Manual Hec Ras

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MANUAL DEL HEC-RAS TRADUCIDO POR: PAMELA ALESSANDRA RODRÍGUEZ YAQUETTO [email protected] CUSCO-PERU 2005

Transcript of Manual Hec Ras

  • MANUAL DEL HEC-RAS

    TRADUCIDO POR:

    PAMELA ALESSANDRA RODRGUEZ YAQUETTO

    [email protected]

    CUSCO-PERU

    2005

  • APLICACIN HEC-RAS Descripcin: Este software, del Centro de Ingeniera Hidrolgica (Hydrologic Engineering Center) del cuerpo de ingenieros de la armada de los EE.UU. (US Army Corps of Engineers), surge como evolucin del conocido y ampliamente utilizado HEC-2, con varias mejoras con respecto a ste, entre las que destaca la interfase grfica de usuario que facilita las labores de preproceso y postproceso. El modelo numrico incluido en este programa permite realizar anlisis del flujo permanente unidimensional gradualmente variado en lmina libre.

    Caractersticas tcnicas:

    - Clculo hidrulico de estructuras (puentes, aliviaderos, alcantarillas, etc.).

    - Visualizacin grfica de datos y resultados

    - Edicin grfica de secciones.

    - Ejecutable en entorno Microsoft Windows. Aplicaciones: Modelacin hidrulica en rgimen permanente de cauces abiertos, ros y canales artificiales.

  • Trabajando con el HEC-RAS Una Descripcin

    HEC-RAS es un paquete integrado de programas de anlisis hidrulico, en los cuales el usuario interacta con el sistema a travs del uso del Interfaz de Uso Grfico (IUG). Este sistema es capaz de realizar los clculos del perfil de la superficie de flujo de agua constante e inconstante, e incluir Transporte de Sedimentos y muchos diseos hidrulicos computarizados en el futuro.

    En terminologa del HEC-RAS, un Proyecto es un sistema de archivos de datos asociados con un sistema particular del ro. El modelador puede realizar algunos o todos los diferentes tipos de anlisis, incluidos en el paquete del HEC-RAS, como parte del proyecto. Los archivos de datos de un proyecto son clasificados como sigue:

    o Datos de plan. o Datos geomtricos. o Datos de flujo constante. o Datos de flujo inconstante. o Datos de sedimentos. o Datos de diseo hidrulico.

    Durante el curso del estudio de modelador puede desear formular diferentes Planes. Cada plan representa un especfico sistema de datos geomtricos y de flujo. Una vez que los datos bsicos son ingresados en el HEC-RAS, el modelador puede formular fcilmente nuevos planes. Despus que se hace la simulacin de varios planes, los resultados pueden ser comparados simultneamente en ambas formas tabular y grfica. Este captulo proporciona una descripcin de cmo un estudio es realizado con el software HEC-RAS. Tpicos especiales de cmo importar datos HEC-2, reproducir resultados HEC-2 y cmo usar la ayuda en lnea tambin estn cubiertos. Contenidos

    Comenzar HEC-RAS Pasos para Desarrollar un Modelo Hidrulico con HEC-RAS Conseguir y Usar Ayuda

  • COMENZAR HEC-RAS

    Cuando se corre el programa de instalacin del HEC-RAS, automticamente obtienes un nuevo grupo de programas llamado HEC y un cono llamado HEC-RAS. Esto debe aparecer en el men inicio en la seccin llamada Programas. El usuario tambin tiene la opcin de crear un acceso directo en el escritorio. Si el acceso directo es creado, el cono del HEC-RAS se ver como sigue:

    Figura 3.1 El cono del HEC-RAS en Windows.

    INICIAR HEC-RAS DESDE WINDOWS

    Doble clic al cono del HEC-RAS. Si no se tiene acceso directo al HEC-RAS

    en el escritorio, ir al Men Inicio y seleccionar Programas, luego seleccionar HEC, y luego HEC-RAS.

