基于HEC-RAS软件的某河道治理工程水面线计算

陈 域

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

基于HEC-RAS软件的某河道治理工程水面线计算

陈 域

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

·水利工程·

水面线计算是河道整治工程设计过程中的关键计算，常规手算方法对于复杂工程和多种工况计算，需要大量的试算，计算工作量大，数据调整修改繁杂。以某山区河道整治工程为实例，采用HEC-RAS软件对治理河段进行建模，计算各工况水面线成果，计算过程快速简洁，计算成果直观，易于工程设计使用。

河道整治，水面线，HEC-RAS

1 工程概述

在河道整治工程中，需要对天然河道以及治理后的河道进行各种工况的水面线计算，以获得相关特征水位、流速、水深等信息，用以指导河道整治工程治导线确定、堤防结构设计、河道冲刷计算等。

某河道整治工程，是一项以乡镇防洪为主的工程，堤防工程的建设将提高水土保持能力及防洪、抗灾能力，有效保护当地乡村人民的生命财产安全，保障当地人民的根本利益。工程治理河段为山区河流，河谷陡峻，主河长13.2 km，河道平均比降2.41%，治理河道总长度13.136 km。工程设防洪标准为10年一遇(p=10%)。

2 水面线计算方法

设计洪水水面线是确定治理工程规模的关键，根据治理河段资料条件及地理位置的不同，设计洪水水面线一般采取：1)恒定非均匀渐变流方程式；2)曼宁公式；3)水面比降法进行推求，方法2)，3)仅用于资料较为缺乏的地区。

通常河道整治工程水面线计算选用恒定非均匀渐变流方程，采用EXCEL程序由下游向上游逐段推算。水面曲线计算所依据的基本方程式如下：

其中，Z1为下游断面水位(起调水位，已知条件)；Z2为上游断面水位(计算值，未知数)；hf为两断面之间的沿程水头损失；hj为两断面之间的局部水头损失；α为动能修正系数；Q为流量；A为过水断面面积。

3 工程水面线计算

3.1 HEC-RAS程序简述

河道的水面线是根据实测的纵横断面资料、设计洪峰流量、起调断面的水位流量关系和河道糙率等边界条件，按照水力学公式进行计算。

HEC-RAS是由美国陆军工程师兵团(USACE)开发的一个综合性的水力计算软件。图形界面简洁，能够基于不同的模型输入相应的边界条件。软件可以根据需要选择多种水力计算方法分析计算一维恒定、非恒定流的水面线。操作简洁，便于修改和数据调整，分析成果可以用图形或表格的形式表现，易于工程设计采用。

计算步骤：1)新建工程项目；2)输入河道几何资料：河段长度、横断面信息、河槽划分、糙率等；3)输入水流数据和边界条件：计算工况、流态模式、流量、水位等；4)进行水力学计算；5)输出计算结果。

3.2 本工程水面线计算

工程治理河段总长13.136 km，沿河道共布置67个断面，断面平均间距为200 m左右，在现状实测横断面的基础上，根据平面布置确定的堤线，堤距布置行洪断面的形式，作为推算水面线的依据。计算洪水标准为10年一遇和2年一遇，河道糙率采用0.042，频率洪水洪峰流量和控制断面水位见表1，表2。

表1 各防洪断面设计洪水成果表

表2 控制断面计算水位表

采用HEC-RAS程序完成河道建模并输入相关边界条件后，进行各工况水面线计算分析，河道建模及数据输出显示见图1～图5。

根据程序计算成果，将各工况水面线数据输出EXCEL表格，按照需要的格式进行整理，以桩号K11+000～K13+000为例，将最终的计算成果整理展示见表3。经比较分析，采用HEC-RAS计算得出的水面线成果跟表格试算成果基本是一致的，但是HEC-RAS对于混合流以及复杂水力条件下的计算分析更为简便准确。

表3 水面线计算成果整理表

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4 结语

水面线计算是河道整治工程设计过程中的关键计算，对于整治长度较长，河道蜿蜒变化复杂的河流，为了保证水面线计算的准确合理，将会取较多的计算断面，用传统方法进行计算，计算过程过于复杂，数据也不易修改调整。本文以某山区河道整治工程为实例，通过HEC-RAS软件对治理河段建模计算，得出其各工况水面线计算成果，计算过程快速简洁，计算成果直观，易于工程设计使用。

[1] HEC-RAS Version 4.1 Users Manual,US Army Corps of Engineerings Hydrologic Engineering Center[Z].

[2] 陆静依.美国“HEC-RAS河流分析系统”简介[J].上海水利，1999(4):17.

[3] 黄海龙.基于Civil 3D与HEC-RAS的快速水面线计算方法[J].低碳技术，2017(23):51-53.

OnwatersurfacelinecaculationofsomeriverchannelprojectbasedonHEC-RASsoftware

ChenYu

(PowerChinaKunmingEngineeringCorporationLimited,Kunming650051,China)

Water surface line calculation is the key to the design process of river regulation projects in the calculation. The conventional calculation method for complex engineering and various conditions requires a large amount of trial calculations. The workload of calculation is large, and the data adjustment and modification are complicated. Taking a mountainous river regulation project as an example, this paper uses HEC-RAS software to model the river reach, and calculates the water surface line results under different conditions. The calculation process is fast and simple, and the calculation results are intuitive and easy to use in engineering design.

river regulation, water surface line, HEC-RAS

2017-10-07

陈 域(1985- )，女，工程师

1009-6825(2017)35-0207-02

TV131

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