 si trovanorispettivamente al piede di vallee di monte della struttura. In
entrambe devono essere inseritele ineffective flow areas.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
16/66
Le viene calcolato come il prodotto tra il rapporto di espansione e la lunghezza media di
ostruzione (media tra le distanze AB e CD). Nella tabella sottostante vengono forniti icampi di variazione del rapporto di espansione in funzione di vari valori del rapporto direstringimento della sezione (b/B) e del rapporto tra la scabrezza delle golene e quelladell’alveo attivo (nob/nc). Per ciascun intervallo il valore estremo è associato al valore di portata più grande. Comunque il valore assunto da Le non deve troppo grande da renderele perdite per espansione non modellizzabili correttamente.
Generalmente viene consigliato di prendere Lc pari alla lunghezza media di ostruzionedelle spalle del ponte.
Le & Lc
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
17/66
INSERIMENTO DATI GEOMETRICI DI UN PONTE
Per poter inserire i dati occorre
cliccare sul pulsante BRDG/CULV eseguire la procedura qui riportata:
1) scegliere il corso d’acqua ed iltratto dove inserire il ponte;
2) da options scegliere ADD ABRIDGE AND/OR CULVERT;
3) fornire un numero alla nuovasezione per inserire la struttura inmodo corretto fra due sez. già
presenti, che devonocorrispondere rispettivamente allesez. al piede di monte e di valle;
4) inserire tutti i dati richiesti in:
a) Bridge deck; b) Pier;
c) Sloping abutment;
d) Bridge modelling approach;
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
18/66
BRIDGE DECK
Viene utilizzato per inserire la
porzione di sezione occupata dal ponte.
Distance: distanza tra il piede dimonte del ponte e la sezioneimmediatamente a monte dellostesso;
Width: larghezza del ponte lungola direzione della corrente;
Weir Coef : coef. utilizzato per il
calcolo del flusso stramazzantesopra il ponte;
Upstream/downstream station,
high chord, low chord : forniscerispettivamente la geometria dimonte e di valle del ponte. Ad ognivalore della coordinata X devecorrispondere un valoredell’estradosso e dell’intradosso del
ponte;
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
19/66
BRIDGE PIERS
Viene utilizzato per inserire una
qualsiasi pila presente nella luce del ponte. Ogni pila deve essere inseritaa parte per poter valutare in modocorretto l’ammontare della perdita dienergia ad essa dovuto.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
20/66
SLOPING BRIDGE ABUTMENTSPer inserire una spalla inclinata
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
21/66
BRIDGE MODELLING APPROACH
Premendo il pulsante BRIDGE
MODELLING APPROCH si apre la seguentefinestra, in cui è possibile scegliere glistrumenti di analisi per la modellazione del ponte nel caso rispettivamente di low flow edi high flow.
LOW FLOW METHODS
1) Energy;
2) Momentum (si deve inserire Cd e K);
3) Yarnell;Se si utilizzano più metodi occorrespecificare al programma di utilizzare quelloche fornisce il valore della perdita maggiore.
HIGH FLOW METHODS1) Energy Only;
2) Pressure and/or Weir (si deve inserire icoef. per la risoluzione delle equazioni delflusso in pressione);
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
22/66
CROSS SECTION INTERPOLATION
Talvolta si rende necessario
incrementare il numero di sezionidisponibili (i.e. il cambiamento divelocità tra due sez. consecutive ètroppo elevato per determinare inmodo accurato il gradiente di
energia).In questo caso è possibile
utilizzare 3 differenti metodi:
1) inserimento manuale di una nuova
sezione;2) inserimento automatico di una o
più sez. in un determinato trattodi corso d’acqua (Within a Reach);
3) inserimento automatico di una o più sez. tra due sezioniconsecutive ( Between 2 XS’s);
2
3
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
23/66
AUTOMATIC CROSS SECTION INTERPOLATION
1) inserimento automatico di nuove sezioni
mediante interpolazione di quelle presenti in undeterminato tratto di corso d’acqua (XSInterpolation - Within a Reach).
Si deve specificare corso d’acqua, tratto, sezionedi inizio a monte e di fine a valle interpolazione ela massima distanza tra le sezioni interpolate.
