hec-ras manuale ita

8/20/2019 HEC-RAS Manuale Ita

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http://www.hec.usace.army.mil/software/software_distrib/hec-ras/hecrasprogram.html

Guida all’utilizzo del software HEC-RAS


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WORKING WITH HEC-RAS

HEC-RAS è un software che consente il calcolo del profilo del pelo libero nel caso di motostazionario (STEADY FLOW) e non stazionario (UNSTEADY FLOW).Il modello di calcolo viene applicato ad un PROJECT, costituito da tutto l’insieme di dati checaratterizzano un sistema idrografico. I dati che compongono un project vengono suddivisicome segue:

PLAN DATA: composto da uno specifico gruppo di geometric e flow data; GEOMETRIC DATA

STEADY FLOW DATA

UNSTEADY FLOW DATA

NOTA: prima di iniziare il project occorre definire il Sistema di Misura SI o US.


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Struttura dei Menu a Tendina EDIT

Geometric DataSteady Flow DataUnsteady Flow Data

OPTIONS

Program SetupDefault ParametersUnit SystemConvert Project

HELP

ContentsUsing HEC-RAS HelpAbout HEC-RAS

FILE New ProjectOpen ProjectSave ProjectSave Project AsRename Project

Delete projectProject Summary

RUNSteady Flow AnalysisUnsteady Flow AnalysisHydraulic Design Functions

VIEWCross SectionsWater Surface ProfilesGeneral Profile PlotRating CurvesX-Y-Z Perspective Plots

Stage and Flow HydrographsHydraulic Property Plots


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GEOMETRIC DATA

I dati geometrici comprendono

tutto l’insieme delle informazioniatte a caratterizzare il corso d’acqua(River System Schematic): sezionitopografiche ed opere in alveo(ponti, tombinature, brigl1e,traverse, etc.).

Quando si inizia un nuovo progetto la finestra appare bianca.I passi da seguire sono:

1) cliccare RIVER REACH edisegnare il tratto di corso d’acquada monte verso valle;

2) inserire le sezioni cliccandoil pulsante CROSS SECTION;

3) inserire i dati geometrici relativialle opere presenti (BRDG/CULV,INLINE WEIR/SPILL, LATERALWEIR/SPILL);

1

2

3


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CROSS SECTION

RIVER, REACH, RIVER STA

individuano l’ubicazione dellasezione all’interno del reticoloidrografico.

Il valore numerico del River Sta è

necessario per inserire le sezioni nelcorretto ordine all’interno del tratto.Il valore più alto corrisponde allasezione più a monte, mentre quello più basso a quella più a valle.

Per inserire una nuova sezione:1) dal menu premere OPTIONS e

scegliere ADD A NEW CROSSSECTION;

2) dare un numeroalla nuova sezione per inserirla inmodo corretto frale altre presenti;


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CREAZIONE DI UNA NUOVA CROSS SECTION

Tutti i campi evidenziati nella

finestra CROSS SECTION DATAdevono essere compilati. Per inserirein memoria i nuovi dati deve esserecliccato il tasto APPLY DATA

1) coordinate X-Y della sezione,inserite procedendo da sinistraverso destra guardando valle (leX rappresentano una distanza progressiva);

2) distanza dalla sezione di valle;3) valori del coeff. di resistenza n di

Manning;

4) il primo campo corrisponde al

valore della X in cui termina lagolena sinistra (LOB), mentre ilsecondo a quello dove inizia lagolena destra (ROB);

5) valori di default del coeff. di

contrazione ed espanzione dellasezione;

4

2

3

1 5


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PLOT CROSS SECTION

Prima di procedere ad inserire una

nuova sez. è consigliabile controllarela correttezza di quella inseritavisualizzandola graficamente, con ilcomando PLOT CROSS SECTION


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OPZIONTIONS CROSS SECTION

Premendo sul menu OPTIONS è

possibile:1) aggiungere, copiare, rinominare o

cancellare una sezione;

2) aggiustare la quota Y, le distanze

X o il coeff. di Manning; oppureruotare la sezione (le sezioni sonorilevate ortogonalmente alle lineedi corrente, questo può non esserevero nel caso dei ponti);

3) introdurre zone inattive ai fini deldeflusso; inserire argini oostruzioni; aggiungere unacopertura; inserire una scala dideflusso nota;

4) modificare il valore del coeff. diresistenza lungo la sezionetrasversale o la direzioneverticale;

1

2

3

4


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NORMAL INEFFECTIVE FLOW AREASRappresentano aree della sezione non attive ai fini del deflusso, dove la corrente ristagna (la

velocità nella direzione della corrente è nulla o prossima a zero). Quando l’altezza d’acquaoltrepassa l’altezza limite, quella specifica area non viene più considerata inattiva al deflusso.

ineffective flow areas


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MULTIPLE BLOCKED INEFFECTIVE FLOW AREAS

Oltre alle normal ineffective flow areas è possibile inserire una o più BLOCKED

INEFFECTIVE FLOW AREAS, che necessitano dell’altezza e delle coordinate di inizio e difine. Anche in questo caso la blocked area diviene attiva se l’altezza d’acqua la sormonta.


