M.M.Portela (2017/2018) ----- 441 M.M.Portela (2017/2018) ----- 442

M.M.Portela (2017/2018) ----- 443

HEC RAS – Aplicação ao estabelecimento da configuração da superfície livre em regime permanente gradualmente variado.(one dimensional steady and unsteady flow river hydraulics calculations)

Regime permanente

Gradualmente variado

Escoamento unidimensional

M.M.Portela (2017/2018) ----- 444

Equação da energia em regime permanente gradualmente variado (determinação da configuração da superfície livre)

Energy equation for the gradually varied steady flow

e

211

1

222

2

e

211

11

222

22

hg2

vαWS

g2

vαWS

hg2

vαzY

g2

vαZY

++++++++====++++

++++++++++++====++++++++

M.M.Portela (2017/2018) ----- 445

HEC RAS – Perdas de carga contínuas e localizadas (continuous losses or friction slope and contraction and expansion losses):

2/1f

3/22/1f

3/2 SRSn

1SRSkQ ========

Manning-Strickler equation – friction slope

M.M.Portela (2017/2018) ----- 446

M.M.Portela (2017/2018) ----- 447

Left overbank

Right overbank

Channel: thesmallest

elevations(talvegue)

LROB

LLOB

LCH

M.M.Portela (2017/2018) ----- 448

Perdas de carga localizadas associadas a estrangulamentos ou alargamentosLocal head losses due to gradual contractions and expansions

Coeficientes de contracção e de expansão em regime lento(em regime rápido esperam-se coeficientes menores - 0.05 e 0.1 valores típicos).

(Contraction and

expansion coeficients

for subcritical flow; for

superctitical flow are

smaller, typically 0.05

and 0.1)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 449

Cálculo da perda de carga contínua baseado na hipótese de regime

uniforme tangente com recurso à fórmula de Manning-Strickler

Q = 1/n A R2/3 Sf1/2 Capacidade de transporte (na

terminologia do programa, K,

conveyance)

HEC RAS – perda de carga contínua/ friction slope

Secções compostas (section subdivision)

(The breaking points are definied by

different values of n)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 450

Q = 1/n A R2/3 Sf1/2

Secções mistas (fórmula de Einstein em termos de n)

(Composite Manning’s coefficient)

HEC RAS – perda de carga contínua/ friction slope

M.M.Portela (2017/2018) ----- 451

Tabelas de valores do

coeficiente n da

fórmula de Manning-

-Strickler para cursos

de água naturais e

planícies/leitos de

cheia adjacentes.

HEC RAS – perda de carga contínua/

/friction slope

M.M.Portela (2017/2018) ----- 452

Perda de carga contínua: em

que K é capacidade de

transporte (conveyance)

(K = 1/n A R2/3)

Sf = (Q / K) 2

Perda de carga

contínua média num

trecho de canal

(por

omissão)

(por

omissão)

HEC RAS perda de carga contínua

(averaging the friction slope in a reach)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 453

PANORAMA GERAL

DO PROGRAMA

(General overview of the program)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 454

HEC RAS – Estabelecimento da

Configuração da superfície livre em regime permanente gradualmente variado/

/free water surface profile for one dimensional stead and gradually varied flow

PROJETO – Conjunto de ficheiros de dados associados ao sistema

fluvial objeto de modelação.

Pode conter diferentes Planos (plan data), cada um respeitante a um conjunto específico de dados geométricos relativos à rede de

drenagem e de dados referentes ao escoamento objeto de modelação.

ECRÃ PRINCIPAL

M.M.Portela (2017/2018) ----- 455

Botões do ecrã

principal

More relevant

options ofthe mainscreen

M.M.Portela (2017/2018) ----- 456

Ícones do ecrã

principal

More relevant icons of the main screen

M.M.Portela (2017/2018) ----- 457

Etapas principais para criar um novo projeto (steps do create a

new project): Início do novo projeto (starting a new project) Introdução dos dados geométricos (geometric data). Introdução dos dados de escoamento e das condições de

fronteira (discharge data and boundary condtions). Execução dos cálculos hidráulicos (hydraulic compuations – run). Edição (visualização) e impressão de resultados (results).

