BR 52 Proudění v systémech říčních koryt

Transkript

1 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

2 1 Přednáška Úvod do problematiky

3 Obsah: 1. Úvod 2. Náplň přednášek a cvičení 3. Modelování proudění v otevřených korytech 4. 1D Model HEC-RAS

4 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.

5 Náplň přednášek: 2.Náplň přednášek a cvičení 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., přednáší Ing. Uhmannová, přednášky přenáší doc. Jandora

6 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 Řešení Příkladu č 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.

7 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

8 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.

9 HEC Hydrologic Engineering Center RAS River Analysis Systém 4. 1D model HEC-RAS 1D matematický model proudění o volné hladině proudění ustálené proudění neustálené Freeware včetně kompletní dokumentace: HEC-RAS Download HEC-RAS 4.1 HEC-RAS User s Manual HEC-RAS Hydraulic Reference Manual HEC-RAS Applications Guide Example Project

10 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.

11 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.

12 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

13 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:

14 File New Project - otevření nového projektu Open Project - otevření existujícího projektu Save Project - uložení projektu Save Project As - uložení projektu pod jiným názvem Rename Project - přejmenování projektu Delete project - smazání projektu Project Summary - souhrnné informace o projektu

15 Edit Geometric Data - zadávání všech geometrických dat Steady Flow Data - 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:

16 Základní: Příkaz Edit volba Geometric Data umožňuje otevřít editor geometrických dat a vytvoření souboru geometrických dat jméno.g01 Soubor obsahuje základní informace typu: 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,

17 Schematické vykreslení trasy

18 Zadávání příčných profilů

19 Zadávání objektů např. lávky

20 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

21 okno pro zadávání okrajových podmínek Steady Flow Data

22 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

23 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 Příkaz View umožňuje prohlížení výsledků

24 příklad řešeného příčného profilu

25 příklad řešeného podélného profilu

26 X-Y-Z prostorové vykreslení situace

27 příklad výstupní tabulky

28 Options Program Setup - nastavení některých funkcí programu Default Parameters - nastavení standardních hodnot Unit System - nastavení uživatelských jednotek Convert Project - převod mezi jednotkami

29 Děkuji za pozornost