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LEVEESQuesta opzione consente di inserire un argine in un qualsiasi punto della sezione. In questo

modo il flusso d’acqua non può andare ad occupare la parte d’alveo oltre l’argine fintantochéil suo livello si mantiene inferiore alla quota massima dell’argine stesso.


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BLOCKED OBSTRUCTIONS

Questa opzione consentedi definire aree nella sezioneinattive ai fini del deflussoin modo permanente.

L’effetto risultante è quellodi diminuire la sezioneliquida ed aumentare il

perimetro bagnato.E’ possibile inserire normalo multiple blockedobstructions.

ineffective flow areas


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HORIZONTAL VARIATIONS IN n VALUES

Con questa opzione è possibile

inserire più di tre valori del coeff. diresistenza, al limite è possibile dareun valore di resistenza diverso aciscun tratto della sezione.


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VERTICAL VARIATIONS IN n VALUESQuesta opzione consente di far

variare il valore del coeff. diresistenza di Manning, oltre cheorizzontalmente, anche lungo laverticale in funzione dell’altezzad’acqua o della portata liquida

defluente.


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BRIDGES AND CULVERTS

Dopo aver completato l’inserimento di tutte le sezioni, è possibile aggiungere i dati

geometrici relativi a ponti e tombinature. HEC-RAS valuta le perdite di energia causate daqueste strutture in 3 parti: 1) dovuta all’espansione del flusso che si verifica immediatamentea valle; 2) dovuta alla opera stessa e 3) dovuta alla contrazione del flusso che si verificaimmediatamente a monte. Per questo motivo devono essere definite 4 sez. per la modellazione

Le deve essere tale che il flussonella sez. 1 non risenta più della

struttura,

Lc deve essere tale che le lineedi flusso sianoapprossimativamente parallele.

Le sezioni 2 e 3 si trovanorispettivamente al piede di vallee di monte della struttura. In

entrambe devono essere inseritele ineffective flow areas.


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Le viene calcolato come il prodotto tra il rapporto di espansione e la lunghezza media di

ostruzione (media tra le distanze AB e CD). Nella tabella sottostante vengono forniti icampi di variazione del rapporto di espansione in funzione di vari valori del rapporto direstringimento della sezione (b/B) e del rapporto tra la scabrezza delle golene e quelladell’alveo attivo (nob/nc). Per ciascun intervallo il valore estremo è associato al valore di portata più grande. Comunque il valore assunto da Le non deve troppo grande da renderele perdite per espansione non modellizzabili correttamente.

Generalmente viene consigliato di prendere Lc pari alla lunghezza media di ostruzionedelle spalle del ponte.

Le & Lc


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INSERIMENTO DATI GEOMETRICI DI UN PONTE

Per poter inserire i dati occorre

cliccare sul pulsante BRDG/CULV eseguire la procedura qui riportata:

1) scegliere il corso d’acqua ed iltratto dove inserire il ponte;

2) da options scegliere ADD ABRIDGE AND/OR CULVERT;

3) fornire un numero alla nuovasezione per inserire la struttura inmodo corretto fra due sez. già

presenti, che devonocorrispondere rispettivamente allesez. al piede di monte e di valle;

4) inserire tutti i dati richiesti in:

a) Bridge deck; b) Pier;

c) Sloping abutment;

d) Bridge modelling approach;


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BRIDGE DECK

Viene utilizzato per inserire la

porzione di sezione occupata dal ponte.

Distance: distanza tra il piede dimonte del ponte e la sezioneimmediatamente a monte dellostesso;

Width: larghezza del ponte lungola direzione della corrente;

Weir Coef : coef. utilizzato per il

calcolo del flusso stramazzantesopra il ponte;

Upstream/downstream station,

high chord, low chord : forniscerispettivamente la geometria dimonte e di valle del ponte. Ad ognivalore della coordinata X devecorrispondere un valoredell’estradosso e dell’intradosso del

ponte;


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BRIDGE PIERS

Viene utilizzato per inserire una

qualsiasi pila presente nella luce del ponte. Ogni pila deve essere inseritaa parte per poter valutare in modocorretto l’ammontare della perdita dienergia ad essa dovuto.


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SLOPING BRIDGE ABUTMENTSPer inserire una spalla inclinata


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BRIDGE MODELLING APPROACH

Premendo il pulsante BRIDGE

MODELLING APPROCH si apre la seguentefinestra, in cui è possibile scegliere glistrumenti di analisi per la modellazione del ponte nel caso rispettivamente di low flow edi high flow.

LOW FLOW METHODS

1) Energy;

2) Momentum (si deve inserire Cd e K);

3) Yarnell;Se si utilizzano più metodi occorrespecificare al programma di utilizzare quelloche fornisce il valore della perdita maggiore.