2) inserimento automatico di nuove sezionimediante interpolazione di due sezioniconsecutive (XS Interpolation - Between2XS’s).
Si deve specificare corso d’acqua, tratto,sezione di inizio a monte e di fine a valleinterpolazione e la massima distanza tra lesezioni interpolate.
2
1
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
24/66
RISULTATI DELL’INTERPOLAZIONE
Le sezioni interpolate sono sono
visualizzate con un colore più chiarodi quelle inserite manualmente esono indicate da un codice numericoche termina con un asterisco (*).
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
25/66
ANALISI IN MOTO PERMANENTE-STEADY FLOW ANALYSIS
L’inserimento dei dati di portata avviene aprendo la finestra di dialogo STEADY FLOW
DATA dal menu EDIT della finestra principale di Hec-Ras.Innanzitutto occorre definire il numero di profili da calcolare (max 500).
Se sono presenti più tratti occorre inserire un valore di portata in ciascuna sezione (l’ultimaa monte) di ciascun tratto del corso d’acqua. Tale valore di portata rimane costante
fintantoché non si presenta un altro contributo. La portata può essere modificata in ogni sez.Inoltre in ciascuna sezione si deve inserire tanti valori di portata quanti sono i profili.
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
26/66
CONDIZIONI AL CONTORNO - BOUNDARY CONDITIONS
Dopo aver inserito tutti i valori di portata necessari alla caratterizzazione idraulica dei tratti
del corso d’acqua, occorre definire per ciascuno di questi una condizione al contorno.Le condizioni al contorno sono necessarie per stabilire il livello iniziale della superficie
libera, e quindi per avviare il processo di calcolo. Si possono individuare 3 differenti casi:
1) CORRENTE SUBCRITICA: è necessaria solo la condizione al contorno di valle;
2) CORRENTE SUPERCRITICA: è necessaria solo la condizione al contorno di monte;3) CORRENTE MISTA: è necessaria la condizione al contorno sia a monte che a valle;
cond. al contorno internainserita automaticamente
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
27/66
POSSIBILI CONDIZIONI AL CONTORNO
Per definire le condizioni al contorno è possibile
utilizzare 4 differenti opzioni:1) Known Water Surface Elevations: la cond. alcontorno corrisponde ad un valore notodell’altezza d’acqua inserito per ciascuno dei profili da calcolare;
2) Critical Depth: la cond. al contorno viene postauguale alla profondità critica che il programmacalcola per ciascuno dei profili;
3) Normal Depth: la cond. al contorno è uguale
alla profondità di moto uniforme che il programmacalcola per ciascuno dei profili. In questo caso sideve inserire la pendenza della linea dei carichitotali, che può essere approssimata mediante la pendenza del tratto di canale a monte;
4) Rating Curve: in questo caso occorre inserireuna serie di valori noti di altezza d’acqua e dellerelative portate. La cond. al contorno, per ciascun profilo, viene ottenuta interpolando le altezzed’acqua della scala di deflusso per ilcorrispondente valore di portata.
1
3
4
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
28/66
AVVIO DELL’ANALISI IN MOTO PERMANENTE
Per avviare l’analisi di moto permanente si deve premere STEADY FLOW ANALYSIS dal
menu RUN della finestra principale di Hec-Ras.Per iniziare un nuovo progetto si deve premere NEW PLAN dal menu FILE della finestra
Steady Flow Analysis. Ogni progetto è composto da uno specifico gruppo di dati geometricied idraulici precedentemente definiti. E’ possibile realizzare vari progetti utilizzando un unicoinsieme di dati geometrici per più insiemi di dati idraulici e viceversa.
L’ultimo passo prima di avviare l’analisi (COMPUTE), consiste nel definire le caratteristichedella corrente (FLOW REGIME), che può essere subcritica, supercritica o mista (occorreverificare che le condizioni al contorno siano compatibili con il flow regime scelto).