    Cuando se inicia por primera vez el HEC-RAS, se ver una ventana como la

    mostrada en la figura 3.2 (a menos que usted no tenga algn proyecto archivado en su ventana principal)

    Figura 3.2 Ventana principal del HEC-RAS

  • Figura 3.3 Estructura de la Barra de Men en la Ventana Principal del

    HEC-RAS

    En la parte de arriba de la ventana principal del HEC-RAS esta la barra de Men (Figura 3.3) con las siguientes opciones:

    File (Archivo): Esta opcin es usada para el manejo de archivos. La opcin disponible en el men File (Archivo) incluye: New Project (Nuevo Proyecto); Open Proyect (Abrir Proyecto); Save Proyect (Archivar Proyecto); Save Proyect As (Archivar Proyecto como); Rename Proyect (Cambiar de Nombre al Proyecto); Delete Proyect (Borrar Proyecto); Proyect Summary (Resumen del Proyecto); Import HEC-2 Data (Importar Datos HEC-2); Generate Report (Generar Reporte); Export GIS Data (Exportar Datos SIG); Export to HEC-DSS (Exportar a HEC-DSS); Restore Data (Restaurar Datos); y Exit (Salir). Adems, los proyectos ms recientes sern enumerados al final del men archivo, que permiten que el usuario abra rpidamente un proyecto que fue trabajado recientemente. Edit (Editar): Esta opcin es usada para ingresar y editar datos. Los datos son categorizados en cuatro tipo: Geometric Data (Datos Geomtricos); Steady Flor Data (Datos del flujo constante); Unsteady flor Data (Datos del flujo inconstante);

  • y Sediment Data (Datos de sedimento). En la versin actual la opcin Sediment Data no esta activada. Run (Ejecutar): Esta opcin es usada para realizar los clculos hidrulicos. Las opciones dentro de este tem son: Steady Flow Amalysis (Anlisis de Flujo Constante); Unsteady Flow Analysis (Anlisis de Flujo Inconstante); Sediment Analysis (Anlisis de Sedimentos); Hydraulic Design Functions (Funciones Hidrulicas del Diseo). En la versin actual la opcin Sediment Anlisis no esta disponible. View (Ver): Esta opcin contiene un grupo de las herramientas que proporcionan exhibiciones grficas y tabulares de la salida del modelo. El men view actualmente incluye: Cross Sections (Secciones Transversales); Water Surface Profiles (Perfiles Superficiales del Agua); General Profile Plot (Plano General del Perfil); Rating Curves (Curvas de Clasificacin); X-Y-Z Perspectiva Plots (Planos en perspectiva X-Y-Z); Stage and Flow Hydrographs (Hidrogramas de etapa y Flujo); Hydraulic Properties Plots (Propiedades de los Diagramas Hidrulicos); Detailed Output Tables (Tablas Detalladas de Salida); Profile Summary Tables (Tablas Resumen del Perfil); Summary Err,Warn, notes(Resumen de Errores, advertencia, notas). Options (Opciones): Este men tem permite al usuario: cambiar las opciones de Setup Options (Opciones de Configuracin) cambiar las opciones de configuracin del programa; Default Parameters (Parmetros por Defecto) determinar los parmetros de defecto; Units System (Sistema de Unidades) establece un sistema de unidades por defecto U.S. customary (Usado en Estados Unidos) o Metric (Mtrico); Convert Project Units (Convertir Unidades del Proyecto) convierte las unidades del proyecto de us customary a mtrico y viceversa. Help (Ayuda): Esta opcin permite al usuario conseguir ayuda en lnea, as como la informacin de la versin actual del HEC-RAS.

    Tambin en la ventana principal del HEC-RAS hay un botn (Figura 3.4). Que proporciona un rpido acceso a las opciones mas frecuentemente usadas dentro de la barra de men de HEC-RAS. La descripcin de cada botn es mostrada en la figura 3.4.

  • Figura 3.4 Barra de Men (Botones) de la Ventana Principal del HEC-RAS

  • PASOS PARA DESARROLLAR UN MODELO HIDRULICO CON HEC-RAS Hay cinco pasos principales para crear un modelo hidrulico con el HEC-RAS: o Comenzar un nuevo proyecto. o Ingresar datos geomtricos. o Ingresar datos de flujo y condiciones lmite. o Ejecutar clculos hidrulicos. o Ver e imprimir resultados.