HIGH FLOW METHODS1) Energy Only;

2) Pressure and/or Weir (si deve inserire icoef. per la risoluzione delle equazioni delflusso in pressione);


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CROSS SECTION INTERPOLATION

Talvolta si rende necessario

incrementare il numero di sezionidisponibili (i.e. il cambiamento divelocità tra due sez. consecutive ètroppo elevato per determinare inmodo accurato il gradiente di

energia).In questo caso è possibile

utilizzare 3 differenti metodi:

1) inserimento manuale di una nuova

sezione;2) inserimento automatico di una o

più sez. in un determinato trattodi corso d’acqua (Within a Reach);

3) inserimento automatico di una o più sez. tra due sezioniconsecutive ( Between 2 XS’s);

2

3


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AUTOMATIC CROSS SECTION INTERPOLATION

1) inserimento automatico di nuove sezioni

mediante interpolazione di quelle presenti in undeterminato tratto di corso d’acqua (XSInterpolation - Within a Reach).

Si deve specificare corso d’acqua, tratto, sezionedi inizio a monte e di fine a valle interpolazione ela massima distanza tra le sezioni interpolate.

2) inserimento automatico di nuove sezionimediante interpolazione di due sezioniconsecutive (XS Interpolation - Between2XS’s).

Si deve specificare corso d’acqua, tratto,sezione di inizio a monte e di fine a valleinterpolazione e la massima distanza tra lesezioni interpolate.

2

1


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RISULTATI DELL’INTERPOLAZIONE

Le sezioni interpolate sono sono

visualizzate con un colore più chiarodi quelle inserite manualmente esono indicate da un codice numericoche termina con un asterisco (*).


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ANALISI IN MOTO PERMANENTE-STEADY FLOW ANALYSIS

L’inserimento dei dati di portata avviene aprendo la finestra di dialogo STEADY FLOW

DATA dal menu EDIT della finestra principale di Hec-Ras.Innanzitutto occorre definire il numero di profili da calcolare (max 500).

Se sono presenti più tratti occorre inserire un valore di portata in ciascuna sezione (l’ultimaa monte) di ciascun tratto del corso d’acqua. Tale valore di portata rimane costante

fintantoché non si presenta un altro contributo. La portata può essere modificata in ogni sez.Inoltre in ciascuna sezione si deve inserire tanti valori di portata quanti sono i profili.


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CONDIZIONI AL CONTORNO - BOUNDARY CONDITIONS

Dopo aver inserito tutti i valori di portata necessari alla caratterizzazione idraulica dei tratti

del corso d’acqua, occorre definire per ciascuno di questi una condizione al contorno.Le condizioni al contorno sono necessarie per stabilire il livello iniziale della superficie

libera, e quindi per avviare il processo di calcolo. Si possono individuare 3 differenti casi:

1) CORRENTE SUBCRITICA: è necessaria solo la condizione al contorno di valle;

2) CORRENTE SUPERCRITICA: è necessaria solo la condizione al contorno di monte;3) CORRENTE MISTA: è necessaria la condizione al contorno sia a monte che a valle;

cond. al contorno internainserita automaticamente


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POSSIBILI CONDIZIONI AL CONTORNO

Per definire le condizioni al contorno è possibile

utilizzare 4 differenti opzioni:1) Known Water Surface Elevations: la cond. alcontorno corrisponde ad un valore notodell’altezza d’acqua inserito per ciascuno dei profili da calcolare;

2) Critical Depth: la cond. al contorno viene postauguale alla profondità critica che il programmacalcola per ciascuno dei profili;

3) Normal Depth: la cond. al contorno è uguale

alla profondità di moto uniforme che il programmacalcola per ciascuno dei profili. In questo caso sideve inserire la pendenza della linea dei carichitotali, che può essere approssimata mediante la pendenza del tratto di canale a monte;

4) Rating Curve: in questo caso occorre inserireuna serie di valori noti di altezza d’acqua e dellerelative portate. La cond. al contorno, per ciascun profilo, viene ottenuta interpolando le altezzed’acqua della scala di deflusso per ilcorrispondente valore di portata.

1

3

4


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AVVIO DELL’ANALISI IN MOTO PERMANENTE

Per avviare l’analisi di moto permanente si deve premere STEADY FLOW ANALYSIS dal

menu RUN della finestra principale di Hec-Ras.Per iniziare un nuovo progetto si deve premere NEW PLAN dal menu FILE della finestra

Steady Flow Analysis. Ogni progetto è composto da uno specifico gruppo di dati geometricied idraulici precedentemente definiti. E’ possibile realizzare vari progetti utilizzando un unicoinsieme di dati geometrici per più insiemi di dati idraulici e viceversa.

L’ultimo passo prima di avviare l’analisi (COMPUTE), consiste nel definire le caratteristichedella corrente (FLOW REGIME), che può essere subcritica, supercritica o mista (occorreverificare che le condizioni al contorno siano compatibili con il flow regime scelto).


