Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych

(Cross Section Locations)

Obliczenia przelewów czołowych wymagają takich samych przekrojów jak mosty i przepusty. Aby uzyskać pełny model należy w otoczeniu przelewu umieścić cztery przekroje - dwa po stronie górnej i dwa po dolnej. Ogólnie rzecz biorąc, w otoczeniu każdej budowli (mostu, przepustu, przelewu itd.) po jej dolnej stronie zawsze powinny być dodatkowe przekroje, tak aby założony przez użytkownika warunek brzegowy nie zaburzał przepływu przez budowlę. Aby usprawnić opis rozmieszczenia przekrojów wokół przelewu czołowego, uwzględnione w nim zostaną tylko cztery przekroje w jego sąsiedztwie. Te cztery przekroje obejmują:

1. przekrój położony wystarczająco daleko poniżej budowli, tam gdzie przepływ znów jest rozwinięty na całą szerokość doliny.
2. przekrój położony tuż poniżej budowli (reprezentujący dolne stanowisko)
3. przekrój położony tuż powyżej budowli (reprezentujący górne stanowisko)
4. przekrój położony wystarczająco daleko powyżej budowli, tam gdzie przepływ zaczyna się zwężać.

Rys. 8.3. Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych przy modelu przelewu

Rys. 8.3. Rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych przy modelu przelewu

Zwróć uwagę na to, że przekroje położone w bezpośrednim sąsiedztwie budowli reprezentują geometrię koryta poza korpusem (ang. embankment) budowli. Rys. 8-3 przedstawia rozmieszczenie przekrojów obliczeniowych w otoczeniu przelewu czołowego.

Przekrój 1.
Jest położony wystarczająco daleko poniżej budowli, tam gdzie przepływ rozwinął się z szerokości na jakiej pracuje przelew do szerokości całej doliny. Przyjmuje się, że cały przekrój 1 prowadzi już aktywnie przepływ.

Przekrój 2.
Jest położony w niewielkiej odległości poniżej budowli. Poziom zwierciadła wody obliczony w tym przekroju będzie reprezentował wodę dolną budowli. Przekrój ten nie powinien zawierać żadnej części korpusu budowli czy nasypu, lecz powinien reprezentować kształt koryta poniżej budowli. Kształt i położenie tego przekroju są wprowadzane niezależnie od danych przelewu (przekrój buduje się bez użycia edytora Inline Weir and Gated Spillway).

W celu ograniczenia aktywnego pola przepływu do obszarów wokół pracujących urządzeń zanim dojdzie do przelania się wody ponad koroną górnego przelewu i/lub korpusem budowli, korzysta się z opcji jałowego pola przepływu. Pola jałowego przepływu służą do wydzielenia w przekroju poniżej budowli właściwego pola prowadzącego aktywnie przepływ. Właściwe ustalenie aktywnego pola przepływu jest istotne dla prawidłowego obliczenia poziomu wody na dolnym stanowisku. Ponieważ przepływ rozwija się na szerokości po opuszczeniu przelewów i zamknięć, aktywne pole przepływu będzie nieco większe od szerokości pracujących przelewów i zamknięć. 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 1:1. Rys. 8.4 ilustruje przekrój 2 dla typowej budowli wyposażonej w zamknięcia i przelew. Na rys. 8.4 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 doliny.

Rys. 8.4 Przekrój 2 poniżej przelewu czołowego wyposażonego w zamknięcia.

Rys. 8.4 Przekrój 2 poniżej przelewu czołowego wyposażonego w zamknięcia.

Przekrój 3.
Przekrój ten jest umieszczony w niewielkiej odległości od korpusu budowli i powinien oddawać fizyczny kształt koryta rzeki powyżej przelewu. Poziom zwierciadła wody obliczony w tym przekroju reprezentuje wodę górną budowli. Do pełnego opisu budowli program korzysta z kombinacji danych o jej korpusie (ang. deck/road), geometrii przekroju i danych o zamknięciach (ang. gated spillway). Dane o korpusie i zamknięciach określone zostają dla lokalizacji pomiędzy przekrojami 2 i 3.

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

Ze względu na to, że przepływ ulega gwałtownej kontrakcji na wejściu do zamknięć bądź na przelewy, aktywne pole przepływu w przekroju 3 jest większe od pola zajmowanego przez zamknięcia i/lub przelew. 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. Rys. 8.5 ilustruje przekrój 3 dla typowej budowli wyposażonej w zamknięcia i przelew. Na rys. 8.5 brzegi koryta zaznaczono czarnymi kółeczkami, a stacje i poziomy jałowych pól przepływu oznaczono trójkątami.

Przekrój 4.
Ostatni przekrój w modelu przelewu czołowego umieszczony jest w miejscu, gdzie przepływ nie zaczął się jeszcze zwężać i odbywa się całą szerokością doliny. 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 przelewu lub zamknięcia jest takie, że na każdym metrze przebytym w kierunku budowli strumień zwęża się również o jeden metr z każdej strony przelewu. Przyjmuje się, że cały przekrój 4 aktywnie prowadzi przepływ.