¿HEC en el proyecto de tratamiento de la sección Nanying de Xingzhouhe Road?

Con la aceleración del proceso de modernización, la gente presta cada vez más atención al medio ambiente y la gestión de los ríos ha comenzado a desarrollarse más cerca de la naturaleza. Para comprender de manera más efectiva y rápida el impacto de las medidas de ingeniería en la elevación del nivel del agua durante el proceso de gestión ecológica del río, el impacto de factores como la vegetación de la ribera, las condiciones del lecho del río y la estructura transversal antes y después de la gestión del río en el agua. flujo, así como la configuración de la vegetación del río bajo diferentes condiciones de nivel de agua. Tomamos como ejemplo la sección Nanying de Xingzhou River Road en el condado de Luanping. Nos referimos a la fórmula de cálculo de la línea de superficie del agua y utilizamos el software HEC-RAS para analizar y Calculamos la línea de la superficie del agua de esta sección del río antes y después del tratamiento. Luego, en función de la rugosidad de diferentes partes del fondo del río antes y después del tratamiento, utilizamos la diferencia en los coeficientes y los cambios en el nivel del agua en cada sección. analizar el efecto de la gestión de los ríos, con el fin de proporcionar una referencia de diseño para futuros proyectos de gestión ecológica de ríos similares.

1. Introducción a las funciones del software

HEC-RAS es un software de análisis de ríos desarrollado por el Centro Americano de Investigaciones Hidrológicas. En realidad es un modelo hidráulico unidimensional de flujo constante o inestable. Flujo Se utiliza principalmente para el análisis del flujo de ríos y la determinación del área de llanuras aluviales. El sistema consta principalmente de una interfaz de usuario de cartas, un dispositivo de gestión de memoria de datos, herramientas de análisis hidrológico y equipos de salida. Los resultados obtenidos del modelo se pueden utilizar para la gestión de áreas inundables y la investigación y análisis de seguridad contra inundaciones, así como para evaluar el alcance y el nivel de peligro del área inundada [1]. El software HEC-RAS se ha utilizado ampliamente en la estimación de la superficie del agua de los ríos en el extranjero [2]. Por ejemplo, al llevar a cabo la regulación de los ríos, es necesario analizar y considerar el impacto de factores como la altura de los remansos de los ríos, los cambios en la velocidad del flujo y la erosión de puentes y alcantarillas en el suministro de agua del río [1]. Actualmente existen muchos métodos para derivar la línea de la superficie del agua. Al calcular el nivel del agua de ríos naturales en zonas montañosas, si el nivel del agua tiene un mayor impacto en el proyecto, es más apropiado utilizar HEC-RAS para el cálculo [3]. Algunos académicos utilizan HEC-RAS para el cálculo de la línea de la superficie del agua en proyectos de planificación de control de inundaciones para juzgar intuitivamente la capacidad de control de inundaciones del canal del río actual [4].

2. Descripción general del proyecto

El proyecto de tratamiento de la sección Nanying de Xingzhou River Road está ubicado en el río Xingzhou, un afluente de primer nivel del río Luan en el condado de Luanping, ciudad de Chengde, Provincia de Hebei. El alcance del área del proyecto es el lado noroeste de Nanying Village, Datun Township Road, condado de Luanping (el cruce de los condados de Luanping y Fengning), con una longitud de 3,41 km. Involucra a una aldea administrativa, Nanying Village, Datun Township Road. El río Xingzhou controlado por este proyecto es un canal fluvial natural con un ancho de apertura de 85 a 130 m. Actualmente, no hay proyectos de conservación de agua a gran escala en la sección controlada por este proyecto. En las últimas décadas, a excepción de una pequeña cantidad de terraplenes de piedra de mortero implementados en ambos lados de los tramos inferiores del área del proyecto Siglo XXI, el área del proyecto actualmente solo tiene terraplenes de piedra seca construidos voluntariamente por la población local. Sus estándares de defensa son bajos. , su estabilidad es escasa y están en mal estado debido al tiempo, la mayoría de los cuales han sido destruidos. El contenido de la gestión del proyecto incluye dragado de ríos, construcción de descensos de agua, presas de terraplén y protección de bancos ecológicos, reverdecimiento de riberas de ríos, ingeniería de humedales, etc. El objetivo de gestión es hacer que el río gestionado por el proyecto cumpla con los estándares de control de inundaciones, mejore la calidad del agua y embellezca el entorno circundante mediante un tratamiento de ingeniería.