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
29/66
Esempio 1 – Effetto del restringimento d’alveo per i > ic
risalto
t1
t3
attraversamento
dello stato critico
B = 76 ft
b = 68 ft
F0 = 1.14
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
30/66
Esempio 2 – Effetto del restringimento d’alveo per i < ic
risalto
f 1
attraversamentodello stato critico
B = 76 ft b = 71.5 ft F0
= 0.78
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
31/66
Esempio 3 – Cambio di pendenza dell’alveo
if3 > icr tratto 3: alveo torrentizio
corrente veloce
if2 < icr tratto 2: alveo fluviale
corrente lenta
if3 > icr tratto 3: alveo torrentiziocorrente veloce
risalto
t2
f 2
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
32/66
BRIDGE MODELLING APPROACH: Cd Momentum Balance Method : in questo caso è necessario definire un valore da assegnare al
coefficiente di drag Cd. Alcuni valori caratteristici per varietipologie di pile sono riportati nella seguente tabella:
G O G A OAC
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
33/66
BRIDGE MODELLING APPROACH: K
Yarnell Equation: in questo caso è necessario definire un valore da assegnare al coefficiente
K, funzione della forma della pila. Alcuni valori caratteristici per varietipologie di pile sono riportati nella seguente tabella:
JUNCTION
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
34/66
JUNCTION
Una confluenza viene formata in
modo automatico quando vengonouniti due corsi d’acqua.
1) nella prima finestra che compareviene richiesto il nome dell’affluentee del tratto corrispondente;
2) nella seconda finestra vienerichiesta la conferma della sezioneda cui far iniziare il tratto di montedel corso d’acqua principale;
3) nella terza finestra viene richiestol’inserimento di un nuovo nome peril tratto di corso d’acqua principale avalle della confluenza;
4) nella quarta finestra viene
richiesto il nome della confluenza.
1
2
4
JUNCTION
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
35/66
JUNCTION
Una confluenza può essere modellata secondo due metodi differenti:
1) METODO DELL’ENERGIA: non tiene conto dell’angolo di immissione del tributario e
pertanto viene utilizzato quando la perdita di energia indotta dall’angolo del tributario ètrascurabile (nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare questo metodo).
2) METODO DEL BILANCIO DELLA QUANTITÀ DI MOTO: viene utilizzato in tuttequelle situazioni in cui tale perdita non può essere trascurata. In questo caso occorreinserire nella colonna aggiuntiva l’angolo dell’affluente, mentre in corrispondenza del
corso d’acqua principale lo spazio deve essere lasciato bianco o deve essere inserito ilvalore nullo.
I dati di una confluenza vengono inseriti cliccando il pulsante JUNCT. prima evidenziato e
comprendono: descrizione, distanza dalle sezioni di monte e scelta del metodo di calcolo;
INLINE WEIRS AND GATED SPILLWAYS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
36/66
INLINE WEIRS AND GATED SPILLWAYS
HEC-RAS consente di modellare briglie o traverse (overflow weirs), luci di fondo (gated
spillways) disposte sia trasversalmente che lateralmente al corso d’acqua. La superficie dellostramazzo può essere sia curva (ogee shape) che piana (broad crested shape) e le aperturedelle gated spillways possono essere modellate sia come radial gate che vertical sluice gate.In aggiunta alle luci è possibile inserire anche una zona a soglia sfiorante.
Esempio di una briglia con overflow weir e gated spillway,composta da 15 identiche aperture e da una soglia interamentestramazzante.
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
37/66
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
Per inserire i dati relativi
alle inline weir e/o gatedspillway occorre premere il pulsante INLINE WEIR/SPILL dalla finestra deiGEOMETRIC DATA.
Una volta cliccato, compare la
finestra del data editor(riportata a fianco).
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
38/66
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
Per inserire una nuova opera si
deve seguire la seguente procedura:1) scegliere il corso d’acqua ed il
tratto dove inserire la struttura;
2) da options scegliere ADD AINLINE WEIR AND/OR GATED SPILLWAY;
3) fornire un numero alla nuovasezione per inserire la struttura inmodo corretto fra due sez. già
presenti, che devonocorrispondere rispettivamente allesez. al piede di monte e di valle;
dopo aver premuto il pulsante OK lasezione immediatamente a monte
della struttura comparirà nellafinestra di dialogo.
4) inserire i dati relativi a WEIR /EMBANKMENT e se sono
presenti i dati delle GATES.
3
1
4
2
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
39/66
CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY
PILOT FLOW è una opzione che
consente di definire una quantitàminima di acqua che defluisceattraverso la struttura, poiché, per poter portare a compimento lasimulazione, HEC-RAS necessita di
un valore minimo di flusso che prosegue a valle dell’opera.
