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HEC-RAS1序一维恒定流计算原理
1一维恒定流计算能量方程原理
一维恒定流水面线可通过求解能量方程来获得，具体表达式如下:
Z2 丫2¥ 乙 YFhe ( 1)
2g 2g
式中：乙，乙为河道底高程；丫！，Y 2为断面水深；P板为断面平均流速；i，2为动能修正系
数；g为重力加速度；he为水头损失。
两个断面间的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失，水头损失表达式如下：
heLSfC 学( 2)
2g 2g
式中：L为断面平均距离；Sf为两断面间沿程水头损失坡度；0为收缩或扩散损失系数
断面平均距离表达式如下:
Liob。iob Lch。ch
Lrob Qrob
Qiob Qch rob
Qlob 5 Qch ' Qrob
式中：Lob，Lch，Lrob分别是两断面间左边滩地、主槽、右边滩地的距离； 分别是左边滩地、主槽、右边滩地平均流量。
根据不同糙率分界点划分滩地，利用曼宁公式计算每个分区的流量，表达式如下：
Q KSV (4)
1 2/3
K—AR ( 5)
n
式中：K为流量模数；n为曼宁糙率系数；A为分区面积；R为水力半径。
动能修正系数可通过滩地和主槽流量来进行计算，表达式如下：
八—一K -
At 2 r+fa A 2
Aob 八 2 Afob 小
——A (6)
式中：力为整个过流断面面积；Aob，Ah, Aob分别为左边滩地、主槽、右边滩地过流面积；K为整个 过流断面的流量模数；Kob，K,，Kob分别为左边滩地、主槽、右边滩地流量模数。沿程水头损失坡度
&可通过下式求解：
2一维恒定流计算动量方程原理
St
Q] Q?
K K2
(7)
当水面线越过临界水深，能量方程已经不再适用。自然界中从缓流过渡到急流或者从急流过 渡到缓流现象十分普遍，例如在比降变化较大的渠道、桥梁、堰、河流汇合处，都可能发生这种现 象。因此，需要采用动量方程对水面线进行求解。动量方程是通过牛顿第二定律推导得来的，表达 ^^口 下：
Fx ma
(8)
P2 P Wx FtQ Vx (9)
式中：R、P2分别为断面1和断面2上所受的水压力；W为水重力沿X轴分量；Ff为摩擦
力；Q为流量；为水的密度；Vx为流速变化沿X轴分量
其中：
Pi AiYi (10)
P2 A2Y2 (11)
式中： 为水的容重；A、力分别为断面1和断面2的过水面积；丫一丫 2分别为断面1
和断面2水面至形心的距离
Wx 宁 LS0 (/
式中：L为断面1至断面2距离沿X轴方向的分量；S。为河底比降。
Ff A—A2 SfL
(13)
(14)
Q ma— 1V1 2V2
g
式中：为动量修正系数
将式(10)〜式(14)带入式(8)可得:
Q2 2
gA2
A2Y2 送 LSo 以 2 2
LSf
Qi2i AYi gA
(15)
3桥梁建筑物模拟方法
断面布设
为了准确计算水流通过桥梁建筑物的能量损失，一般在桥梁附近布设 4个断面，断
面布设不意图见图1。
图1桥梁附近断面布设示意图
断面1。断面1应布设在桥梁下游水流不受桥梁影响的位置，扩散比(2Le.； AB CD)
主要受建筑物结构、河道糙率以及河底比降的影响，表