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Esempio 1 – Effetto del restringimento d’alveo per i > ic

risalto

t1

t3

attraversamento

dello stato critico

B = 76 ft

b = 68 ft

F0 = 1.14


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Esempio 2 – Effetto del restringimento d’alveo per i < ic

risalto

f 1

attraversamentodello stato critico

B = 76 ft b = 71.5 ft F0

= 0.78


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Esempio 3 – Cambio di pendenza dell’alveo

if3 > icr tratto 3: alveo torrentizio

corrente veloce

if2 < icr tratto 2: alveo fluviale

corrente lenta

if3 > icr tratto 3: alveo torrentiziocorrente veloce

risalto

t2

f 2


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BRIDGE MODELLING APPROACH: Cd Momentum Balance Method : in questo caso è necessario definire un valore da assegnare al

coefficiente di drag Cd. Alcuni valori caratteristici per varietipologie di pile sono riportati nella seguente tabella:

G O G A OAC


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BRIDGE MODELLING APPROACH: K

Yarnell Equation: in questo caso è necessario definire un valore da assegnare al coefficiente

K, funzione della forma della pila. Alcuni valori caratteristici per varietipologie di pile sono riportati nella seguente tabella:

JUNCTION


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JUNCTION

Una confluenza viene formata in

modo automatico quando vengonouniti due corsi d’acqua.

1) nella prima finestra che compareviene richiesto il nome dell’affluentee del tratto corrispondente;

2) nella seconda finestra vienerichiesta la conferma della sezioneda cui far iniziare il tratto di montedel corso d’acqua principale;

3) nella terza finestra viene richiestol’inserimento di un nuovo nome peril tratto di corso d’acqua principale avalle della confluenza;

4) nella quarta finestra viene

richiesto il nome della confluenza.

1

2

4

JUNCTION


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JUNCTION

Una confluenza può essere modellata secondo due metodi differenti:

1) METODO DELL’ENERGIA: non tiene conto dell’angolo di immissione del tributario e

pertanto viene utilizzato quando la perdita di energia indotta dall’angolo del tributario ètrascurabile (nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare questo metodo).

2) METODO DEL BILANCIO DELLA QUANTITÀ DI MOTO: viene utilizzato in tuttequelle situazioni in cui tale perdita non può essere trascurata. In questo caso occorreinserire nella colonna aggiuntiva l’angolo dell’affluente, mentre in corrispondenza del

corso d’acqua principale lo spazio deve essere lasciato bianco o deve essere inserito ilvalore nullo.

I dati di una confluenza vengono inseriti cliccando il pulsante JUNCT. prima evidenziato e

comprendono: descrizione, distanza dalle sezioni di monte e scelta del metodo di calcolo;

INLINE WEIRS AND GATED SPILLWAYS


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INLINE WEIRS AND GATED SPILLWAYS

HEC-RAS consente di modellare briglie o traverse (overflow weirs), luci di fondo (gated

spillways) disposte sia trasversalmente che lateralmente al corso d’acqua. La superficie dellostramazzo può essere sia curva (ogee shape) che piana (broad crested shape) e le aperturedelle gated spillways possono essere modellate sia come radial gate che vertical sluice gate.In aggiunta alle luci è possibile inserire anche una zona a soglia sfiorante.

Esempio di una briglia con overflow weir e gated spillway,composta da 15 identiche aperture e da una soglia interamentestramazzante.

CREAZIONE DI UNA INLINE WEIR OR GATED SPILLWAY


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Per inserire i dati relativi

alle inline weir e/o gatedspillway occorre premere il pulsante INLINE WEIR/SPILL dalla finestra deiGEOMETRIC DATA.

Una volta cliccato, compare la

finestra del data editor(riportata a fianco).



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Per inserire una nuova opera si

deve seguire la seguente procedura:1) scegliere il corso d’acqua ed il

tratto dove inserire la struttura;

2) da options scegliere ADD AINLINE WEIR AND/OR GATED SPILLWAY;

3) fornire un numero alla nuovasezione per inserire la struttura inmodo corretto fra due sez. già

presenti, che devonocorrispondere rispettivamente allesez. al piede di monte e di valle;

dopo aver premuto il pulsante OK lasezione immediatamente a monte

della struttura comparirà nellafinestra di dialogo.

4) inserire i dati relativi a WEIR /EMBANKMENT e se sono

presenti i dati delle GATES.

3

1

4

2



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PILOT FLOW è una opzione che

consente di definire una quantitàminima di acqua che defluisceattraverso la struttura, poiché, per poter portare a compimento lasimulazione, HEC-RAS necessita di

un valore minimo di flusso che prosegue a valle dell’opera.

In questo modo è possibile garantireche ciò avvenga sempre per ognivalore di portata in cui è statosuddiviso l’idrogramma di piena,anche per i valori più modesti(unsteady flow analysis).

INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR


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Premere WEIR / EMBANKMENT

per aprire la finestra utilizzata perl’inserimento dei dati relativi alla porzione di sezione occupata dallastruttura.