In questo modo è possibile garantireche ciò avvenga sempre per ognivalore di portata in cui è statosuddiviso l’idrogramma di piena,anche per i valori più modesti(unsteady flow analysis).
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
40/66
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR
Premere WEIR / EMBANKMENT
per aprire la finestra utilizzata perl’inserimento dei dati relativi alla porzione di sezione occupata dallastruttura.
Distance: distanza tra il piede di
monte della struttura e la sezioneimmediatamente a monte della stessa;
Width: larghezza della partesuperiore della struttura;
Weir Coef : coeff. utilizzato per ilcalcolo del flusso stramazzante soprala struttura, normalmente compreso tra2.6 e 4 (broad crested-ogee shape);
Station/elevation: geometria del
profilo superiore della struttura. Le Xnon devono necessariamente essereuguali a quelle della sezione di monte,ma hanno la medesima origine. HEC-RAS chiude la superficie compresa trale quote della sez. e quelle dell’opera.
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
41/66
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR
U.S Embankment SS : pendenza delterrapieno nel lato di monte dellastruttura (rapporto tra la distanzaorizzontale e quella verticale);
D.S Embankment SS : pendenza del
terrapieno nel lato di valle dellastruttura (rapporto tra la distanzaorizzontale e quella verticale);
Weir Crest Shape: campo utilizzato per il calcolo del valore da assegnare
al Weir Coef nel caso in cui siverifichi la sommergenza della lamastramazzante (cioè quando il rapportotra l’altezza d’acqua sopra lostramazzo nella parte a valle e ilcarico totale dell’energia sopra lostramazzo nella parte a monte èsuperiore a 0.67). All’aumentare dellasommergenza il programma provvede
automaticamente a ridurre il valore daassegnare al Weir Coef ;
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR: WEIR DATA
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
42/66
INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR: WEIR DATA
Per il calcolo del valore del Weir Coef in funzione dell’entità della sommergenza sono
disponibili due differenti metodi a seconda della forma della superficie dello stramazzo: broadcrested shape o ogee shape. Nel primo caso viene utilizzato il metodo sviluppato sulla base diuna soglia stramazzante larga con sezione trapezoidale (FHWA, 1978). Nel secondo casoviene utilizzato uno dei metodi sviluppati per soglie stramazzanti curve (COE, 1965), che si basa sulla risoluzione del seguente diagramma. Occorre in questo caso inserire due ulteriori
parametri: SPILLWAY APPROACH HEIGHT (P, altezza della soglia dello stramazzorispetto alla quota media del fondo); DESIGN ENERGY HEAD (H0, altezza del carico totaledella portata di progetto rispetto alla soglia dello stramazzo). Premendo su Cd è disponibileuna opzione per il calcolo automatico del valore iniziale da fornire al Weir Coef .
INLINE GATE EDITOR
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
43/66
INLINE GATE EDITOR
Premere GATE dalla finestra INLINE
WEIR AND/OR GATED SPILLWAYDATA per inserire i dati relativi alleeventuali aperture presenti.
Gate Group: è possibile inserire fino a10 gruppi di aperture in una singola opera,
che possono contenere ciascuno sino a 25identiche luci. E’ necessario inserire piùgruppi quando le aperture sonocaratterizzate da differenti forme, quote,dimensioni o coefficienti;
Height/Width/Invert : altezza e larghezzadella singola apertura e quota della sogliadi inizio sfioro del gruppo di luci;
Centerline Stations: valore della X in
cui è posizionato l’asse intermedio diciascuna luce del gruppo di aperture;
Weir Coef : coeff. utilizzato solo nelcaso in cui il livello dell’acqua è inferiorealla quota superiore dell’apertura.
INLINE GATE EDITOR
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
44/66
Gate Data:
• Discharge coefficient : coeff. compresotra 0.6-0.8 e 0.5-0.7 rispettivamente perradial gates e sluice gates;
• Gate Type: scelta del tipo di apertura;
• Trunnion Exponent : utilizzato nel casofree flow per radial gate, generalmente pari a 0.16;
• Opening Exponent : utilizzato nel caso difree flow per radial gate, generalmente
pari a 0.72;• Head Exponent : utilizzato nel caso difree flow per radial gate, generalmente pari a 0.62;
• Trunnion Exponent : distanza T tra ilcentro di rotazione della paratoia e lasoglia della luce;
• Orifice Exponent : coefficiente utilizzatonel caso l’apertura sia fully submerged.
