Összefoglalás

A házi feladat célja, hogy egy 1D folyómodellt kis- és nagyvízi vizsgálatokra kalibráljanak és igazoljanak. A feladat önálló megoldása során megismerik egy tipikus 1D folyómodell felépítését, a kalibráció és az igazolás folyamatát, és ennek során szembesülnek a modelleredmények hibájával is. A megoldáshoz a HEC-RAS szoftvert használják, amely az egyik legismertebb és ráadásul ingyenes 1D-2D hidraulikai modell.

Kiindulásként megkapják a folyószakasz felépített geometriai modelljét. A feladat a Manning-féle érdességek kalibrációja, igazolása és érzékenységvizsgálat elvégzése a legfontosabb modellparaméterekre.

A modellezési feladathoz szükséges vízrajzi adatokat (mért vízhozamok, ellenőrző vízszintek) egy Excel táblázatban adjuk közre. Az adatokat személyre szabottan (Neptun kód alapján) adjuk meg.

A vizsgált folyószakasz ismertetése

A modellezés tárgya egy kaliforniai folyó, a Tuolumne alsó 25 km-es szakasza, közvetlenül a San Joaquin folyóba való betorkollása előtt. A modell tartalmazza még a Dry Creek patakot is, amely a Tuolumne folyóba annak 14,5 fkm-énél csatlakozik be. Ez a folyószakasz áthalad a 200 ezer lakosú Modesto városon, ahol az ártérre települt városrészek, üzemek és az egyéb infrastruktúra ezáltal ki van téve a folyó árvizeinek.

Töltsék le a folyó HEC-RAS formátumú geometriai modelljét! A HEC-RAS programban hozzanak létre egy új, üres projektet, nyissák meg a geometria-szerkesztő ablakot és importálják a letöltött fájlt (HEC-RAS formátumú geometriaként).

A kalibrálásnál a következő stratégiát követjük:

1. Elsőként a meder érdességét kalibráljuk egy középvízi, állandósult állapot felszíngörbéjének illesztésével. Ezt a mederérdességet tekintjük érvényesnek a vízjáték teljes tartományában.
   
   
2. Ezután egy nagyvízi árhullám tetőző vízszintjeit illesztve kalibráljuk a hullámtér érdességét.

A vízmozgás mindkét esetben áramló, amit a numerikus megoldó és a peremfeltételek beállításainál ki is használunk.

A mederérdesség kalibrálása

A hullámtér érdessége közepes és kisvízi állapotban nem érvényesül, ezért a modellt kizárólag a meder érdességét változtatva illesszék!

Peremfeltételek

A két felső ág befolyási szelvényében a permanens vízhozamot adjuk meg. A kifolyási szelvényben peremfeltételként a megadott eséshez tartozó normálmélységet írjuk elő. Ez utóbbi azzal a közelítéssel egyenértékű, hogy a meder a kifolyási szelvény alatt elég hosszú szakaszon prizmatikusan folytatódik.

Ellenőrző vízszintek

Két értékes jegyre kell meghatározni n_meder értékét, amelynél minimális lesz az átlagos eltérés a modellezett és a táblázatban megadott, mért vízszintek között. A vízszintek személyenként különbözők.

Hullámtér érdességének kalibrálása

A hullámtér érdességét értelemszerűen nagyvízi adatokkal tudjuk kalibrálni. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy az előzőleg megállapított mederérdesség nagyvízi hozamok esetén is érvényes marad. A hullámtér érdességét egyenletesnek tekintjük. Egy szélsőséges árhullám levonulását szimuláljuk és a modellt az észlelt tetőző vízszintekre illesztjük.

Peremfeltételek

Nempermanens futtatáshoz peremfeltételként árhullámképet adunk meg: a felvízi határszelvényekben vízhozam-idősort, a kifolyási szelvényben pedig vízszint-idősort. Észlelés naponta kétszer reggel és este 7 órakor történik, a magasabb védelmi fokozatoknál ennél sűrűbben. Mindkét felső ágon levonul egy árhullám, a tetőzésük nem esik egybe.

Ellenőrző vízszintek

Megint csak személyenként változik, hogy az öt mérceállomáson milyen tetőző vízszinteket rögzítettek. A folyó a hossza mentén nem egyidőben tetőzött, ezért a mért szinteket a modellezett vízszintek maximumaival kell összehasonlítani.

Érzékenységvizsgálat

A kalibrációs árhullám segítségével vizsgálják meg a modell érzékenységét a legfontosabb modellparaméterekre, azok értékének 10% ill. 20%-os megzavarásával. A legfontosabb paraméterek:
·         meder érdessége,
·         hullámtér érdessége,
·         befolyó vízhozam,
·         kifolyási vízszint (itt a p%-ot úgy kell értelmezni, hogy a kifolyó vízhozam változik ennyivel és a vízszint a Q-z görbéből következik)
Az érzékenységvizsgálat elemzésekor képezzék a felszíngörbék különbségét, és azt ábrázolják hossz-szelvényen.

A modell igazolása

Független adatsorral kell igazolni, hogy a kalibrált modell általánosan is elég pontos eredményt ad. A korábban meghatározott érdességeken már ne változtassanak és egy másik, az előzőnél kisebb árhullámmal ellenőrizzék a modell pontosságát!

Ez a futtatás is nempermanens. A peremfeltételeket a nagyvízi kalibrációs futtatáshoz hasonlóan adják meg!