Distance: distanza tra il piede di

monte della struttura e la sezioneimmediatamente a monte della stessa;

Width: larghezza della partesuperiore della struttura;

Weir Coef : coeff. utilizzato per ilcalcolo del flusso stramazzante soprala struttura, normalmente compreso tra2.6 e 4 (broad crested-ogee shape);

Station/elevation: geometria del

profilo superiore della struttura. Le Xnon devono necessariamente essereuguali a quelle della sezione di monte,ma hanno la medesima origine. HEC-RAS chiude la superficie compresa trale quote della sez. e quelle dell’opera.



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U.S Embankment SS : pendenza delterrapieno nel lato di monte dellastruttura (rapporto tra la distanzaorizzontale e quella verticale);

D.S Embankment SS : pendenza del

terrapieno nel lato di valle dellastruttura (rapporto tra la distanzaorizzontale e quella verticale);

Weir Crest Shape: campo utilizzato per il calcolo del valore da assegnare

al Weir Coef nel caso in cui siverifichi la sommergenza della lamastramazzante (cioè quando il rapportotra l’altezza d’acqua sopra lostramazzo nella parte a valle e ilcarico totale dell’energia sopra lostramazzo nella parte a monte èsuperiore a 0.67). All’aumentare dellasommergenza il programma provvede

automaticamente a ridurre il valore daassegnare al Weir Coef ;

INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR: WEIR DATA


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INLINE WEIR STATION ELEVATION EDITOR: WEIR DATA

Per il calcolo del valore del Weir Coef in funzione dell’entità della sommergenza sono

disponibili due differenti metodi a seconda della forma della superficie dello stramazzo: broadcrested shape o ogee shape. Nel primo caso viene utilizzato il metodo sviluppato sulla base diuna soglia stramazzante larga con sezione trapezoidale (FHWA, 1978). Nel secondo casoviene utilizzato uno dei metodi sviluppati per soglie stramazzanti curve (COE, 1965), che si basa sulla risoluzione del seguente diagramma. Occorre in questo caso inserire due ulteriori

parametri: SPILLWAY APPROACH HEIGHT (P, altezza della soglia dello stramazzorispetto alla quota media del fondo); DESIGN ENERGY HEAD (H0, altezza del carico totaledella portata di progetto rispetto alla soglia dello stramazzo). Premendo su Cd è disponibileuna opzione per il calcolo automatico del valore iniziale da fornire al Weir Coef .

INLINE GATE EDITOR


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INLINE GATE EDITOR

Premere GATE dalla finestra INLINE

WEIR AND/OR GATED SPILLWAYDATA per inserire i dati relativi alleeventuali aperture presenti.

Gate Group: è possibile inserire fino a10 gruppi di aperture in una singola opera,

che possono contenere ciascuno sino a 25identiche luci. E’ necessario inserire piùgruppi quando le aperture sonocaratterizzate da differenti forme, quote,dimensioni o coefficienti;

Height/Width/Invert : altezza e larghezzadella singola apertura e quota della sogliadi inizio sfioro del gruppo di luci;

Centerline Stations: valore della X in

cui è posizionato l’asse intermedio diciascuna luce del gruppo di aperture;

Weir Coef : coeff. utilizzato solo nelcaso in cui il livello dell’acqua è inferiorealla quota superiore dell’apertura.

INLINE GATE EDITOR


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Gate Data:

• Discharge coefficient : coeff. compresotra 0.6-0.8 e 0.5-0.7 rispettivamente perradial gates e sluice gates;

• Gate Type: scelta del tipo di apertura;

• Trunnion Exponent : utilizzato nel casofree flow per radial gate, generalmente pari a 0.16;

• Opening Exponent : utilizzato nel caso difree flow per radial gate, generalmente

pari a 0.72;• Head Exponent : utilizzato nel caso difree flow per radial gate, generalmente pari a 0.62;

• Trunnion Exponent : distanza T tra ilcentro di rotazione della paratoia e lasoglia della luce;

• Orifice Exponent : coefficiente utilizzatonel caso l’apertura sia fully submerged.

INLINE WEIR / GATED SPILLWAY MODELLING APPROACH


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Il programma utilizza due differenti

sistemi di eq. per il calcolo della portata defluente a valle della strutturaa seconda della forma dell’apertura(sluice-radial gate), e tiene contodella forma della sup. dello stramazzo

(broad crested-ogee shape) medianteil valore fornito al Weir Coef .

Infine 4 differenti schemi di calcolovengono adottati a seconda dellequattro diverse situazioni che si possono verificare:1) Free Flow: il livello d’acqua Zd nonè sufficientemente elevato da causareun innalzamento di quello a monte Zu;

2) Transition free flow - fullysubmerged (0.67


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Il numero e le modalità di inserimento delle sezioni che devono essere utilizzate per ottenere

una corretta modellazione dei fenomeni che avvengono in presenza di queste strutture, sonoanaloghe a quelle considerate in presenza dei ponti. Sono necessarie due sezioni in prossimitàdella struttura, immediatamente a valle e a monte, e due sezioni (una a monte ed una a valle)sufficientemente lontane dall’opera di modo tale che il flusso non risenta della sua presenza.