INLINE WEIR / GATED SPILLWAY MODELLING APPROACH
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
45/66
Il programma utilizza due differenti
sistemi di eq. per il calcolo della portata defluente a valle della strutturaa seconda della forma dell’apertura(sluice-radial gate), e tiene contodella forma della sup. dello stramazzo
(broad crested-ogee shape) medianteil valore fornito al Weir Coef .
Infine 4 differenti schemi di calcolovengono adottati a seconda dellequattro diverse situazioni che si possono verificare:1) Free Flow: il livello d’acqua Zd nonè sufficientemente elevato da causareun innalzamento di quello a monte Zu;
2) Transition free flow - fullysubmerged (0.67
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
46/66
Il numero e le modalità di inserimento delle sezioni che devono essere utilizzate per ottenere
una corretta modellazione dei fenomeni che avvengono in presenza di queste strutture, sonoanaloghe a quelle considerate in presenza dei ponti. Sono necessarie due sezioni in prossimitàdella struttura, immediatamente a valle e a monte, e due sezioni (una a monte ed una a valle)sufficientemente lontane dall’opera di modo tale che il flusso non risenta della sua presenza.
INLINE WEIR/GATED SPILLWAY INEFFECTIVE FLOW AREAS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
47/66
Come nel caso dei ponti devono essere inserite, nelle due sezioni immediatamente a valle e
a monte dell’opera, le zone non attive ai fini del deflusso mediante il comandoINEFFECTIVE FLOW AREAS. Seguendo lo schema riportato in figura, nel caso di una briglia di consolidamento la zona non attiva raggiunge la quota della soglia stramazzante,mentre il tratto dove sono presenti le aperture viene considerato sempre attivo.
EXPANSION AND CONTRACTION COEFFICIENTS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
48/66
Ai fini di una corretta stima delle perdite di carico, che si verificano in seguito al brusco
restringimento operato dalla struttura, occorre inserire degli opportuni valori dei coefficientidi espansione e di contrazione.
Nella tabella seguente vengono riportati i valori consigliati dei suddetti coefficienti nel caso dicorrente subcritica per varie tipologie di restringimenti.
Nel caso di corrente supercritica i valori di entrambi i coeff. devono essere scelti con
maggiore cautela, per evitare una sovrastima delle perdite per contrazione e/o espansione. Ingenerale i valori assunti da entrambi i coeff. devono essere minori (rispettivamente 0.05 - 0.1nel caso di transizioni graduali; e 0.1 - 0.2 nel caso di transizioni più brusche).
UNSTEADY FLOW DATA
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
49/66
Sia le condizioni al contorno che le condizioniiniziali vengono inserite premendo UNSTEADYFLOW DATA dal menu EDIT della finestra principale di HEC-RAS.
Prima di poter eseguire una simulazione in moto vario occorre inserire tutte le condizioni al
contorno (BOUNDARY CONDITIONS) sia esterne, a monte e a valle, che interne (adesempio in corrispondenza di uno sfioratore laterale) in ciascun tratto dei corsi d’acquaesaminati, ed inoltre devono essere definite le condizioni iniziali (INITIAL CONDITIONS)della portata liquida e dell’area di espansione.
BOUNDARY CONDITIONS: il nome del corso d’acqua (RIVER), del tratto (REACH) edil numero della sezione (RS) di tutte le cond. al contorno, che devono essere necessariamentedefinite, vengono inserite in modo automatico dal programma. In aggiunta, è possibile inserire
altre cond. al contorno interne in qualsiasi sezione dei corsi d’acqua precedentemente definiti.Le cond. al contorno per una determinata sezione vengono definite evidenziando la cellacorrispondente e selezionando, successivamente, il tipo di condizione al contorno(BOUNDARY CONDITION TYPES) che si desidera adottare. Occorre notare che sonodisponibili molte scelte per la definizione delle cond. al contorno, ma non tutte sonodisponibili per ciascuna sezione.