    COMENZAR UN NUEVO PROYECTO

    El primer paso en el desarrollo de un modelo hidrulico con el HEC-RAS es establecer en que directorio se desea trabajar e ingresar un nombre para el nuevo proyecto.

    Para iniciar un nuevo proyecto, ir al men File en la ventana principal del

    HEC-RAS y seleccionar New Project. Se abrir entonces una ventana del nuevo proyecto como la mostrada en la figura 3.5.

    Figura 3.5 Ventana del Proyecto Nuevo

    Como se ve en la figura 3.5, primero se selecciona el lugar y la ruta para

    trabajar (para seleccionar la ruta se debe hacer doble clic en el directorio que usted desea), despus ingresar un ttulo del Proyecto y un nombre de archivo. EL nombre del archivo del proyecto debe tener la extensin .pjr, no se permite al usuario cambiar esto. Una vez que se ha ingresado toda la informacin, presione el botn OK para tener la informacin aceptada. Despus de que el botn OK es presionado una ventana de mensaje aparecer con el ttulo del proyecto y el directorio donde se ubicar el proyecto. SI la informacin es correcta, presione el botn OK. Si la informacin no es correcta, presione el botn Cancel y regresar otra vez a la ventana New Project.

    Nota: Antes de que cualquier dato geomtrico y de flujo es ingresado, el usuario debe seleccionar el sistema de unidades (Ingls o Mtrico) en el que quisiera trabajar. El paso es logrado seleccionando Unit System del men Options de la ventana principal del HEC-RAS.

  • INGRESAR DATOS GEOMTRICOS.

    El siguiente paso es ingresar los datos geomtricos necesarios, que consisten en la conexin de informacin de la corriente del sistema (Sistema Esquemtico del Ro), datos de seccin transversal (Cross Section) y datos de estructura hidrulica como puentes(Bridges), alcantarillas (Culverts), vertedores (Weirs), etc. Los datos geomtricos son ingresados seleccionando Geometric Data del men Edit de la ventana principal del HEC-RAS. Una vez que esta opcin es seleccionada, aparecer una ventana de datos geomtricos como la mostrada en la figura 3.6 (excepto que estar en blanco cuando se abre esta ventana por primera vez para un nuevo proyecto).

    Figura 3.6 Ventana de Datos Geomtricos (Geometric Data)

    El modelador ingresa datos geomtricos por el primer dibujo en el diagrama

    esquemtico del sistema del ro. Esto se logra, dibujando sector-por-sector, presionando el botn del River Reach (sector del ro) y despus dibujando los tramos del ro desde corriente arriba a ro abajo (en la direccin positiva del flujo).

    Despus de que el sector es dibujado, al usuario se le pide ingresar un

    identificador de ro y de sector. Los identificadores de ro y de sector pueden tener ms de 16 caracteres. Como los sectores estn conectados, las juntas o ensambladuras son formadas automticamente por el interfaz. Al modelador se le pide ingresar un identificador para cada junta. Para ms informacin sobre desarrollar el sistema esquemtico del ro, vea el captulo 6 "Incorporando y Editando Datos Geomtricos"

  • Despus de que el sistema esquemtico del ro es dibujado, el modelador puede empezar ingresar secciones transversales y datos de estructura hidrulica. Presionando el botn Cross Section (Seccin Transversal) se activa el editor de secciones transversales. Este editor es mostrado en la figura 3.7. Segn lo mostrado, cada seccin transversal tiene un River name (nombre de ro), Reach name (nombre del tramo o sector), River Station (Estacin del Ro) y Description (Descripcin). Los identificadores de River, Reach y River Station son usados para describir donde esta ubicada la seccin transversal en el sistema del ro. El identificador de River Station no tiene que ser la estacin actual del ro (millas o kilmetros) en la cual la seccin transversal est situada en la corriente, pero tiene que ser un valor numrico (ej., 1.1, 2, 3.5, etc.). EL valor numrico es usado para ubicar la seccin transversal en orden apropiado dentro del sector. Las secciones transversales son ordenadas dentro del sector del ro desde la ms alta estacin de ro hasta la ms baja estacin ro abajo.