3.Condiciones de cálculo

3.1.Caudal de diseño En principio, esta gestión del proyecto no cambiará la dirección actual del río. coherente con la línea central del cauce del río existente. Hay aberturas en el cauce del río existente. Básicamente sin cambios. Con base en datos históricos de inundaciones, se utilizó el método de análisis de frecuencia para calcular la inundación de diseño de la Estación Hidrológica de Porono y el método de analogía hidrológica para calcular el flujo máximo de diseño de este proyecto. Finalmente, el flujo máximo del río Xingzhou en. Se obtuvieron diferentes periodos de retorno (Tabla 1). El estándar de diseño para la sección del río donde se ubica el proyecto es que las inundaciones que ocurren una vez cada 10 años no desbordarán los terraplenes y el nivel de agua normal de diseño ocurrirá una vez cada 5 años.

3.2.Selección del valor de rugosidad del río. La rugosidad del río es un coeficiente integral que refleja la resistencia del río [2], y también es un valor característico que mide la pérdida de energía del río. La rugosidad del canal del río es el producto de la interacción entre el flujo de agua y los canales del río. Los factores que afectan la rugosidad del canal del río incluyen aspectos tanto del canal del río como del flujo de agua. Por ejemplo, la basura semidescompuesta y no descompuesta en el canal del río puede aumentar directamente la rugosidad del canal del río y reducir la velocidad de escorrentía [5]. La forma, el crecimiento, la densidad, la altura y la altura de las plantas en la orilla del río, así como los factores de flujo como el caudal y la profundidad del agua [6] pueden afectar la rugosidad del canal del río. La rugosidad de los canales naturales de los ríos generalmente debe inferirse basándose en los datos medidos del nivel del agua y el flujo, o la rugosidad puede inferirse basándose en la línea de la superficie del agua medida o en los rastros de agua del estudio de inundaciones [2].

Hay un flujo constante de agua en el cauce del río. El lecho del río está compuesto principalmente de arena fina y grava. Hay escasas plantas acuáticas en el fondo del río. Las orillas a ambos lados son de arena y rocas. compuesto de guijarros y rocas, con escasas malezas y arbustos que crecen en algunas partes. El agua fluye a través de estas plantas a menor velocidad. Después de una consideración exhaustiva, se seleccionó el valor de rugosidad del canal del río como 0,022 5, y el valor de rugosidad de la playa y el canal del río se seleccionó como 0,05. La determinación del nivel de agua de empuje se calculó utilizando el HEC-. Programa de cálculo del sistema de análisis de ríos RAS del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. Según la constante segmentada no lineal. La línea de la superficie del agua se calcula mediante inferencia de flujo uniforme, con una sección transversal cada 100 m. El nivel inicial del agua adopta el nivel normal del agua entre 1 y 2 km aguas abajo de la estación final del proyecto número K4+200. La pendiente longitudinal del cauce del río se redujo al 1,99‰. 3.4 Cálculo de la línea de la superficie del agua. Este programa de cálculo del sistema de análisis del río HEC-RAS utiliza una suma segmentada para calcular la línea de la superficie del agua: donde: z1 es la elevación del nivel del agua de la sección aguas arriba, m2 es el agua. elevación del nivel de la sección aguas abajo, m. ;hj es la pérdida de carga a lo largo del proceso, m; hf es la pérdida de carga local, m1 es la velocidad promedio del flujo de la sección aguas arriba, m/s; velocidad de la sección aguas abajo, m/s; g es 9,8, m3/s; a1 y a2 son ambos coeficientes de corrección de energía cinética. La fórmula de cálculo de la pérdida de carga local es la siguiente: ζ representa el coeficiente de pérdida de carga local y los demás símbolos tienen el mismo significado que el anterior.