INLINE WEIR/GATED SPILLWAY INEFFECTIVE FLOW AREAS


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Come nel caso dei ponti devono essere inserite, nelle due sezioni immediatamente a valle e

a monte dell’opera, le zone non attive ai fini del deflusso mediante il comandoINEFFECTIVE FLOW AREAS. Seguendo lo schema riportato in figura, nel caso di una briglia di consolidamento la zona non attiva raggiunge la quota della soglia stramazzante,mentre il tratto dove sono presenti le aperture viene considerato sempre attivo.

EXPANSION AND CONTRACTION COEFFICIENTS


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Ai fini di una corretta stima delle perdite di carico, che si verificano in seguito al brusco

restringimento operato dalla struttura, occorre inserire degli opportuni valori dei coefficientidi espansione e di contrazione.

Nella tabella seguente vengono riportati i valori consigliati dei suddetti coefficienti nel caso dicorrente subcritica per varie tipologie di restringimenti.

Nel caso di corrente supercritica i valori di entrambi i coeff. devono essere scelti con

maggiore cautela, per evitare una sovrastima delle perdite per contrazione e/o espansione. Ingenerale i valori assunti da entrambi i coeff. devono essere minori (rispettivamente 0.05 - 0.1nel caso di transizioni graduali; e 0.1 - 0.2 nel caso di transizioni più brusche).

UNSTEADY FLOW DATA


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Sia le condizioni al contorno che le condizioniiniziali vengono inserite premendo UNSTEADYFLOW DATA dal menu EDIT della finestra principale di HEC-RAS.

Prima di poter eseguire una simulazione in moto vario occorre inserire tutte le condizioni al

contorno (BOUNDARY CONDITIONS) sia esterne, a monte e a valle, che interne (adesempio in corrispondenza di uno sfioratore laterale) in ciascun tratto dei corsi d’acquaesaminati, ed inoltre devono essere definite le condizioni iniziali (INITIAL CONDITIONS)della portata liquida e dell’area di espansione.

BOUNDARY CONDITIONS: il nome del corso d’acqua (RIVER), del tratto (REACH) edil numero della sezione (RS) di tutte le cond. al contorno, che devono essere necessariamentedefinite, vengono inserite in modo automatico dal programma. In aggiunta, è possibile inserire

altre cond. al contorno interne in qualsiasi sezione dei corsi d’acqua precedentemente definiti.Le cond. al contorno per una determinata sezione vengono definite evidenziando la cellacorrispondente e selezionando, successivamente, il tipo di condizione al contorno(BOUNDARY CONDITION TYPES) che si desidera adottare. Occorre notare che sonodisponibili molte scelte per la definizione delle cond. al contorno, ma non tutte sonodisponibili per ciascuna sezione.

UNSTEADY FLOW DATA EDITOR (BOUNDARY CONDITIONS)


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BOUNDARY CONDITIONS: FLOW HYDROGRAPH


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La scelta Flow Hydrograph può essere

utilizzata sia come cond. al contorno dimonte che di valle. L’inserimento manualedei dati relativi ad un idrogramma di pienadeve essere articolato nel modo seguente:

1) definizione del Data time interval (sono

disponibili vari intervalli temporali);2) scelta tra Use simulation time e FixedStart Time: nel primo caso l’istante diinizio dell’idrogramma di piena coincidecon l’istante di inizio di ogni simulazione;nel secondo caso l’idrogramma viene fattoiniziare in un istante temporale fisso;

3) definizione del numero di intervallitemporali: No. Ordinates;

4) inserimento dei valori di portata (Flow)che sono costanti in ciascun intervallo;

5) Critical boundary conditions: consentedi fissare un valore max di variazionedella portata tra uno step ed il successivo,in modo da rendere stabile la simulazione.

BOUNDARY CONDITIONS: STAGE HYDROGRAPH


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La scelta Stage Hydrograph può essere

utilizzata sia come cond. al contorno dimonte che di valle.

L’inserimento manuale dei dati relativi adun idrogramma dei livelli idrometrici deveessere articolato seguendo la stessa

procedura descritta per l’inserimentodell’idrogramma delle portate liquide.

BOUNDARY CONDITIONS: STAGE & FLOW HYDROGRAPH


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La scelta Stage and Flow Hydrograph

può essere utilizzata sia come cond. alcontorno di monte che di valle.

In questo caso, fintanto che non inizia laserie dei valori di portata, come cond. alcontorno vengono utilizzati i dati relativi

alle altezze idrometriche.Questo tipo di condizione al contornoviene utilizzata quando si dispongono dialcuni valori misurati delle altezzeidrometriche, ma non sufficienti a coprireil campo di analisi che si intendeeffettuare.

DOWNSTREAM BOUNDARY CONDITIONSL l R i C N l D h


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Le scelte Rating Curve e Normal Depth possono essere utilizzate solo come cond.al contorno di valle.