    Figura 3.7 Editor de Datos de la Seccin Transversal (Cross Section Data)

    Los datos bsicos requeridos para cada seccin transversal se muestran en el

    editor de datos de seccin transversal en la figura 3.7. Las caractersticas adicionales de la seccin transversal estn disponibles en el tem Options de la barra del men. Estas opciones incluyen: add (aadir); copy (Copiar); rename (Cambiar nombre); Delete (Borrar) las secciones transversales; ajuste de elevaciones de la seccin transversal, de estaciones, y de n o k-valores; skew cross sections (Secciones transversales oblicuas); ineffective flow areas (reas ineficaces del flujo); levees (diques); blocked obstructions (bloques de obstruccin); adding a lid to a cross section (agregar una tapa a la seccin transversal); add ice cover (Agregar una cubierta de hielo); add a rating curve (Agregar una curva de grado);

  • horizontal variation of n or k-values (variacin horizontal n o k-valores); vertical variation of n or k-values (variacin vertical de los n o k-valores).

    Tambin, en el editor de los datos de la seccin transversal se tiene la capacidad de trazar cualquier seccin o perfil del tramo del ro. Edit features (Editar caractersticas de objeto) estn disponibles las opciones de cut (cortar), copy (copiar), paste (pegar), insert (insertar), y delete (suprimir) datos de la rejilla de coordenadas X-Y de la seccin transversal.

    Una vez que los datos de la seccin transversal son ingresados, los datos deben ser guardados en un archivo del disco duro. Esto se logra seleccionando Save Geometric Data As (Guardar datos geomtricos como) del men File (archivo) del editor de datos geomtricos. Esta opcin permite al usuario ingresar un ttulo para los datos geomtricos. El nombre del archivo es automticamente establecido para los datos geomtricos, y luego archivados en el disco. Cuando el ttulo es establecido para los datos geomtricos pueden ser archivados peridicamente seleccionando Save Geometric Data (Guardar datos geomtricos) del men File (archivo) del editor de datos geomtricos. INGRESAR DATOS DE FLUJO Y CONDICIONES LMITE

    Despus de que los datos geomtricos son ingresados, el modelador puede ingresar datos de flujo constante o datos de flujo inconstante. El tipo de flujo de los datos ingresados dependen del tipo de anlisis que se va ha realizar. En este captulo se asume que se realizar un anlisis para flujo constante. El formulario de entrada de datos para flujo constante esta disponible en el men Edit (editar) de ventana principal del HEC-RAS.

    Un ejemplo de formulario de entrada de datos para flujo constante esta mostrado en la figura 3.8, que es Steady Flow Data Editor (Editor de datos para flujo constante). Como esta mostrado en la figura 3.8, los datos para flujo constante consisten en: number of profiles to be computed (nmero de perfiles a ser computados); the flow data (datos de flujo); river system boundary condition (condiciones lmite del sistema de ro). Al menos un flujo debe ser ingresado para cada tramo en el sistema. Adicionalmente, el flujo puede ser cambiado a cualquier ubicacin dentro del sistema del ro. Los valores de flujo deben ser ingresados para todos los perfiles.

    Las condiciones lmite son requeridas en el orden en el que se realicen los clculos. Si un anlisis de flujo subcrtico esta siendo realizado, entonces slo las condiciones lmite de la parte baja o ro abajo son requeridas. Si el modelador va ha realizar clculos de flujo de rgimen mixto, entonces ambas condiciones lmite corriente arriba y ro abajo son requeridas. El formulario de los datos de condiciones lmite puede ser planteado presionando Reach Boundary Condition (Condiciones Lmite del Tramo) del formulario de ingreso de datos de flujo constante.

    Cuando todos los datos de flujo constante y las condiciones lmite son ingresados, el modelador debe guardar los datos en el disco duro. Esto puede logarse seleccionando Save Flow Data As (Archivar Datos de Flujo Como) de la

  • opcin File (Archivo) del men de datos de flujo constante, el nombre de archivo es automticamente asignado.