Início do novo

projecto

File. New project

O nome do projeto tem de ter a extensão prj/the project name must be .prj

Sistema de unidades//unit system

M.M.Portela (2017/2018) ----- 458

Dados geométricos/geometric data (Menu Edit; Geometric data)

Ecrã de introdução dos dados geométricos: esquematização da rede;

perfis transversais e longitudinais e eventuais estruturas hidráulicas (pontes, diques, ..)

(Seleção dos ícones, arrastamento e atribuição

de designações aos trechos de canal e às respetivas junções).

M.M.Portela (2017/2018) ----- 459

Ecrã de definição dos perfis transversais e de outros dados geométricos: uma vez esquematizada a rede objeto de modelação, definição

dos perfis transversais e de outros dados intrínsecos da geometria que suporta o

escoamento.

Editor de definição dos perfis

transversais

Ícone Cross section

ou na opção Edit

Dados geométricos/geometric data (Menu Edit; Geometric data)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 460

Localização do perfil transversal: pode não corresponder a uma distância real mas tem

ser um campo numérico que servirá para posicionar o perfil transversal.

Ao longo de um trecho de canal os perfis são ordenados de montante (valor máximo)

para jusante (valor mínimo).

Localização do perfil transversal: pode não corresponder a uma distância real mas tem

ser um campo numérico que servirá para posicionar o perfil transversal.

Ao longo de um trecho de canal os perfis são ordenados de montante (valor máximo)

para jusante (valor mínimo).

Station = distânciaElevation = cota

… da margem esquerda

para a margem direita.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 461

Ecrã de introdução dos dados de escoamento e das condições de fronteira

River station

CaudaisCaudais

M.M.Portela (2017/2018) ----- 462

Execução dos cálculos hidráulicos.Pode compreender três tipos de cálculos: escoamentos permanentes,

escoamentos misto (...) e conceção de algumas estruturas hidráulicas com escoamento rapidamente variado

Plano, compreendendo os dados geométricos e do escoamento para os quais se pretende o cálculo.

Ecrã referente ao cálculo em

regime permanente

M.M.Portela (2017/2018) ----- 463

Visualização e impressão de resultados

Perfis transversais

Perfis longitudinais

M.M.Portela (2017/2018) ----- 464

Perspetiva do

trecho de canal e

da configuração da

superfície livre

Visualização e impressão de resultados

M.M.Portela (2017/2018) ----- 465

Tabelas de

resultados

relativos a

cada perfil

transversal

Visualização e impressão de resultados

M.M.Portela (2017/2018) ----- 466

Tabelas de resultados para um conjunto de perfis

transversais

Visualização e impressão de resultados

M.M.Portela (2017/2018) ----- 467

SEQUÊNCIAS DE PROCEDIMENTOS

(possible sequence of “comands”)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 468

Novo

projeto/

/new

project

Início do programa/starting the program

M.M.Portela (2017/2018) ----- 469

Sistema de unidades/unit system

Descrição projeto/text notesM.M.Portela (2017/2018) ----- 470

Introdução dos dados geométricos/definition of the

geometric data

M.M.Portela (2017/2018) ----- 471

Introdução dos

dados

geométricos

Geometric data

M.M.Portela (2017/2018) ----- 472

Botão do lado esquerdo;

desenho do rio, com

inflexões obtidas

pressionando

pontualmente o botão

Sketch of the river reach

(left button of the mouse;

press to create angles).

Botão do lado esquerdo;

desenho do rio, com

inflexões obtidas

pressionando

pontualmente o botão

Sketch of the river reach

(left button of the mouse;

press to create angles).

M.M.Portela (2017/2018) ----- 473

Uma vez desenhado ca-

da trecho, o programa

solicita as identificações

necessárias referentes ao

mesmo (nomes a atribuir

ao curso de água e ao

trecho)

After being created, the

river reaches must have a

name/identification

Uma vez desenhado ca-

da trecho, o programa

solicita as identificações

necessárias referentes ao

mesmo (nomes a atribuir

ao curso de água e ao

trecho)

After being created, the

river reaches must have a

name/identification

M.M.Portela (2017/2018) ----- 474

Perfis

transversais

Cross sections

M.M.Portela (2017/2018) ----- 475

Só após selecionar a opção Apply data os dados introduzidos

constituem um perfil transversal (não guarda, contudo, tais dados; a

operação de Save é efetuada no ecrã dos perfis transversais).