1) Rating Curve: mediante questa scala dideflusso non è possibile descrivere ilcappio di piena, in quanto ad ogni valore

di altezza d’acqua è possibile associareuno ed un solo valore della portata.Pertanto vengono compiuti degli errorinella simulazione in prossimità della cond.al contorno. Tali errori divengono sempre

più rilevanti al diminuire dei valori della pendenza del corso d’acqua;

2) Normal Depth: mediante l’inserimentodella pendenza della linea dei carichi totaliviene calcolata l’altezza di moto uniforme,utilizzata dopo come cond. al contorno.

NOTA: in entrambi i casi le cond. alcontorno devono essere posizionate ad unacerta distanza a valle del tratto in studio, in

modo tale da rendere trascurabili gli erroriintrodotti. 1

2

INTERNAL BOUNDARY CONDITIONS


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Le scelte Lateral Inflow Hydrograph,

Uniform Lateral Inflow e Groundwater Interflow vengono utilizzate come cond. alcontorno interne.

1) Lateral Inflow Hydrograph: vienesimulato, in una determinata sezione, un

contributo laterale di portata, descritto conun idrogramma di piena. Gli effetti hannoluogo dalla prima sez. a valle;

2) Uniform Lateral Inflow Hydrograph:viene simulato un contributo laterale di portata distribuito in modo uniforme tra duespecifiche sezioni. Il contributo di portataviene descritto con un idrogramma di piena;

3) Groundwater Interflow: viene simulato, in

un determinato tratto, uno scambio d’acquacon la falda freatica. Il livello della falda èindipendente da quello del corso d’acqua edeve essere inserito manualmente per ogniintervallo temporale. Inoltre deve essere

specificato il coeff. di permeabilità di Darcy. 2


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INITIAL CONDITIONS


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Oltre alle BOUNDARY CONDITIONS devono essere specificate anche le INITIAL

CONDITIONS del sistema, mediante le quali il programma avvia la simulazione in motovario. Le cond. iniziali sono costituite dai valori iniziali della portata liquida e dai livellid’acqua già esistenti nelle eventuali aree di espansione presenti.

Esistono due metodi per inserire le cond. iniziali:

1) Enter Initial flow distribution: inserimento di un unico valore di portata in ciascuna sezione(l’ultima a monte) di ciascun tratto di corso d’acqua. Dopo aver avviato la simulazione, il programma provvede a calcolare il profilo della corrente di moto permanente, determinandoin questo modo un valore iniziale di altezza d’acqua da assegnare a ciascuna sezione presente.

Questa opzione richiede, inoltre, l’inserimento di un valore iniziale dei livelli d’acqua presentinelle aree di espansione;

2) Use a Restart File: in questo caso le condizioni iniziali vengono fornite dal file di output(restart file) generato da una precedente simulazione. Questa opzione viene generalmente

utilizzata quando il numero degli intervalli della simulazione è notevole e richiederebbe untempo di esecuzione troppo elevato. In questo caso è possibile spezzare la simulazione in più periodi, utilizzando come cond. iniziale, in un determinato periodo, il risultato finale dellasimulazione del periodo precedente.

UNSTEADY FLOW DATA EDITOR (INITIAL CONDITIONS)


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UNSTEADY FLOW ANALYSIS

P i l’ li i di t i i


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Per avviare l’analisi di moto vario si

deve premere UNSTEADY FLOWANALYSIS dal menu RUN dellafinestra principale di Hec-Ras.

Per iniziare un nuovo progetto si deve premere NEW PLAN dal menu FILE

della finestra Unsteady Flow Analysis.

Per poter avviare la simulazioneoccorre specificare:

1) Geometry & Unsteady Flow Files;2) Programs to Run;

3) Simulate Time Window;

4) Computation Settings.

GEOMETRY PRE-PROCESSOR

Il è tili t d l d ll tt i ti h t i h di


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Il pre-processor è utilizzato dal programma per generare dalle caratteristiche geometriche di

ciascuna sezione le grandezze idrauliche, al fine di rendere più rapida la simulazione di motovario. In questo modo le variabili idrauliche non vengono calcolate in ciascuna iterazione, masono ricavate mediante interpolazione di quelle calcolate precedentemente. Queste ultime sonoarchiviate in tabelle o in scale di deflusso in funzione dell’altezza d’acqua, calcolate (didefault) per 20 valori (+1 al fondo). La scelta di questi intervalli è molto importante: da un lato

deve essere sufficientemente grande da coprire tutti i valori dei livelli che si verificano, edall’altro sufficientemente piccolo da fornire un grado di dettaglio adeguato.

1) default 40 – max 502) default 40 – max 50

3) default 10 – max 20

12

3

COMPUTATION SETTINGS

1) Computation Interval: è uno dei più importanti parametri utilizzati per la simulazione in


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1) Computation Interval: è uno dei più importanti parametri utilizzati per la simulazione in

moto vario. L’intervallo deve essere piccolo abbastanza da poter descrivere accuratamente lafase crescente e decrescente dell’idrogramma di piena. Una regola generale è quella diutilizzare una durata dell’intervallo al più uguale al tempo risultante dal rapporto della durata(in ore) della fase crescente dell’idrogramma di piena (tempo compreso tra l’istante iniziale equello di picco) diviso 24. Inoltre, quando vengono inserite delle strutture (ponti, briglie, luci

di fondo, etc.), occorre fornire dei valori dell’intervallo di calcolo compresi tra 1 e 5 minuti, inmodo tale da evitare di rendere instabile il sistema a seguito delle brusche variazioni dei livelliche si possono verificare tra due steps successivi (ad es. transizione da unsubmerged asubmerged ). Il computation interval deve essere poi modificato in modo tale da scegliere ilvalore più grande che risolve in modo accurato il sistema di equazioni.