4. Análisis de resultados

4.1. Resultados del cálculo del nivel de agua del río HEC-RAS De acuerdo con los resultados del cálculo del nivel de agua (ver Tabla 2 y Tabla 3), antes del tratamiento, el río. el nivel del agua es una vez cada 10 años. La velocidad del flujo de la inundación es de 1,47 ~ 7,07 m/s, y la profundidad promedio del agua es de aproximadamente 2,88 m; la velocidad del flujo de la inundación de 20 años es de 1,78 ~ 8,01 m/s. y la profundidad media del agua es de unos 3,27 m. Después del tratamiento (valor de diseño, el mismo a continuación), la velocidad del flujo de la inundación de 10 años del río es de 1,62 ~ 6,87 m/s, y la profundidad promedio del agua es de aproximadamente 3,18 m; la velocidad del flujo de la inundación de 20 años del río es; 1,87~8,01 m/s, con una profundidad promedio del agua de aproximadamente 3,67 m. Después del tratamiento, el nivel del agua del río bajo los estándares correspondientes se redujo y la profundidad del agua del río era mayor que antes del tratamiento. La razón puede ser que la elevación del fondo del río disminuyó después de que se dragó el río. Además, de acuerdo con la Figura 1 y las Tablas 2 y 3, se puede encontrar que después del tratamiento, la velocidad del flujo de agua bajo el estándar de retorno de 10 años es más consistente con la velocidad anterior al tratamiento (la velocidad promedio del flujo antes del tratamiento era 4,55 ± 1,40 m/s, y después del tratamiento es 4,65±1,28 m/s), y la velocidad de flujo máxima de 6,87 m/s también es menor que la de 7,07 m/s antes del tratamiento. Figura 1 Comparación de la velocidad promedio del flujo antes y después del tratamiento del río una vez cada 10 años y una vez cada 20 años

4.2. Se utiliza el software HEC-RAS para simular los cambios del nivel del agua. antes y después del tratamiento del río, que puede proporcionar planes de gestión del río Proporcionar una base de referencia para la formulación y las decisiones posteriores de gestión del río. Las Figuras 2 a 4 muestran que antes del tratamiento, a medida que cambiaba la pendiente longitudinal del fondo del río, la profundidad del agua fluctuaba de mayor a menor, la línea de la superficie del agua cambiaba de manera desigual y el caudal de agua cambiaba drásticamente. En comparación con antes del tratamiento, la línea de la superficie del agua después del tratamiento es más suave y la profundidad del agua cambia suavemente. En la condición de una inundación de 20 años, la profundidad promedio del agua antes del tratamiento fue de 3,30 m y la profundidad promedio del agua después del tratamiento fue de 3,67 m. La profundidad máxima del agua después del tratamiento (5,57 m) fue 0,39 m menor que la profundidad máxima del agua. antes del tratamiento (5,96 m). Tabla 2 Resultados de la revisión de la línea de agua antes del tratamiento del tramo Nanying de Xingzhou River Road

Tabla 3 Resultados de la línea de agua después del tratamiento de diseño (valor de diseño) del tramo Nanying de Xingzhou River Road

4.3 La configuración de plantas fluviales bajo diferentes condiciones de nivel de agua se calcula a través de la línea de agua de río HEC-RAS, que puede proporcionar una referencia de diseño para la combinación de plantas bajo diferentes condiciones de nivel de agua durante el proceso de gestión del río. A diferentes profundidades del agua, la configuración de la comunidad vegetal será diferente.