    Figura 3.8 Ventana de Datos de Flujo

    EJECUTAR CLCULOS HIDRULICOS

    Una vez que toda la data geomtrica y la data de flujo es ingresada, el modelador puede realizar lo clculos hidrulicos. Como se dijo antes, hay tres tipos de clculos que pueden ser realizados en la actual versin del HEC-RAS: Steady Flow Analysis (Anlisis de Flujo Constante) Unsteady Flow Analysis (Anlisis de Flujo Inconstante) Hidrulic Design Functions (Funciones de Diseo Hidrulico). EL modelador puede seleccionar cualquiera de los anlisis hidrulicos del men Run (Ejecutar) de la ventana principal del HEC-RAS. Un ejemplo la ventana del manejo de simulacin es mostrado en la figura 3.9, que es la ventana de anlisis de flujo constante.

    Figura 3.9 Ventana de Anlisis de Flujo Constante

  • Como se ve en la figura 3.9, el modelador crea un Plan seleccionando un conjunto de datos geomtricos y de flujo. El plan puede crearse seleccionando New Plan (Nuevo Plan) de la opcin File (Archivo) de la ventana de anlisis de flujo constante. Cuando se ha ingresado el ttulo del plan y un pequeo identificador (Short ID) El modelador puede escoger Flow Regime (Rgimen de Flujo) para cada modelo en el que se realizarn los clculos. Clculos de rgimen de flujo Subcrtico, Supercrtico o mixto estn disponibles.

    Otros objetos estn disponibles bajo el men Options (Opciones): Performing a Floodway Encroachment Anlisis (Ejecucin de un anlisis de la usurpacin de la inundacin); Setting locations for calculating flow distribution output (Fijar las localizaciones para los resultados de los clculos de la distribucin de flujo); conveyance calculations options (Opciones de clculos de transporte); friction slope methods (Mtodos de la cuesta de friccin); calculation tolerance (tolerancia del clculo); critical depth output (resultados de profundidad crtica); critical depth computation method (Mtodo del cmputo de la profundidad crtica); split flow optimization (entrecortar la optimizacin de flujo); data checking (Chequear los datos); setting log file levels (fijar archivo de registro de niveles); viewing the log file output (Ver el archivo del registro de salida).

    Cuando el modelador ha seleccionado un plan y fijado todas las opciones de clculo, los clculos de flujo constante pueden ser realizados presionando Compute (Clculo) de la ventana de anlisis de flujo constante. Cuando este botn es presionado el paquete de sistema del HEC-RAS lee de todos los datos para el plan seleccionado y lo escribe al archivo funcionado. El sistema corre el modelo de flujo constante (SNET) y pasa el nombre en el archivo mencionado. Este proceso es ejecutado en una ventana separada. Por lo tanto el modelador puede realizar otras tareas mientras se est ejecutando el programa. VER E IMPRIMIR RESULTADOS

    Cuando el modelador ha terminado todos los clculos, puede ver los resultados. Muchos objetos de salida o resultados estn disponibles bajo la opcin View (Ver) de la ventana principal del programa. Estas opciones incluyen: Cross Sections Plots (Dibujar Secciones Transversales), Profiles Plots (Dibujar Perfiles) Rating Curves Plots (Graficar Curvas de Clasificacin); X-Y-Z Perspectiva Plots (Planos en perspectiva X-Y-Z), Hydrographs plots (Plotear Hidrogramas) si la simulacin para flujo inconstante fue realizada; Detailed Output Tables (Tablas Detalladas de Salida); Profile Summary Tables (Tablas Resumen del Perfil); Summary Err, Warn, notes (Resumen de Errores, advertencia, notas).

    Un ejemplo del ploteo de la seccin transversal esta mostrado en la figura 3.10. EL usuario puede plotear cualquier seccin transversal seleccionando el ro apropiado, estacin de tramo y ro de la lista de cuadros en la parte de arriba del ploteo. El usuario puede tambin caminar a travs de los diagramas usando los botones de la flecha arriba y a abajo. Muchos objetos de diagrama estn disponibles bajo el men Options del diagrama de la seccin transversal.

