1、HEC-RAS 应用应用武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院曾玉红曾玉红What is HEC-RAS?HEC-RAS Hydrologic Engineering Center,(HEC)River Analysis System.(RAS)Steady flow water surface profile computation.水面线分析水面线分析 Unsteady flow simulation.非恒定流量水位过程非恒定流量水位过程 Sediment transport/Movable boundary sediment.泥沙输移泥沙输移 Water quality 水质模拟，温度
2、，藻类，溶解氧，水质模拟，温度，藻类，溶解氧，BOD Hydraulic design桥梁、涵洞、堰、溢洪道等等桥梁、涵洞、堰、溢洪道等等模拟河流的水流、泥沙、水质问题可计算急流、缓流以及混合流可考虑桥、涵、坝、闸、等构筑物安装及帮助文件 Users manual 用户手册 安装、使用、界面菜单 guide to use HEC-RAS Hydraulic reference manual 水力手册 理论，参数选择 theory and data requirements Application guide 应用指南 实例 step by step examples www.hec.usace
3、.army.mil一、数据要求 一般数据 几何数据 恒定流数据 非恒定流数据plan data geometric data steady flow data unsteady flow data quasi-steady flow data sediment data water quality data hydraulic design data1.1 plan data（一般数据）Plan(工况)geometricflowsedimentWater qualityHydraulic design.G01.G99.P01.P99project*.prj 在创建并保存在创建并保存projec
4、t文件（文件（*.prj）后，其他）后，其他data文件均会自动以文件均会自动以同样的名字保存，但采用不同的后缀来区分各类文件。同样的名字保存，但采用不同的后缀来区分各类文件。“字母字母+数字数字”的的后缀方案：主要的后缀方案：主要的data命名规则如下：命名规则如下：One file for each Plan(.P01 to.P99)One Run file for each unsteady flow plan(.X01 to.X99)One Output file for each plan(.O01 to.O99)One file for each set of Geometry d
5、ata(.G01 to.G99)One file for each set of Unsteady Flow data(.U01 to.U99)1.1 plan data（一般数据）1.2 Geometric data Geometric Data的获取：的获取：在在HEC-RAS中通过手工输入从头建立中通过手工输入从头建立利用利用HEC-GeoRAS等等GIS扩展在扩展在ArcGIS中先建立好模型，中先建立好模型，然后导入然后导入HEC-RAS中中Geometric Data的组成：的组成：reachjunctionstationriverCross-section河流，河网河段汊点断面站点
6、u每个河网由一个或多个河段（每个河网由一个或多个河段（reach）相互连接而成，汇合处称）相互连接而成，汇合处称为汊点（为汊点（junction）。）。uReach以以reach name彼此区分，每个彼此区分，每个reach还有一个其所在还有一个其所在河流的河流的river name。u以以river为单位（注意不是为单位（注意不是reach）从下游向上游定义距离空间，）从下游向上游定义距离空间，每个每个river上的位置都对应于一个数值，即上的位置都对应于一个数值，即station，自上游往下游，自上游往下游数值由大到小，标示断面所处的位置，但数值大小在具体计算中并数值由大到小，标示断面所
7、处的位置，但数值大小在具体计算中并无意义。无意义。1.2 Geometric data 横断面数据横断面数据 横断面布置：尽量垂直流向。横断面布置：尽量垂直流向。cross section每个每个cross section都有如下属性：都有如下属性：river name，river station，reach name，description。断面形态由一组（断面形态由一组（y,z）坐标给出，）坐标给出，y轴的正方向为从上游向下游看由轴的正方向为从上游向下游看由左岸到右岸。（左岸到右岸。（y,z）坐标的顺序必须满足）坐标的顺序必须满足y值非减条件。左岸和右岸位值非减条件。左岸和右岸位置分别以置
8、分别以y坐标值给出，且必须对应于某个（坐标值给出，且必须对应于某个（y,z）坐标对，用于标记河）坐标对，用于标记河道左岸滩、主槽、右岸滩的分割位置。道左岸滩、主槽、右岸滩的分割位置。在断面上可根据分区给定变化的糙率值在断面上可根据分区给定变化的糙率值n。断面之间的间距是自上游向下游计量的，也就是当前断面与下游相邻断面之间的间距是自上游向下游计量的，也就是当前断面与下游相邻断面之间的距离，最下游的断面上间距值没有意义，按零存储。断面之间的距离，最下游的断面上间距值没有意义，按零存储。距离分为左岸距离（距离分为左岸距离（LOB），中心距离（），中心距离（Channel），右岸距离），右岸距离（RO