Por ejemplo, el sauce llorón (Salix babylonica), el melocotón de montaña (Amygdalus davidiana), la cebolla de agua (Scirpus validus), etc. se encuentran por encima del nivel normal del agua y constituyen una comunidad de plantas ribereñas de loto (Nelumbo nucifera) e iris (Iris tectorum); ) son comunes en áreas con una profundidad de agua de 0,3 a 0,9 m), Nymphoides peltatum, Phragmites australis y otras comunidades de plantas emergentes, de hojas flotantes y sumergidas en áreas de aguas poco profundas, Potamogeton distintivo, Hydrilla verticillata, Lenteja de agua (Lemna minor), Nymphaeum. y otras plantas sumergidas y comunidades de plantas flotantes en áreas de aguas profundas [7]. Las diferentes configuraciones de las plantas acuáticas en diferentes condiciones de profundidad del agua son el resultado de una adaptación a largo plazo entre las plantas acuáticas y la naturaleza. La adaptabilidad de las plantas emergentes a la profundidad del agua generalmente está relacionada con la altura de su planta. Las plantas altas tienen una mayor capacidad para adaptarse a la profundidad del agua, como los juncos, Cyperus alternifolius, etc. Los estudios han demostrado que cuanto más sumergidos están los rizomas de las plantas emergentes, mayor es el estrés de la profundidad del agua y menor es la tasa de crecimiento de los rizomas de las plantas acuáticas [9]. Los esquejes de Lythrum salicaria son adecuados para crecer en un ambiente de agua poco profunda de 0 a 10 cm. La profundidad de agua óptima es de 10 cm. El crecimiento se inhibe obviamente bajo un gradiente de profundidad de agua de 20 cm. Los esquejes de salicaria son adecuados para el crecimiento. Ni las plántulas ni las plántulas pueden sobrevivir [10]. A través de experimentos, algunas personas han descubierto que la profundidad de agua óptima para el crecimiento de Zizania caduciflora y Typha orientalis es de 30 cm, la de las cebollas de agua es de 0 cm y que Acorus calamus es adecuada en profundidades de agua de 0 a 30 cm. 9]. Por lo tanto, según los resultados de la línea de agua del río deducida por HEC-RAS en diferentes condiciones, se recomienda que se configuren diferentes comunidades de plantas acuáticas en diferentes áreas de profundidad de agua por debajo del nivel normal del agua durante el proceso de gestión del río. El nivel normal del agua se puede plantar adecuadamente con arbustos resistentes al agua y algunas plantas acuáticas se pueden plantar esporádicamente en las orillas de los ríos.

5. Conclusiones y sugerencias

Antes del tratamiento, la sedimentación local del tramo Nanying de Xingzhou River Road era grave y se producirían inundaciones en la mayoría de los tramos del río; La creación de represas de dique y medidas de protección de los bancos ecológicos y, al mismo tiempo, la construcción de proyectos de restauración de humedales, reverdecimiento de las riberas de los ríos y otros proyectos pueden lograr buenos resultados en la gestión ecológica de los ríos. Los resultados del cálculo de la línea de la superficie del agua utilizando el software HEC-RAS muestran que antes del tratamiento, a medida que cambia la pendiente longitudinal del fondo del río, la profundidad del agua aumenta y disminuye, la línea de la superficie del agua cambia de manera inestable y el caudal de agua cambia bruscamente en comparación; con antes del tratamiento, después del tratamiento La línea de la superficie del agua es más plana y la profundidad del agua cambia suavemente. Después de adoptar medidas como el dragado de ríos y la protección de los bancos ecológicos para la gestión ecológica de los ríos, la amenaza de inundaciones en ambos lados del río se puede prevenir o mitigar bajo la condición de que se produzca una inundación cada 10 años. En la selección y configuración de plantas frente al mar durante el proceso de gestión del río, se recomienda hacer referencia a los resultados de la línea de agua del río derivados de HEC-RAS en diferentes condiciones, para plantar diferentes comunidades de plantas acuáticas en diferentes áreas de profundidad de agua por debajo de lo normal. nivel del agua, como plantar en áreas con una profundidad de agua de menos de 30 cm. Se plantan iris, juncos, berros, etc. en áreas con una profundidad de agua de 30 ~ 90 cm en el área de la llanura aluvial por encima del nivel normal del agua. Se deben plantar adecuadamente arbustos y algunas plantas anfibias que toleran el agua y la humedad, como cebollas de agua, filodendros, ligustrum (Ligustrum lucidum), etc., cerca del río. Los árboles comunes frente al mar, como los sauces llorones, se plantan esporádicamente en la orilla. .

Creo que después de la introducción anterior, todos tienen una cierta comprensión del análisis de la aplicación del software HEC-RAS en el proyecto de tratamiento de la sección Nanying de Xingzhou River Road. Bienvenido a iniciar sesión en Zhongda Consulting para obtener más información relevante.

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