    Estas opciones incluyen: zoom in (Acercarse); zoom out (Alejarse); full plot (todo el diagrama); pan (desplazarse); animate (animar); selecting which plans

  • (seleccionar planes), profiles and variables to plot (plotear perfiles y variables); velocity distribution (velocidad de distribucin); viewing(ver); interpolated cross sections (secciones transversales interpoladas); control over the lines, symbols, labels, scaling and grid options (controle sobre lneas, smbolos, etiquetas, escalamiento y opciones de la rejilla.).

    Los resultados de la copia del grfico se pueden lograr de dos maneras de los diferentes: los grficos pueden ser enviados directamente del HEC-RAS a cualquier impresora o ploter que el usuario a definido en el Windows o los grficos pueden ser enviados al portapapeles de Windows. Una vez que los diagramas est en el porta papeles estos se pueden pegar en otros programas, como un procesador de textos. Ambas opciones estn disponibles en el men File de la ventana various plot.

    Un ejemplo del diagrama del perfil es mostrado en la figura 3.11. Todas las opciones disponibles en el diagrama de secciones transversales tambin estn disponibles en el diagrama del perfil. Adicionalmente, el usuario puede seleccionar un tramo especfico para dibujar cuando el sistema de mltiples tramos del ro esta siendo modelado.

    Un ejemplo de diagrama de perspectiva X-Y-Z (X-Y-Z Perspective Plot) esta mostrado en la figura 3.12. El usuario tiene la opcin de definir la ubicacin de inicio y fin de la extensin del diagrama. El diagrama puede ser rotado izquierda o derecha, y arriba o abajo, para obtener diferentes perspectivas del tramo del ro.

    Los perfiles de la superficie de agua computados pueden ser puestos encima

    de los datos de la seccin transversal. El grafico puede ser enviado a la impresora o al ploter directamente, o el archivo de impresin puede ser enviado a travs de l portapapeles de windows a otros programas.

    Figura 3.10 Cross Section Plot (Diagrama de la Seccin Transversal)

  • Figura 3.11 Profile Plot (Diagrama del Perfil)

    Figura 3.12 Diagrama de la Perspectiva XYZ del tramo del ro con un puente

  • La Salida Tabular (Tabular Output) esta disponible en dos formatos diferentes. El primer tipo de salida tabular proporciona resultados hidrulicos detallados de una especfica ubicacin de la seccin transversal (Detailed output table) (Tabla de tallada de salida). Un ejemplo de este tipo de salida tabular esta mostrado en la Figura 3.13

    Figura 3.13 Tabular Detailed Output (Salida Tabular Detallada)

    El segundo tipo de salida tabular muestra un limitado nmero de variables

    hidrulicas para muchas secciones transversales y perfiles mltiples (Profile Summary Tables) (Tablas Resmen de Perfil). Un ejemplo de este tipo de salida tabular se puede ver el la Figura 3.14. Existen muchas tablas Standard que estn predefinidas y se obtienen con la opcin Tables (Tablas) de las tablas de perfil de salida (Profile output tables). Los usuarios tambin pueden definir sus propias tablas especificando que variables quieren tener en la tabla. Los ttulos de la tabla que el usuario especific pueden ser guardados y ms adelante se pueden seleccionar como una de las tablas de estndar disponibles para el proyecto.

    La salida tabular puede ser enviada directamente a la impresora o al ploter o pasada a travs del portapapeles de la misma manera que la salida grfica descrita previamente.

  • Esta opcin esta tambin disponible en el men File (Archivo) de cada formato de tabla.

    Figura 3.14 Profile Output Table (Tabla del Perfil de Salida)

    OBTENER Y USAR LA AYUDA

    La ayuda en lnea (on-line) est disponible dentro del software de HEC-RAS. La ayuda puede ser accedida seleccionando el men Help (ayuda) en la parte superior de cada ventana, o presionando F1.

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