Atenção River Sta. … de montante para jusante, correspondendo o

maior número de ordem necessariamente ao perfil de montante

(podem ser distâncias reais ou apenas indicadores numéricos).M.M.Portela (2017/2018) ----- 476

As secções são “tradicionalmente” orientadas considerando que o primeiro

ponto cotado se localiza na margem esquerda

Traditionally, the cross sections are defined from the left to the right river bank

… da

margem

esquerda

para a

margem

direita.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 477

Os perfis transversais podem ser obtidos por duplicação de perfis já desenhados, comajustamento das respetivas cotas (… adição ou subtração de um valor constante …) edistâncias (…adição ou subtração de um valor constante ou multiplicação por umcoeficiente, maior ou menor do que a unidade). Para tornar efetivo um perfil transversalé necessário selecionar a opção Apply data.

The cross-sections can be obtained by duplicating existing cross-sections and by adjusting

their coordinates (... adding or subtracting a constant value ...) or/and distances (... adding or

subtracting a constant value or multiplying by a coefficient, greater or less than 1). To make a

cross profile effective Apply data M.M.Portela (2017/2018) ----- 478

Ajustamento das distâncias entre pontos do perfil transversal obtido por duplicação de um perfil pré-existente

Adjustment of the distances between points of a cross section

obtained from another cross section

M.M.Portela (2017/2018) ----- 479

… Possibilidade de considerar que algumas zonas do perfil transversal são “inefetivas” para o escoamento (acumulam água mas não contribuem para o escoamento – se nada for especificado, o programa considera que toda a secção transversal a cotas inferiores à da superfície livre contribui

para o escoamento)

Areas of the cross section that contain water but that do not participate in the river discharge

- If nothing is said, all the area of the cross section below the water level will contribute to the river discharge.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 480

… Áreas de acumulação de água, com velocidade do

escoamento nula

Areas where there is only water

storage (nule velocity)

M.M.Portela (2017/2018) ----- 481

Seções contidas entre diques marginaisCross sections with lateral levees

M.M.Portela (2017/2018) ----- 482

Dados referentes a

junções

junctions

M.M.Portela (2017/2018) ----- 483

“Geometria” da rede, com

representação das secções para as

quais foram introduzidos perfis

transversais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 484

Operação de armazenamento

dos dados geométricos.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 485

Introdução dos dados relativos ao

escoamento

Discharge data

M.M.Portela (2017/2018) ----- 486

Número de configurações (Profiles) da superfície livre a estimarNumber of profiles to be considered = number of combined set of discharges to be studied.

Caudais correspon-dentes às três confi-gurações da super-fície livre conside-radas no cálculo

Set of discharges to be

considered in each

profile

Possibilidade de introduzir perfis transversais em que ocorrem alterações do caudal (não obstante não corresponderem a confluências)

River reaches with different discharges.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 487

Introdução das condições de fronteira

Boundary conditions

M.M.Portela (2017/2018) ----- 488

São mostradas as condições de fronteira “internas” e que não carecem de indicações adicionais (correspondentes, fundamentalmente, a confluências)

Along with external boundary conditions (that must be specified) there are internal

boundary conditions that are automatically assumed and that do not need additional data.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 489

Regime lento -condição de

fronteira na secção extrema de jusante

Subcritical regime –

boundary condition

required for the most

downstream section

of the river reach

Opções: cota conhecida;

altura crítica; altura uniforme; curva de vazão

Options: known

elevation, critical

depth, normal

depth or rating

curveM.M.Portela (2017/2018) ----- 490

Optando-se por altura uniforme é necessário fornecer o declive do

curso de água no trecho que

compreende a secção terminal

For normal depth it isnecessary to specify the

bed river slope

J=i

Q = 1/n S R2/3 i1/2

M.M.Portela (2017/2018) ----- 491

Armazenar/guardar os dados de

escoamento

Save flow data

M.M.Portela (2017/2018) ----- 492

Execução dos cálculos hidráulicos – steady flow analysis

SUBCRITICAL -

regime lento

SUPERCRITICAL -

regime rápido

M.M.Portela (2017/2018) ----- 493

Especificação do Plano,

correspondente à associação de a uma

geometria com os dados dos

escoamento

M.M.Portela (2017/2018) ----- 494

Especificação do regime do escoamento – specificatin of the flow regime

SUBCRITICAL - regime lento SUPERCRITICAL - regime rápido

M.M.Portela (2017/2018) ----- 495

Armazenar/guardar o “Plano”

Cálculo hidráulico

M.M.Portela (2017/2018) ----- 496

Visualização dos resultados

Opções:

• Representação gráfica dos perfis transversais.