UNSTEADY FLOW DATA EDITOR (BOUNDARY CONDITIONS)
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
50/66
BOUNDARY CONDITIONS: FLOW HYDROGRAPH
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
51/66
La scelta Flow Hydrograph può essere
utilizzata sia come cond. al contorno dimonte che di valle. L’inserimento manualedei dati relativi ad un idrogramma di pienadeve essere articolato nel modo seguente:
1) definizione del Data time interval (sono
disponibili vari intervalli temporali);2) scelta tra Use simulation time e FixedStart Time: nel primo caso l’istante diinizio dell’idrogramma di piena coincidecon l’istante di inizio di ogni simulazione;nel secondo caso l’idrogramma viene fattoiniziare in un istante temporale fisso;
3) definizione del numero di intervallitemporali: No. Ordinates;
4) inserimento dei valori di portata (Flow)che sono costanti in ciascun intervallo;
5) Critical boundary conditions: consentedi fissare un valore max di variazionedella portata tra uno step ed il successivo,in modo da rendere stabile la simulazione.
BOUNDARY CONDITIONS: STAGE HYDROGRAPH
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
52/66
La scelta Stage Hydrograph può essere
utilizzata sia come cond. al contorno dimonte che di valle.
L’inserimento manuale dei dati relativi adun idrogramma dei livelli idrometrici deveessere articolato seguendo la stessa
procedura descritta per l’inserimentodell’idrogramma delle portate liquide.
BOUNDARY CONDITIONS: STAGE & FLOW HYDROGRAPH
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
53/66
La scelta Stage and Flow Hydrograph
può essere utilizzata sia come cond. alcontorno di monte che di valle.
In questo caso, fintanto che non inizia laserie dei valori di portata, come cond. alcontorno vengono utilizzati i dati relativi
alle altezze idrometriche.Questo tipo di condizione al contornoviene utilizzata quando si dispongono dialcuni valori misurati delle altezzeidrometriche, ma non sufficienti a coprireil campo di analisi che si intendeeffettuare.
DOWNSTREAM BOUNDARY CONDITIONSL l R i C N l D h
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
54/66
Le scelte Rating Curve e Normal Depth possono essere utilizzate solo come cond.al contorno di valle.
1) Rating Curve: mediante questa scala dideflusso non è possibile descrivere ilcappio di piena, in quanto ad ogni valore
di altezza d’acqua è possibile associareuno ed un solo valore della portata.Pertanto vengono compiuti degli errorinella simulazione in prossimità della cond.al contorno. Tali errori divengono sempre
più rilevanti al diminuire dei valori della pendenza del corso d’acqua;
2) Normal Depth: mediante l’inserimentodella pendenza della linea dei carichi totaliviene calcolata l’altezza di moto uniforme,utilizzata dopo come cond. al contorno.
NOTA: in entrambi i casi le cond. alcontorno devono essere posizionate ad unacerta distanza a valle del tratto in studio, in
modo tale da rendere trascurabili gli erroriintrodotti. 1
2
INTERNAL BOUNDARY CONDITIONS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
55/66
Le scelte Lateral Inflow Hydrograph,
Uniform Lateral Inflow e Groundwater Interflow vengono utilizzate come cond. alcontorno interne.
1) Lateral Inflow Hydrograph: vienesimulato, in una determinata sezione, un
contributo laterale di portata, descritto conun idrogramma di piena. Gli effetti hannoluogo dalla prima sez. a valle;
2) Uniform Lateral Inflow Hydrograph:viene simulato un contributo laterale di portata distribuito in modo uniforme tra duespecifiche sezioni. Il contributo di portataviene descritto con un idrogramma di piena;
3) Groundwater Interflow: viene simulato, in
un determinato tratto, uno scambio d’acquacon la falda freatica. Il livello della falda èindipendente da quello del corso d’acqua edeve essere inserito manualmente per ogniintervallo temporale. Inoltre deve essere
specificato il coeff. di permeabilità di Darcy. 2
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
56/66
INITIAL CONDITIONS
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
57/66
Oltre alle BOUNDARY CONDITIONS devono essere specificate anche le INITIAL
CONDITIONS del sistema, mediante le quali il programma avvia la simulazione in motovario. Le cond. iniziali sono costituite dai valori iniziali della portata liquida e dai livellid’acqua già esistenti nelle eventuali aree di espansione presenti.