9、B）。）。每个断面上还可定义突缩和突扩的能量损失系数，用于计算当前断面每个断面上还可定义突缩和突扩的能量损失系数，用于计算当前断面与下一断面之间的能量损失。与下一断面之间的能量损失。1.3 如何对过水断面进行限定如何对过水断面进行限定 死水区死水区 ineffective flow area1.3 如何对过水断面进行限定如何对过水断面进行限定 堤防设置1.3 如何对过水断面进行限定如何对过水断面进行限定 障碍物障碍物二、Starting with HEC-RAS 开始一个新的开始一个新的project 输入（导入）输入（导入）geometric data 输入输入 flow data、boun
10、dary conditions 水力计算水力计算 后处理（结果显示与打印）后处理（结果显示与打印）Projects.Prj project.R01 run file for steady flow plan.X01 run file for unsteady flow plan.O01 output file.G01 geometry data.F01 steady flow data.U01 unsteady flow data.Q01 quasi-unsteady flow data.S01 sediment data .SedCap01 sediment transport capaci
11、ty.W01 water qualityGeometric data River-reach-junction-storage area-cross-section River Station:界定断面的位置，用数字表示，大的数字在上游，小的数字在下游。Cross-section:River,reach,station and elevation Hydraulic structureFlow data and boundary conditions Steady flow Unsteady flow三、恒定流水面线分析三、恒定流水面线分析22221 1221122eVVZYZYhgg地面地面
12、高程高程水深水深流速流速水头水头损失损失基于一维能量方程，能量损失由沿程和局部两部分组成。基于一维能量方程，能量损失由沿程和局部两部分组成。1 1、原理、原理22221122efVVhLSCgg流程长流程长比阻比阻局部阻力局部阻力系数系数lobchroblobchroblobchrobLQLQLQLQQQ2 2、能量损失、能量损失3 3、断面过流能力计算、断面过流能力计算1/22/31fQKSKARn 左岸，主槽，右岸采用不同的参数进行计算，三部分相加获得整个左岸，主槽，右岸采用不同的参数进行计算，三部分相加获得整个断面的过流能力。断面的过流能力。计算可给出各部分流量的分配结果。计算可给出各部
13、分流量的分配结果。一般取相同水面深度下的较小流量为计算流量。一般取相同水面深度下的较小流量为计算流量。按糙率变化的节点进行划分：按糙率变化的节点进行划分：边滩上按坐标节点进行划分：边滩上按坐标节点进行划分：4 4、糙率系数的选择、糙率系数的选择 当主槽边坡大于当主槽边坡大于5H:1V，或是主槽有多个糙率的情况，按，或是主槽有多个糙率的情况，按各部分湿周加权计算得出一个复合糙率：各部分湿周加权计算得出一个复合糙率：2/31.51()NiiicPnnP6 6、断面平均动能、断面平均动能221221212222VVQQVgggQQ7 7、阻力系数、阻力系数2221 12 2()22fceQSKVVh
14、Cgg阻力坡降阻力坡降收缩与扩张断面的损失收缩与扩张断面的损失沿程：沿程：局部：局部：8 8、水面线计算过程、水面线计算过程 对于缓流，在上游断面假定一个水深；对于缓流，在上游断面假定一个水深；若是急流，则在下游断面假定一个水深；若是急流，则在下游断面假定一个水深；基于假定的水位，确定对应的总输水流量和速度水头；基于假定的水位，确定对应的总输水流量和速度水头；计算损失；计算损失；求解求解WS（水面）；（水面）；计算值和估计值进行比较，满足要求即停止；计算值和估计值进行比较，满足要求即停止；9 9、临界水深的确定、临界水深的确定临界水深：确定流动是急流还是缓流，便于采用合适的计算方法，并进行流动
15、分析。计算中一般自动计算该项。断面的总能量：H=WS+V2/(2g)临界水深的计算方法：抛物线法 对于单个极值 割线法 对于多个极值假定水面高程，采用上述方程获得最小的能量值所对应的临界水深。1010、动量方程的应用、动量方程的应用能量方程适用于渐变流的情况能量方程适用于渐变流的情况。当水面从急流。当水面从急流-缓流，以及缓流缓流，以及缓流-急流急流的情况下，即在急变流的情况下，如渠道底坡的急剧变化如有水跃发的情况下，即在急变流的情况下，如渠道底坡的急剧变化如有水跃发生、通过桥梁、堰、河网节点等情况，能量方程不再使用，此时可采生、通过桥梁、堰、河网节点等情况，能量方程不再使用，此时可采用经验公
16、式，但很多情况下必须采用动量方程加以求解。用经验公式，但很多情况下必须采用动量方程加以求解。牛顿第二定律：牛顿第二定律：xFma21xfxPPWFQV代入各项力，即得：代入各项力，即得：压力项重力项阻力项速度变化HEC-RASHEC-RAS中所用的动量方程形式：中所用的动量方程形式：22221212112201 121()()22fQAAAAQA YLSLSAYgAgA1111、恒定流计算的一些假定、恒定流计算的一些假定 流动是恒定的流动是恒定的 流动是渐变的流动是渐变的 流动是一维的流动是一维的 渠道底坡比较缓，小于渠道底坡比较缓，小于1：10四、非恒定流计算四、非恒定流计算 1、方程、方程
