HEC-RAS 1D/2D水动力与水环境模拟教程

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前言

水动力与水环境模型的数值模拟是实现水资源规划、环境影响分析、防洪规划以及未来气候变化下预测和分析的主要手段。然而，一方面水动力和水环境模型的使用非常复杂，理论繁复；另一方面，免费的水动力和水环境软件往往缺少重要功能，而商业软件则非常昂贵。HEC-RAS由美国陆军工程兵团水文研究中心研制，具有完整的一二维耦合的水动力及水环境模拟功能，也具有闸、涵洞、桥梁以及泵站等水利构筑物的模拟能力；同时也可以与HEC研制的水文模型（HMS）、洪水淹没风险和损失分析软件（FDA）等耦合，是免费软件中使用最方便、应用最广泛的软件之一。
 

一，水动力模型

1.水动力模型的本质

2.水动力模型的基本方程与适用范围

3.模型建模要点

4.注意事项与建模经验

二，恒定流模型(1D/2D)

1.恒定流及其适用范围

2.水面线分析及其数据要求

3.曼宁公式与恒定流，后处理

4.HEC-RA的水工建筑物（桥梁，涵洞）的模拟

5.水力参数率定

案例一：桥梁分析

案例二：涵洞分析

案例三：泄洪道设定

案例四：曼宁系数率定

三，一维非恒定流

1.河流动力学、非恒定流及其适用范围

2.一维非恒定流的数据要求及其前处理

3.一维的边界条件和初始条件

4.桥梁与涵洞的处理

5.储水区域及其相互连接

6.堰的处理

7.闸门的设置

8.坝及其决口的模拟

9.闸门等启闭规则的设置

10.非恒定流模型率定

案例五：一维非恒定流的模拟

案例六：桥梁结构的模拟

案例七：利用联系结构结合多个储水区域

案例八：非恒定流的率定

案例九：一维溃坝模拟

案例十：规则的设置

四，二维非恒定流模型（一）

1.二维非恒定流的适用范围

2.次网格地形数据及其处理

3.二维网格的生成

4.土地利用类型及曼宁系数

5.边界条件与初始条件

6.计算技术的选择

7.后处理

8.空间非均匀降雨与下渗模型的处理

案例十一：二维水动力模型的运行与后处理

五，二维非恒定流模型（二）

1.二维桥梁模型的计算

2.二维溃坝模型

3.二维模型中泵站的处理

4.水利构筑物之间的连接

5.一二维模型耦合

案例十二：二维桥梁模型

案例十三：二维泵站模型

案例十四：一二维模型耦合

案例十五：二维溃坝模拟

六，HEC-RAS的水质模型

1.水质模型基本方程与原则

2.HEC-RAS中实现的水质模型

3.水质模型的设置

4. 二维模型中泥沙的输运

案例十六：二维泥沙输运模型

案例十七：二维河道的水质模型

七，高级主题

1.参数率定的主要经验

2.HEC-RAS与HEC-HMS的耦合（不详细讲HEC-HMS）

3.淹没风险分析软件HEC-FDA与HEC-RAS耦合

4.非牛顿流体模拟

5.HEC-RAS计算加速策略

6.HEC-RAS中的有限体积算法

案例十八：HEC-RAS与HEC-HMS的耦合

案例十九：HEC-RAS与HEC-FDA的耦合