Esistono due metodi per inserire le cond. iniziali:
1) Enter Initial flow distribution: inserimento di un unico valore di portata in ciascuna sezione(l’ultima a monte) di ciascun tratto di corso d’acqua. Dopo aver avviato la simulazione, il programma provvede a calcolare il profilo della corrente di moto permanente, determinandoin questo modo un valore iniziale di altezza d’acqua da assegnare a ciascuna sezione presente.
Questa opzione richiede, inoltre, l’inserimento di un valore iniziale dei livelli d’acqua presentinelle aree di espansione;
2) Use a Restart File: in questo caso le condizioni iniziali vengono fornite dal file di output(restart file) generato da una precedente simulazione. Questa opzione viene generalmente
utilizzata quando il numero degli intervalli della simulazione è notevole e richiederebbe untempo di esecuzione troppo elevato. In questo caso è possibile spezzare la simulazione in più periodi, utilizzando come cond. iniziale, in un determinato periodo, il risultato finale dellasimulazione del periodo precedente.
UNSTEADY FLOW DATA EDITOR (INITIAL CONDITIONS)
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
58/66
UNSTEADY FLOW ANALYSIS
P i l’ li i di t i i
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
59/66
Per avviare l’analisi di moto vario si
deve premere UNSTEADY FLOWANALYSIS dal menu RUN dellafinestra principale di Hec-Ras.
Per iniziare un nuovo progetto si deve premere NEW PLAN dal menu FILE
della finestra Unsteady Flow Analysis.
Per poter avviare la simulazioneoccorre specificare:
1) Geometry & Unsteady Flow Files;2) Programs to Run;
3) Simulate Time Window;
4) Computation Settings.
GEOMETRY PRE-PROCESSOR
Il è tili t d l d ll tt i ti h t i h di
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
60/66
Il pre-processor è utilizzato dal programma per generare dalle caratteristiche geometriche di
ciascuna sezione le grandezze idrauliche, al fine di rendere più rapida la simulazione di motovario. In questo modo le variabili idrauliche non vengono calcolate in ciascuna iterazione, masono ricavate mediante interpolazione di quelle calcolate precedentemente. Queste ultime sonoarchiviate in tabelle o in scale di deflusso in funzione dell’altezza d’acqua, calcolate (didefault) per 20 valori (+1 al fondo). La scelta di questi intervalli è molto importante: da un lato
deve essere sufficientemente grande da coprire tutti i valori dei livelli che si verificano, edall’altro sufficientemente piccolo da fornire un grado di dettaglio adeguato.
1) default 40 – max 502) default 40 – max 50
3) default 10 – max 20
12
3
COMPUTATION SETTINGS
1) Computation Interval: è uno dei più importanti parametri utilizzati per la simulazione in
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
61/66
1) Computation Interval: è uno dei più importanti parametri utilizzati per la simulazione in
moto vario. L’intervallo deve essere piccolo abbastanza da poter descrivere accuratamente lafase crescente e decrescente dell’idrogramma di piena. Una regola generale è quella diutilizzare una durata dell’intervallo al più uguale al tempo risultante dal rapporto della durata(in ore) della fase crescente dell’idrogramma di piena (tempo compreso tra l’istante iniziale equello di picco) diviso 24. Inoltre, quando vengono inserite delle strutture (ponti, briglie, luci
di fondo, etc.), occorre fornire dei valori dell’intervallo di calcolo compresi tra 1 e 5 minuti, inmodo tale da evitare di rendere instabile il sistema a seguito delle brusche variazioni dei livelliche si possono verificare tra due steps successivi (ad es. transizione da unsubmerged asubmerged ). Il computation interval deve essere poi modificato in modo tale da scegliere ilvalore più grande che risolve in modo accurato il sistema di equazioni.