• Representação gráfica dos perfis longitudinais.

• Representações gráficas tridimensionais.

• Tabelas por perfil transversal ou para o conjunto dos

perfis transversais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 497

Representação gráfica dos perfis

transversais

M.M.Portela (2017/2018) ----- 498

Configurações para os diferentes

caudais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 499

Representação gráfica

dos perfis longitudinais

M.M.Portela (2017/2018) ----- 500

Representações gráficas

tridimensionais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 501

Tabelas por perfil

transversal ou para o

conjunto dos perfis

transversais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 502

Capacidades adicionais relevantes

Modelação do escoamento em aquedutos

Modelação do

escoamento em

pontes

M.M.Portela (2017/2018) ----- 503

Modelação do escoamento em descarregadores frontais, com ou sem

comportas, e em descarregadores laterais.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 504

Low flow computations … pressure flow computations …… weir flow computations

Perfis (1 e 4 na zona

imperturbada do escoamento)

… havendo pontes

M.M.Portela (2017/2018) ----- 505

River Sta. – indicador da posição relativa da ponte, tendo em conta os valores de River Sta. atribuídos

aos sucessivos perfis – não coincide com um perfil efectivo.

“adiciona” uma ponte

M.M.Portela (2017/2018) ----- 506

Geometria e localização do tabuleiro

M.M.Portela (2017/2018) ----- 507

Operação de armazenamento

dos dados geométricos.

M.M.Portela (2017/2018) ----- 508

Aplicação do programa HEC-RAS ao estabelecimento da configuração da

superfície livre num canal natural

Na página da unidade curricular são fornecidos os perfis transversais de um

trecho do rio Tejo cuja secção extrema de jusante (perfil P20) é sensivelmente

coincidente com a estação hidrométrica de Almourol. São também fornecidas as

distâncias entre tais perfis e são identificados as cotas dos pontos dos mesmo

correspondentes às margens do curso de água e entre os quais foram medidas

aquelas distâncias.

a) Tendo por base os caudais instantâneos máximos anuais disponíveis no

SNIRH para a estação hidrométrica de Almourol, estima o caudal máximo anual

com o período de retorno, T, de 50 anos. Para tanto, considere a aplicação da lei

de Pearson III. A partir de 26.12.1989 calcule os caudais instantâneos máximos

anuais com base nos registos de alturas hidrométricas instantâneas máximas

anuais e nas correspondentes curvas de vazão..

b) Para o caudal que obteve na alínea anterior estime a configuração da

superfície livre no trecho em causa do rio Tejo. Adote o valor de K= 25 m1/3 s-1

para o coeficiente da equação de Manning Strickler, bem como a última equação

apresentada no SNIRH para a curva de vazão na estação hidrométrica.

Considere que o zero da escala se encontra à cota 12.25 (zero a partir de

01.01.1997).

M.M.Portela (2017/2018) ----- 509

Application of the HEC-RAS program to the establishment of the water surface

profile in a natural river reach

Consider the reach of Tejo River defined by the 20 cross sections provided in the

excel file made available at webpage of the course. The most downstream

section of the reach coincides with the stream gage station of Almourol (cross

section P20).

Besides the cross sections, the information provided includes the coordinates of

the points that define the left and the right overbanks, as well as the distances

between cross sections, measured based on those points.

a) By using the annual maximum instantaneous discharge at Almourol river gage

station, apply the Pearson III law to compute the 50-years’ peak flood discharge.

From 26.11.1989 on compute the annual maximum instantaneous discharges

based on the records of annual maximum instantaneous depths measured in

scale of the river gage and on the applicable rating curve.

b) Compute the water surface profile for the previous design discharge. Consider

the value fo K = 25 m1 / 3 s-1 for the coefficient of the Manning Strickler equation

and the last equation presented in the SNIRH for the rating curve. The zero of the

scale is at elevation 12.25 (applicable since 01.01.1997).

M.M.Portela (2017/2018) ----- 510

M.M.Portela (2017/2018) ----- 511