Geometria przekrojów poprzecznych

(Cross Section Geometry)

Geometria obszaru przepływu w ciekach naturalnych określana jest za pomocą przekrojów poprzecznych linii terenu i dna (ang. cross section) oraz odległości pomiędzy tymi przekrojami (ang. reach length). Przekroje umieszczane są w różnych odległościach wzdłuż cieku, tak aby wiernie odwzorować zdolności tranzytowe koryta rzeki (ang. channel), jak i przylegających do niego terenów zalewowych (ang. floodplain). Przekroje powinny przebiegać prostopadle do spodziewanych linii prądu i obejmować całość terenów zalewowych. Linia przekroju powinna być zatem prostopadła do izolinii, co wymusza jej krzywoliniowy bądź załamany charakter. Zaleca się, by dołożyć wszelkich starań, aby uzyskać przekroje, które wiernie oddadzą geometrię koryta i terenów zalewowych.

Przekroje należy umiejscawiać w miejscach reprezentatywnych dla kształtu doliny rzeki oraz wszędzie tam, gdzie następuje zmiana przepływu, nachyleń, szorstkości lub umieszczone są budowle mające wpływ na przepływ. Wszędzie tam, gdzie zmiany te są nagłe i znaczące, koniecznym może okazać się umieszczenie całej serii przekrojów, aby w pełni oddać ich charakter.
Odległości pomiędzy przekrojami zależą również od rozmiarów cieku, jego nachylenia i zmienności kształtu przekroju – wielkie rzeki o jednorodnym charakterze koryta wymagają zwykle najmniejszej ilości przekrojów na jednostkę długości.

Również cel obliczeń narzuca określone rozmieszczenie przekrojów. Studia nad dużymi płytkimi rzekami przeprowadzane dla celów nawigacyjnych wymagać mogą ciasno umiejscowionych przekrojów (np. co 50m), aby w pełni móc określić wpływ lokalnych warunków na głębokości podczas niskich przepływów. Tym czasem studia dotyczące odkładu rumowiska rzecznego w zbiornikach nie wymagają już tak ciasno rozmieszczonych przekrojów.

Na odległości przekrojów może mieć wpływ sposób obliczenia strat energii związanych z tarciem, czyli spadku tarciowego (ang. friction slope) – mogą one zostać zwiększone w miejscach obliczania krzywej spiętrzenia (M1) przy pomocy tzw. równania średnich strat na tarcie lub miejscach obliczania profilu podkrytycznego zwierciadła wody na przelewie niezatopionym (M2), przy użyciu tzw. równania średniego harmonicznego spadku tarciowego. Program umożliwia automatyczny wybór sposobu obliczania strat lub jego określenie przez użytkownika.
Przekroje poprzeczne określane są poprzez wprowadzenie współrzędnych punktów charakterystycznych – orograficznie (patrząc w kierunku spływu wody - przyp. tłum.) od strony lewej do prawej.

Identyfikator stacji (River Station) może określać jej kilometraż, numer kolejny stacji bądź odnosić się do dowolnego innego systemu numeracji. Jedynym ograniczeniem jest tu trzymanie się przyjętej konwencji, ponieważ program rozmieszcza przekroje w koljności wzrastającej wartości identyfikatora, począwszy od dolnego brzegu odcinka rzeki.

Przekroje poprzeczne koryta budowane są przez wprowadzenie współrzędnych punktów charakterystycznych we wzrastającej kolejności ich poziomych odległości od orograficznie lewego krańca przekroju. Dopuszczalne jest posługiwanie się ujemnymi odległościami oraz wielokrotne użycie tej samej odległości do opisu kilku punktów (odcinki pionowe). Do opisu przekroju może zostać użytych do 500 punktów.

Należy określić punkty brzegu (Bank Stations) oddzielające koryto właściwe od terenów zalewowych. Jeżeli skrajny punkt przekroju znajdzie się poniżej obliczonego poziomu zwierciadła wody, program automatycznie wygeneruje pionowy odcinek terenu i uwzględni w obliczeniach odpowiedni przyrost obwodu zwilżonego. Użytkownik zostanie o tym fakcie poinformowany i poproszony o rozbudowanie przekroju.

Inne dane wymagane dla przekroju poprzecznego to odległości do następnego dolnego przekroju poprzecznego (Downstream Length), współczynniki szorstkości oraz współczynniki kontrakcji i ekspansji strumienia. Zostaną one omówione w dalszej części tego rozdziału.

Istnieje wiele sposobów wygodnego dodawania i modyfikacji danych o przekrojach obliczeniowych. Istnieje na przykład możliwość skopiowania przekroju do innej lokalizacji. Po skopiowaniu przekroju, można przesuwać przekrój w pionie i poziomie. Szczegółowy opis tych działań znajduje się w 6-tym rozdziale HEC-RAS User's Manual.