2) Hydrograph Output Interval: viene utilizzato per definire gli intervalli degli idrogrammidei livelli o delle portate utilizzati nella simulazione. Il valore di questo intervallo deve esserealmeno uguale a quello inserito nel Data time interval, in modo tale da definire correttamentela forma degli idrogrammi senza perdere nessuna informazione;

3) Hydrograph Output Interval: definisce in quali intervalli temporali devono essere restituitele informazioni dettagliate sulle grandezze idrauliche calcolate. Infatti non è pensabile che si possa valutare tali valori per ciascun intervallo in cui è stato suddiviso l’idrogramma di piena,in quanto il post-processor impiegherebbe troppo tempo per la sua esecuzione ed il file di

output risultante occuperebbe troppa memoria.

SIMULATION OPTIONS

1) Stage and Flow Output Locations:


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1) Stage and Flow Output Locations:

consente di definire le sezioni in cui sidesidera la restituzione delle grandezzeidrauliche calcolate negli intervallitemporali precedentemente definiti( Hydrograph Output Interval);

2) Flow Distribution Locations:consente di definire le sezioni in cui sidesidera calcolare la variazionespaziale delle grandezze idraulichelungo la direzione trasversale. Infatti è

possibile suddividere singolarmente,fino ad un massimo di 45 porzioni,LOB, ROB e Main Channel.

1

2

SIMULATION OPTIONS

1) Roughness Change Factors: consente di modificare il


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1) Roughness Change Factors: consente di modificare il

coeff. di resistenza di Manning al variare della portata.Si deve definire: il valore di portata da cui far avviare lemodifiche; l’incremento di portata ed il numero totaledegli incrementi che si vuole effettuare;

1

2) Seasonal Roughness Change Factors: consente dimodificare il coeff. di resistenza di Manning al variaredella stagione. Occorre definire per ogni limitetemporale, definito da un giorno ed un mese dell’anno, uncoeff. di resistenza.

2

CALCULATION OPTIONS AND TOLLERANCES

Questa opzione consente di definire e/o di


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Questa opzione consente di definire e/o di

modificare le tolleranze utilizzate per larisoluzione dell’equazione della quantità dimoto. ATTENZIONE: l’incremento dei valoridi default delle tolleranze può portare ad errorinel calcolo dei profili della superficie libera.

Theta implicit weighting factor : un valore di0.6 fornisce una soluzione più accurata, ma ilsistema è poco stabile; il contrario se vienescelto un valore pari a 1. Generalmente si iniziala simulazione con 1 e se la simulazione termina

positivamente si diminuisce progressivamente ilsuo valore tendendo (finché possibile) a 0.6;Water surface calculation tolerance: scartomassimo tra il livello d’acqua calcolato e quelloassunto in una determinata sezione;

Storage area elevation tolerance: scartomassimo tra il livello d’acqua calcolato e quelloassunto nell’area di espansione; Maximum number of iterations: numero maxdi iterazioni eseguite per risolvere le eq. di moto

vario al fine di soddisfare la tolleranza assegnata

CALCULATION OPTIONS AND TOLLERANCES

Maximum number of warm up time series:


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Maximum number of warm up time series:

prima di eseguire la simulazione in moto vario,il programma esegue una serie di simulazionicon portata costante (warm-up period ), in mododa regolarizzare il profilo della superficie libera; Time step during warm up period (hours):

viene definito il time step del periodo diriscaldamento che può essere inferiore a quellodefinito per l’analisi in moto vario; Minimum time step for interpolation: il programma è in grado di interpolare gli

intervalli dell’idrogramma che sono statiinseriti, quando la fase crescente è troppo ripida.Tramite questa opzione si evita che il programma utilizzi time steps troppo piccoli; Maximum number of interpolated time steps:

numero max di time steps che possono esserecreati durante un processo di interpolazione;Weir flow stability factor : questo fattore èutilizzato per incrementare la stabilità dellasoluzione numerica attorno alla briglia. Più è

elevato, più la sol. è stabile ma meno accurata.

ESEMPIO: CAPPIO DI PIENA


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Ex. 1

Ex. 2

Ex. 3

99 hours 536 4.5

Ex. 2 4 hours

07/04/1999

2400

24/04/1999

1800 396 hours 537 4.6

Ex. 3 1 hour07/04/1999

2400

12/04/1999

0300

B [ft] V [ft/s]

Ex. 1 10 min07/04/1999

2400

08/04/1999

163016.3 hours 530 4.8

Data time

interval

Starting

dateEnding date

Duration

time

hec-ras manuale ita

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