PRAKTIKUM 1 Problemstellung

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1 Praktikum PRAKTIKUM 1 Problemstellung Vorbereitung eines Wasserspiegellagenmodells in einem schematischen Gerinne Im Zuge des Praktikums 1 soll der Input für die Durchführung einer Wasserspiegellagenberechnung in einem schematischen Gerinne vorbereitet werden. Dazu ist auch ein grundlegendes Kennenlernen des verwendeten Softwareproduktes HEC RAS notwendig, wobei der Schwerpunkt nicht auf dem Produkt (im Grunde ähnlicher Aufbau auch bei anderen 1D Programmen, z.b. MIKE11, WASPI), sondern auf der problemorientierten Bearbeitung liegt. Kennenlernen des Programms Erstellen eines schematischen Gerinnes Übungsziele Erstellung eines neuen Projektes Eingabe von Querprofilen Zuordnung von Rauhigkeiten (definiert) Definition der hydrologischen Daten (Abflüsse) Festlegung der Randbedingungen Visualisierung des Inputs (Querprofile, Längenschnitt, Lageplan) Input Data Angaben zur Geometrie des schematischen Gerinnes Rauhigkeiten für Flussschlauch (Channel) und Vorland (LOB und ROB [left and right overbank]) stationäre Abflussdaten (Zuflussmengen)

2 Praktikum PRAKTIKUM 1 Vorgangsweise 1. Aufrufen des Programms und Erstellen eines neuen Projektes Programmstart Das Programm HEC RAS steht unter ras/hecras download.html zum freien Download zur Verfügung. Auf dieser Seite findet sich auch ein sehr ausführliches Benutzerhandbuch, sowie eine Sammlung von praktischen Anwendungsbeispielen. Die im Moment aktuellste Version ist Version 4.0. Damit das Programm gestartet werden kann, ist es wichtig, den Computer auf US Standards zu setzen. Dies betrifft unter anderem die Punkt Komma Interpretation als auch Datumsangaben. Start Einstellungen Systemsteuerung Regions und Sprachoptionen auf Englisch (USA) umstellen Nun kann das Programm gestartet werden. HEC RAS arbeitet modular, d.h. von einem Hauptmenü sind die Untermenüs (Geometrie, stationäre und instationäre Abflussdaten, Berechnung, Visualisierung) zu erreichen. Hauptmenü: Geometry Editor Enter / Edit steady flow data View cross sections View Profiles View General Profile Plot View computed rating curves Hauptmenü Enter / Edit quasisteady flow data Enter / Edit unsteady flow data View 3D multiple cross section plot Stage and flow hydrographs Hydraulic property table plots View DSS data Summary of errors, warnings and notes View summary output Enter / Edit sediment boundary conditions Enter / Edit water temperature boundary conditions Perform hydraulic design simulations Perform a water quality simulation Perform a sediment transport simulation Perform an unsteady flow simulation Perform a steady flow simulation View detailed output

3 Praktikum File: new/open/save/rename/delete project, import/export data Edit: geometric data, flow data, sediment data, water temperature Run: perform analysis View: visualization and data tables Options: default values, unit system Help: online help, users manual, application guide, Mannings n reference online Names of loaded data files (project, plan, geometry, flow data) Project description Erstellen eines neuen Projektes: Neues Projekt anlegen Unter File New Project können der Name und der Speicherort des neuen Projekts angegeben werden. Unbedingt checken, ob das Unit System auf SI Einheiten (Système International) gestellt ist!!!

4 Praktikum Eingabe der geometrischen Daten Geometrie Input In diesem Schritt werden die geometrischen Daten für das Projekt erstellt, wobei ein schematisches Gerinne verwendet wird. Das einzugebende Gerinne ist 4000 m lang und besitzt ein Längsgefälle von 1,5. Der Profilabstand beträgt 100 m. Das Trapezprofil hat eine Sohlbreite von etwa 32 m und eine Böschungsneigung von 1:2. Für die Eingabe der geometrischen Daten wechselt man ins Geometrie Fenster, wo man zuerst einen schematischen River Reach (Flussabschnitt) zeichnet. Eingabe River Reach Speicherort des jeweiligen PCs (C#) wählen. Durch Anfangs und Endpunkt der Linie wird die Fließrichtung festgelegt (von upstream zu downstream). Anmerkung: Die Form der Linie (Gerade oder Krümmung) hat keinen Einfluss auf das Berechnungsergebnis. Flusskrümmungen werden erst bei der Eingabe der Profile durch unterschiedliche Werte der Downstream Reach Length berücksichtigt. Die im Bild schon dargestellten Profile werden mit eingegeben. Eingabe Profile

