Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych

(Cross Section Location)

Obliczenia przepustów wymagają takich samych przekrojów jak mosty i przepusty. Aby uzyskać pełny model należy w otoczeniu przelewu umieścić cztery przekroje. Jeden z nich powinien znajdować się wystarczająco daleko poniżej, tam gdzie przepływ nie jest już objęty wpływem oddziaływania przepustu, jeden przekrój przy dolnym końcu budowli, jeden przy górnym i ostatni powyżej budowli, wystarczająco daleko, tam gdzie przepust nie wpływa już na układ przepływu. Zwróć uwagę na to, że przekroje położone przy budowli reprezentują geometrię koryta poza budowlą. Do określenia geometrii samego przepustu posłużą odrębne dane. Rys. 6-3 przedstawia rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych wymaganych w otoczeniu przepustu. Przekroje te są ponumerowane od 1 do 4 i dalej będziemy odnosić się do odpowiednich przekrojów korzystając z ich numerów. Za każdym razem, gdy obliczany jest profil zwierciadła wody w przepuście (lub każdej innej budowli), model zawsze powinien zawierać dodatkowe przekroje powyżej i poniżej budowli. Pozwoli to na uniknąć sytuacji, w której przepływ wewnątrz budowli zaburzony jest wprowadzonym przez użytkownika warunkiem brzegowym.

Rys. 6.3. Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych przy przepuście

Rys. 6.3. Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych przy przepuście

Przekrój 1.
Jest położony wystarczająco daleko poniżej budowli, tam gdzie przepływ całkowicie rozwinął się z szerokości przepustu do szerokości koryta. Odległości pomiędzy przekrojami poniżej przepustów mogą być ustalane na tej samej podstawie, jaka opisana została dla mostów (zob. rozdz. 5 Modelowanie mostów) Przyjmuje się, że cały przekrój 1 prowadzi już aktywnie przepływ.

Przekrój 2.
Jest położony w niewielkiej odległości poniżej wylotu z przepustu. Nie przecina on żadnej części przepustu czy nasypu, lecz reprezentuje kształt koryta poniżej budowli. Kształt i położenie tego przekroju są wprowadzane niezależnie od danych przelewu (przekrój buduje się bez użycia edytora Bridge/Culvert).

W celu ograniczenia aktywnego pola przepływu do obszarów przy wylocie z urządzeń zanim dojdzie do przelania się wody ponad koroną drogi, korzysta się z opcji jałowego pola przepływu. Pola jałowego przepływu służą do wydzielenia w przekroju poniżej budowli właściwego pola prowadzącego aktywnie przepływ. Ponieważ przepływ rozwija się na szerokości po wyjściu z przepustu, aktywne pole przepływu będzie nieco większe od szerokości urządzenia. Szerokość aktywnego pola przepływu zależeć będzie od tego, jak daleko od budowli umieszczony będzie przekrój 2. Zwykle, na tym krótkim odcinku, zakłada się stosunek rozszerzenia się strumienia na długości 1.5:1. W takim razie gdyby przekrój 2 znajdował się 1.5 m od wylotu przepustu, to aktywna strefa przepływu powinna być szersza od wylotu o 2 m (po 1 m z obu stron przepustu). Rys. 6.4 ilustruje przekrój 2 dla typowego przepustu o przekroju prostokątnym. Jak już wspomniano, przekrój ten nie zawiera informacji o kształcie przewodu przepustu. Na rys. 6.4 brzegi koryta zaznaczono czarnymi kółeczkami, a stacje i poziomy jałowych pól przepływu oznaczono trójkątami.

Przekroje 1 i 2 są rozmieszczone w taki sposób, aby reprezentowały odcinek koryta poniżej budowli, na którym HEC-RAS może w prawidłowy sposób obliczyć straty związane z kontrakcją i ekspansją strumienia, które zachodzą, gdy przepływ rozwija się do pełnej szerokości koryta.

Rys. 6.4 Przekrój 2 w modelu przepustu.

Rys. 6.4 Przekrój 2 w modelu przepustu.

Przekrój 3.
Przekrój ten jest umieszczony w niewielkiej odległości powyżej wlotu do przepustu i reprezentuje fizyczny kształt koryta rzeki powyżej budowli. Do pełnego opisu modelu przepustu i nasypu, w którym jest umieszczony, program korzysta z kombinacji danych geometrycznych przekrojów 2 i 3 oraz danych o samym przelewie. Dane o korpusie nasypu i kształcie przewodu określone zostają dla lokalizacji pomiędzy przekrojami 2 i 3.

Rys. 6.5 Przekrój 3 w modelu przepustu.

Rys. 6.5 Przekrój 3 w modelu przepustu.

W celu ograniczenia aktywnego pola przepływu w przekroju górnym aż do momentu, gdy woda zacznie się przelewać ponad koroną drogi, korzysta się z opcji jałowego pola przepływu. Pola jałowego przepływu służą do wydzielenia właściwego pola prowadzącego aktywnie przepływ w przekroju tuż powyżej przepustu.

Ze względu na to, że przepływ ulega gwałtownej kontrakcji na wlocie do przepustu, aktywne pole przepływu w przekroju 3 jest większe od pola wlotu do przepustu. Szerokość aktywnego pola przepływu zależeć będzie od tego, jak daleko od budowli umieszczony będzie przekrój 3. Zwykle zakłada się, że na tym krótkim odcinku stosunek zwężania się strumienia na długości wynosi 1:1. Oznacza to, że gdyby przekrój 3 znajdował się 1.5 m powyżej wlotu, to aktywna strefa przepływu w przekroju 3 byłaby szersza od wlotu o 3 m (po 1.5 m z każdej strony przepustu). Rys. 6.5 ilustruje przekrój 3 dla typowego przepustu o przekroju prostokątnym - widoczny jest nasyp drogi, zdefiniowany w edytorze mostów/przepustów w tabeli deck/roadway, oraz wlot do przepustu, którego kształt zdefiniowany został w edytorze przepustu (ang. culvert). Jak wspomniano wcześniej, profil powierzchni terenu nie zawiera informacji o kształcie przepustu. Na rys. 6.5 brzegi koryta zaznaczono czarnymi kółeczkami, a stacje i poziomy jałowych pól przepływu oznaczono trójkątami.

Przekrój 4.
Ostatni przekrój w modelu przepustu umieszczony jest w miejscu, gdzie przepływ nie zaczął się jeszcze zwężać i odbywa się całą szerokością koryta. Odległość przekroju od czoła budowli określana jest zwykle przy założeniu stosunku zwężenia strumienia na długości 1:1. Innymi słowy tempo zwężania się strumienia na drodze do przepustu lub zamknięcia jest takie, że na każdym metrze przebytym w kierunku budowli strumień zwęża się również o jeden metr z każdej strony przepustu. Przyjmuje się, że cały przekrój 4 aktywnie prowadzi przepływ.