HEC-RAS一維快速建模之幾何數(shù)據(jù)文件格式解析

陳浩 中工武大設(shè)計研究有限公司

1.HEC-RAS簡介

HEC-RAS是由美國陸軍工程兵團(tuán)水文中心開發(fā)的河流模擬分析軟件，其數(shù)據(jù)輸入界面直觀友好、參數(shù)意義明確，圖表功能方便快捷，幫助文檔詳盡細(xì)致，所引用的計算公式、參數(shù)在水力計算常用的教材和計算手冊中均有據(jù)可查，在我國各水利設(shè)計院的河道一維恒定流和非恒定流的水力計算中應(yīng)用普遍。

2.Geometric Data文件格式解析

本文主要對其中的Geometric Data（以下稱之為幾何數(shù)據(jù)）輸入界面對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件存儲格式進(jìn)行解析，在工程文件所在目錄下后綴名為“.g+數(shù)字”格式的文件保存著建模時輸入的幾何數(shù)據(jù)，文本格式，記事本即可打開編輯。

實(shí)際工作當(dāng)中，建筑物、堤防點(diǎn)、灘槽分界等復(fù)雜的信息往往在基礎(chǔ)模型建立后才根據(jù)實(shí)際情況手動添加調(diào)整，因此可僅憑測量橫斷面數(shù)據(jù)文件快速建立不包含建筑物、堤防點(diǎn)等復(fù)雜信息的基礎(chǔ)模型。

基礎(chǔ)文件中的數(shù)據(jù)可分為四個部分，每部分以一空行分隔，其中文件頭、河道示意線、文件尾較簡單，僅介紹快速建模的關(guān)鍵也就是橫斷面數(shù)據(jù)部分，見圖1。

橫斷面數(shù)據(jù)部分至少包括7個必要關(guān)鍵字，視模型復(fù)雜程度，還會包括描述堤防點(diǎn)、建筑物等數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字。

“Type RM Length L Ch R”：取值包括5部分，以英文逗號分隔，第一個值默認(rèn)可取1不變，第二個值對應(yīng)橫斷面數(shù)據(jù)輸入界面的River Station，取值規(guī)則為不超過8個半角字符長度的數(shù)字，不足8個字符則需按左對齊右邊補(bǔ)空格的方式補(bǔ)齊，該值在HEC-RAS中按從上游到下游的方向一定是降序排列的，因此其數(shù)值越大代表所對應(yīng)的斷面越靠近上游，越小則代表越靠近下游。

在實(shí)際項目中，樁號若從下游向上游遞增編制，則可以樁號對應(yīng)的里程數(shù)字作為River Station，若是從上游向下游遞增編制，可在實(shí)際樁號前加上數(shù)字前綴控制斷面上下游排序，如0+000代表上游起始斷面，0+100，…，直至下游終止斷面5+100，River Station可分別取為9990000、9980100，…，9005100此種格式，通過前綴降序控制斷面的上下游關(guān)系。

此關(guān)鍵字的最后三個值分別代表此橫斷面與下游相鄰的橫斷面的左灘、河槽、右灘的實(shí)際距離，對應(yīng)“Cross Section Data”界面中的“Downstream reach Length”，無字符長度控制要求，三者均為0則代表該斷面是河段最下游的橫斷面，編程處理時，這三個值可直接先取兩個斷面的實(shí)際間距，之后再根據(jù)實(shí)際情況在軟件界面中調(diào)整。

“Node Name”：可選關(guān)鍵字，可在幾何數(shù)據(jù)編輯界面的“Tables”菜單下“Names”子菜單中選擇“Node Names”批量輸入，也可在編程建模時將此可選關(guān)鍵字賦值為斷面的實(shí)際樁號。

以下圖為例，將“River Sta”為150的橫斷面的“Node Name”賦值為實(shí)際樁號“0+150”，則“Cross Section Data”界面“River Sta”處將顯示為“1500+150”，便于了解斷面對應(yīng)的實(shí)際樁號，在計算完畢查看水面線縱斷面圖時，也可勾選顯示“Node Name”，在橫坐標(biāo)軸上顯示出每個橫斷面的樁號，尤其是實(shí)際樁號從上游向下游遞增編制時，查看和導(dǎo)出計算結(jié)果也比默認(rèn)設(shè)置更為直觀、方便。

“Node Last Edited Time”：代表一個橫斷面最后被修改編輯的時間，取值不影響建模和計算。

“#Sta/Elev”：取值分為兩部分，第一部分代表一個橫斷面的測量點(diǎn)的個數(shù)，單獨(dú)占一行；第二部分為每個測點(diǎn)的起點(diǎn)距和高程數(shù)據(jù)，順序?yàn)閺淖蟀兜接野叮梢杂卸嘈校啃凶疃嘀荒苡?個測點(diǎn)共十個數(shù)字，對應(yīng)著5對起點(diǎn)距、高程數(shù)據(jù)，每個數(shù)字的字符串長度為8個半角字符，右對齊，不足則在左側(cè)補(bǔ)空格。

“#Mann”：包含糙率系數(shù)取值信息，取值分為兩部分：編程處理時第一部分可取默認(rèn)值“3,0,0”，單獨(dú)占一行，對應(yīng)默認(rèn)情況下的橫斷面糙率系數(shù)取值設(shè)置；第二部分占一行，默認(rèn)情況下共9個數(shù)字，同樣是8個半角字符長度、右對齊、不足8則左側(cè)補(bǔ)空格。第1個值代表橫斷面數(shù)據(jù)中左岸第1個測點(diǎn)的起點(diǎn)距數(shù)據(jù)；第2、5、8個值分別代表左灘、河槽、右灘的糙率系數(shù)，第4、7個值分別代表左、右側(cè)灘槽分界點(diǎn)的起點(diǎn)距，即“Cross Section Data”界面中的“L ef t Bank”和“Right Bank”，第3、6、9默認(rèn)取0。

“Bank Sta”：取值同“#Mann”關(guān)鍵字第4、7個值，快速建模時可分別取左岸第一個點(diǎn)和右岸最后一個點(diǎn)的起點(diǎn)距，之后根據(jù)實(shí)際情況在模型中復(fù)核調(diào)整。

圖1

“XS Rating Curve”：代表此斷面的水位流量關(guān)系線，默認(rèn)（不指定時）取值“0,0”。

“Exp/Cntr”：代表斷面的擴(kuò)散系數(shù)、收縮系數(shù)，默認(rèn)取“0.3,0.1”。

3.結(jié)語

測量專業(yè)一般會提供文本格式的橫斷面測量數(shù)據(jù)文件，Visual C#、VB、Python等常見編程語言均可方便的讀取，根據(jù)前述幾何數(shù)據(jù)文件格式解析內(nèi)容，使用基本的字符串處理函數(shù)即可將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為HECRAS能直接打開使用的幾何數(shù)據(jù)文件格式，實(shí)現(xiàn)快速建模。

需要注意的是，筆者在實(shí)際工作當(dāng)中經(jīng)常遇到測量專業(yè)提供的數(shù)據(jù)文件存在斷面樁號格式不正確的問題，如“3+008”“3+086”“5+000”經(jīng)常錯寫為“3+8”“3+86”“5+0”等，編程中需要加入樁號預(yù)處理檢驗(yàn)和修正功能，防止橫斷面按上下游排序時出現(xiàn)順序錯亂現(xiàn)象。