5 Praktikum Um ein neues Profil einzugeben wählt man Options Add A New Cross Section Wir geben als erstes das unterste Profil mit der River Station 0 ein (bei Realflüssen empfiehlt sich hier die Angabe des Flusskilometers oder hektometers). Die crosssections werden von downstream zu upstream aufsteigend nummeriert. Cross Section Coordinates: Downstream Reach Length: hier werden Stationierung und Höhe der Profilpunkte eingegeben (erfolgt immer von orographisch linken zu rechten Ufer; die Stationierung kann auch negativ sein, die Reihenfolge muss aber aufsteigend sein) Abstand zum Unterlieger Profil zwischen dem linken Vorland (LOB = Left Overbank), dem Flussschlauch (Channel) und dem rechten Vorland (ROB = Right Overbank). Das unterste Profil erhält immer den Wert 0, da kein weiteres folgt. Die anderen Profile erhalten in allen drei Spalten den Wert 100, was bedeutet, dass es sich um ein gerades Gerinne handelt.

6 Praktikum Manning s n Values Eingabe der Rauigkeiten für LOB, Channel und ROB Main Channel Bank Stations Cont/Exp. Coefficient Manningwert (s/m 1/3 ) Stricklerbeiwert (m 1/3 /s) LOB Channel ROB Abgrenzung des Channels zu LOB und ROB Kontraktions und Expansionsbeiwerte (sind z.b. bei Brücken oder Wehren zu verändern) Durch Drücken des Button Apply Data werden die Eingaben visualisiert. Nachdem das erste Profil eingegeben wurde, können durch Kopieren die weiteren erstellt werden. Hierbei erstellen wir zuerst das oberste Profil: Options Copy Current Cross Section River Station: 4000 Die Höhen des Profils müssen nun angehoben werden (1.5 * 4000m = 6 m): Options Adjust Elevations +6 Die Downstream Reach Length muss auf 4000 für LOB, Channel und ROB gesetzt werden. Die weiteren Profile werden mittels Interpolation erzeugt: Tools XS Interpolation Between 2 XS s Constant Distance = 100 m Interpolation von Profilen Anm. bei unschön interpolierten Profilen (z.b statt 100) kann dies manuell korrigiert werden: Options Rename River Station (* stehen lassen, da diese die interpolierten Profile markien und ggf. ein späteres Löschen der Profile erleichern) Diese Daten werden unter File Save Geometry Data unter dem Namen Praktikum_1 gespeichert.

7 Praktikum Zur Kontrolle, ob das Schemagerinne richtig angelegt wurde, betrachten wir im Hauptmenü den Längsschnitt und die 3D Darstellung: bzw.

8 Praktikum Eingabe der stationären Abflussdaten Abflussdaten Input Geometrie Input Normalerweise entsprechen die Berechnungswerte Abflüssen bestimmter Jährlichkeit (z.b. NQ, MQ, HQ 30, HQ 100 ). Diese werden über Enter/Edit Steady Flow Data eingegeben Unter Enter/Edit Number of Profiles kann man die Anzahl der betrachteten Abflüsse definieren. Wir wollen uns drei verschiedene stationäre Abflüsse anschauen: 300 m 3 /s, 500 m 3 /s und 700 m 3 /s. Anmerkung: HEC RAS verwendet für Abfluss die Bezeichnung Profile und für (Quer )Profil die Bezeichnung Cross Section. Definition der Randbedingungen Randbedingungen Als Startbedingung wird für den Fall, dass keine Informationen bezüglich des Zusammenhanges zwischen Abfluss und Wasserstand (Known W.S.) vorliegen, entweder die kritische Tiefe (Critical Depth; Abfluss mit minimaler Energiehöhe) oder die Normalabflusstiefe (Normal Depth) gewählt. Für die Übungen wird Normalabflusstiefe vorgeschlagen, was bedeutet, dass als Startbedingung das Energieliniengefälle (bei stationärem, gleichförmigem Abfluss identisch mit dem Sohlgefälle) eingegeben wird. Es muss jeweils für den Zulaufrand (Upstream) und den Auslaufrand (Downstream) eine Randbedingung formuliert werden. Danach werden die Abflussdaten gespeichert: File Save Flow Data As Name: Praktikum_1

9 Praktikum Visualisierung der Eingabedaten Visualisierung Der Längenschnitt und die 3D Ansicht wurden bereits nach der Eingabe der Geometrie Daten kontrolliert. Zusätzlich können noch die Profile und die Zuweisung der Rauigkeitsbeiwerte unter Cross Section überprüft werden.