2) Hydrograph Output Interval: viene utilizzato per definire gli intervalli degli idrogrammidei livelli o delle portate utilizzati nella simulazione. Il valore di questo intervallo deve esserealmeno uguale a quello inserito nel Data time interval, in modo tale da definire correttamentela forma degli idrogrammi senza perdere nessuna informazione;
3) Hydrograph Output Interval: definisce in quali intervalli temporali devono essere restituitele informazioni dettagliate sulle grandezze idrauliche calcolate. Infatti non è pensabile che si possa valutare tali valori per ciascun intervallo in cui è stato suddiviso l’idrogramma di piena,in quanto il post-processor impiegherebbe troppo tempo per la sua esecuzione ed il file di
output risultante occuperebbe troppa memoria.
SIMULATION OPTIONS
1) Stage and Flow Output Locations:
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
62/66
1) Stage and Flow Output Locations:
consente di definire le sezioni in cui sidesidera la restituzione delle grandezzeidrauliche calcolate negli intervallitemporali precedentemente definiti( Hydrograph Output Interval);
2) Flow Distribution Locations:consente di definire le sezioni in cui sidesidera calcolare la variazionespaziale delle grandezze idraulichelungo la direzione trasversale. Infatti è
possibile suddividere singolarmente,fino ad un massimo di 45 porzioni,LOB, ROB e Main Channel.
1
2
SIMULATION OPTIONS
1) Roughness Change Factors: consente di modificare il
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
63/66
1) Roughness Change Factors: consente di modificare il
coeff. di resistenza di Manning al variare della portata.Si deve definire: il valore di portata da cui far avviare lemodifiche; l’incremento di portata ed il numero totaledegli incrementi che si vuole effettuare;
1
2) Seasonal Roughness Change Factors: consente dimodificare il coeff. di resistenza di Manning al variaredella stagione. Occorre definire per ogni limitetemporale, definito da un giorno ed un mese dell’anno, uncoeff. di resistenza.
2
CALCULATION OPTIONS AND TOLLERANCES
Questa opzione consente di definire e/o di
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
64/66
Questa opzione consente di definire e/o di
modificare le tolleranze utilizzate per larisoluzione dell’equazione della quantità dimoto. ATTENZIONE: l’incremento dei valoridi default delle tolleranze può portare ad errorinel calcolo dei profili della superficie libera.
Theta implicit weighting factor : un valore di0.6 fornisce una soluzione più accurata, ma ilsistema è poco stabile; il contrario se vienescelto un valore pari a 1. Generalmente si iniziala simulazione con 1 e se la simulazione termina
positivamente si diminuisce progressivamente ilsuo valore tendendo (finché possibile) a 0.6;Water surface calculation tolerance: scartomassimo tra il livello d’acqua calcolato e quelloassunto in una determinata sezione;
Storage area elevation tolerance: scartomassimo tra il livello d’acqua calcolato e quelloassunto nell’area di espansione; Maximum number of iterations: numero maxdi iterazioni eseguite per risolvere le eq. di moto
vario al fine di soddisfare la tolleranza assegnata
CALCULATION OPTIONS AND TOLLERANCES
Maximum number of warm up time series:
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
65/66
Maximum number of warm up time series:
prima di eseguire la simulazione in moto vario,il programma esegue una serie di simulazionicon portata costante (warm-up period ), in mododa regolarizzare il profilo della superficie libera; Time step during warm up period (hours):
viene definito il time step del periodo diriscaldamento che può essere inferiore a quellodefinito per l’analisi in moto vario; Minimum time step for interpolation: il programma è in grado di interpolare gli
intervalli dell’idrogramma che sono statiinseriti, quando la fase crescente è troppo ripida.Tramite questa opzione si evita che il programma utilizzi time steps troppo piccoli; Maximum number of interpolated time steps:
numero max di time steps che possono esserecreati durante un processo di interpolazione;Weir flow stability factor : questo fattore èutilizzato per incrementare la stabilità dellasoluzione numerica attorno alla briglia. Più è
elevato, più la sol. è stabile ma meno accurata.
ESEMPIO: CAPPIO DI PIENA
-
8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita
66/66
Ex. 1
Ex. 2
Ex. 3
99 hours 536 4.5
Ex. 2 4 hours
07/04/1999
2400
24/04/1999
1800 396 hours 537 4.6
Ex. 3 1 hour07/04/1999
2400
12/04/1999
0300
B [ft] V [ft/s]
Ex. 1 10 min07/04/1999
2400
08/04/1999
163016.3 hours 530 4.8
Data time
interval
Starting
dateEnding date
Duration
time