17、依据：质量守恒，动量守恒依据：质量守恒，动量守恒 连续性方程连续性方程 inflow=outflow 动量方程动量方程0TlAQqtx()0fQQVzgAStxx控制体控制体内动量内动量变化变化重重力力项项阻阻力力项项2 2、计算方法、计算方法隐式有限差分法：隐式有限差分法：11njjnnjjjnnjjjffffffff定义：以及：则：隐式有限差分的一般格式：隐式有限差分的一般格式：时间离散：时间离散：空间离散：空间离散：10.5()jjffffttt11()()jjjjffffffxxx3、连续性方程的有限差分格式 根据上述分析：根据上述分析：ccfcffclfQAqxtQASqqxtt3、
18、动量方程的有限差分格式、动量方程的有限差分格式()()()()ccccfcfccffffffcffQV QzgASMtxxQV QzgASMtxx边滩：边滩：主槽：主槽：4、边界条件、边界条件 上游边界条件上游边界条件 流量流量下游边界条件下游边界条件 水位过程线水位过程线 水位随时间的变化、控制水深水位随时间的变化、控制水深 流量过程线流量过程线 下游有实测流量资料下游有实测流量资料 水位流量过程线水位流量过程线 水位和流量的单值函数水位和流量的单值函数 正常水深正常水深 给定阻力系数由曼宁公式确定给定阻力系数由曼宁公式确定 正常水深。一般按渠道底坡进正常水深。一般按渠道底坡进 行估算行估算
19、五、五、Inline structure 堰（宽顶堰、尖顶堰以及弧形堰）堰（宽顶堰、尖顶堰以及弧形堰）溢洪道溢洪道 闸门（平板闸门，弧形闸门）闸门（平板闸门，弧形闸门）需要需要4个断面模拟构筑物段水流。个断面模拟构筑物段水流。2号断面反应下游的号断面反应下游的尾水水位，上游尾水水位，上游3号断面体现来流水头号断面体现来流水头2TEBEHEQCgWTBHW-溢流堰的宽度溢流堰的宽度C-流量系数流量系数TE,BE,HE,系数系数H1:Zu-ZdA:闸门面积闸门面积自由出流：自由出流：淹没出流：12(3)TEBEHEQCgWTBH过渡状态：12QCAgH2QCWBgH自由出流：自由出流：堰流：过渡状
20、态：2 3QCWBg H3/2QCLH11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！
21、【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万
22、卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/
23、两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中
24、感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显
25、得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低
26、译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者
27、利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场
28、景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名
29、称、“醉翁之意不在酒，在乎山水之间也”前后呼应，并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索，曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六：赏析文本，感受文本艺术特色1在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。2反复朗读，请同学说说本文读来有哪些特点，为什么会有这些特点。(1)句法上大量运用骈偶句，并夹有散句，既整齐又富有变化，使文章越发显得音调铿锵，形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香，佳木秀而繁阴”“朝而往，暮而归，四时之景不同，而乐亦无穷也”。(2)文章多用判断句，层次极其分明，抒情淋漓尽致，“也”“而”的反复运用，形成回环往复的韵律，使读者在诵读中获得美的享受。(
30、3)文章写景优美，又多韵律，使人读来不仅能感受到绘画美，也能感受到韵律美。目标导学七：探索文本虚词，把握文言现象虚词“而”的用法用法文本举例表并列1.蔚然而深秀者；2.溪深而鱼肥；3.泉香而酒洌；4.起坐而喧哗者表递进1.而年又最高；2.得之心而寓之酒也表承接1.渐闻水声潺潺，而泻出于两峰之间者；2.若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝；3.野芳发而幽香，佳木秀而繁阴；4.水落而石出者；5.临溪而渔；6.太守归而宾客从也；7.人知从太守游而乐表修饰1.朝而往，暮而归；2.杂然而前陈者表转折1.而不知人之乐；2.而不知太守之乐其乐也虚词“之”的用法用法文本举例表助词“的”1.泻出于两峰之间者；2.醉翁
31、之意不在酒；3.山水之乐；4.山间之朝暮也；5.宴酣之乐位于主谓之间，取消句子独立性而不知太守之乐其乐也表代词1.望之蔚然而深秀者；2.名之者谁(指醉翁亭)；3.得之心而寓之酒也(指山水之乐)【教学提示】更多文言现象请参见我的积累本。三、板书设计路线：环滁琅琊山酿泉醉翁亭风景：朝暮之景四时之景山水之乐(醉景)风俗：滁人游太守宴众宾欢 太守醉宴游之乐(醉人)心情：禽鸟乐人之乐乐其乐与民同乐(醉情)可取之处重视朗读，有利于培养学生的文言语感，并通过节奏划分引导学生理解文意，突破了仅按注释疏通文义的桎梏，有利于引导学生自主思考；不单纯关注“直译”原则，同时培养学生的“意译”能力，引导学生关注文言文的美感，在一定程度上有助于培养学生的核心素养。不足之处文章难度相对较高，基础能力低的学生难以适应该教学。会员免费下载
