Гидравлика & BIM

Интересное короткое чтиво про сравнение трехмерного нестационарного моделирования течения со свободной границей, возникающего после прорыва плотины на уравнениях мелкой воды и Навье-Стокса.
PS. На мой взгляд SWE справилась отлично с учетом своих допущений и ограничений. 😳

Почти идеальная дифракция волн на острие волнореза

Вчерашний диалог в чятике решил мне напомнить про старенькую заметку о настройке солвера в Hec-Ras :

Общие рекомендации по настройке солвера от меня такие:
1. Определитесь, что вам нужно уточнить: общую картину всего потока, или под лупой рассмотреть локальные флуктуации потока. На одной чаше весов у вас будет общая ошибка по объему: сколько втекло и сколько вытекло и аккумулировалось. На другой чаше весов: уточненная геометрия гидравлических прыжков, водосливов и прочих эффектов. Чем меньше ошибка по объему, тем скорее всего будет более диффузионная картинка и наоборот: на хороших моделях гидравлических прыжков первичные ошибки по объему могут достигать 100%. На моделях затопления пойм нет смысла ловить локальные волны, но на моделях гидротехнических сооружений лучше пожертвовать балансом "втекло-вытекло" в пользу уточнения эпюр скоростей и глубин.

https://dzen.ru/a/ZHz2KonH2xParULE

Паводочная петля ч.2
Данную записку читать вкупе с "Паводочная петля ч.1" Связь ширины петли с дополнительными уклонами. Используем параметр r. Основную мысль выделил красным.

Источник: М.С. Грушевский "Неустановившееся течение в реках и каналах" 1982.
#блокнот #библиотека #Грушевский

#блокнот Типы неньютоновских сред в Hec-Ras (DebrisLib).
Читать тут (vpn).

https://dzen.ru/video/watch/6736544c6ea78e24cb773c7f?share_to=link
Ну, погнали! С одной стороны я в селях полный ноль (нет ни опыта, ни матчасти). С другой стороны: в реологическом подходе вроде бы то-же гидродинамика, только с удобрениями. А значит есть шанс разобраться. 😂

Моделирование селей в Hec-Ras.
По запросам трудящихся -> анимация процесса.
В модели мы видим
а) попадание осадков (по кривой редукции) на рельеф.
б) программа увеличивает объем жидкой среды на объемную концентрацию твердой фазы. В нашем случае Cv=50% (т.е. объем увеличивается вдвое).
в) течет неньютоновская жижа модели Bingham. Динамическая вязкость 10 Па*с. Ys =500 Па. #example

Цитата от разрабов: Ys предел текучести управляет одним из важнейших процессов в грязевых и обломочных потоках, который ньютоновские модели не могут моделировать: вытекание. Вода будет течь вниз по склону бесконечно. Даже если поток ослабевает и уклон уменьшается, пока поток имеет некоторый уклон или импульс, он будет оставаться в движении. Грязевые и обломочные потоки могут остановиться даже на относительно крутом склоне. По мере уменьшения движущих сил сила взаимодействия частиц может превысить напряжение склона и импульс жидкости, заставляя ее остановиться или «вытечь»

редукция волны Формула Крицкого-Менкеля редукции Qmax паводка в призматическом русле.
также как и формулу из ВСН 63-76 (редукция Q по логу) можно использовать для поиска места установления квазистационарного режима. Этот подход помогает определить место для адекватной установки граничного условия вылива.

Источник: М.С, Грушевский "Неустановившееся движение воды в реках и каналах" 1982.
#блокнот #библиотека #Грушевский

Время поверхностн концентрации.
Напомню, какие методы известны мне для расчета скоростей склонового стока:TR55, Kerby-Kirpich, ВСН 63-76, СП121.13330, СП.425.1325800
В книге М,С, Грушевского "Неустановившееся движение воды в реках" тоже оказалась ценная информация на этот счет.
Так как я занимаюсь ненарушенными природными водосборами, то мой опыт можно собрать в следующие тезисы:
а) Тонкий слой склонового стока в верховьях водосбора. V ~0.03-0.05 м/с. Длина таких потоков не более 30м.
б) Слабоконцетрированные потоки по склону до проработанных русел. V ~0.5-1 м/с.
г) На больших водосборах тонкий слой перестает играть главенствующую роль. (F>5км2)
д) скорость потока зависит от шероховатости и уклона поверхности. Шероховатость в условиях малых глубин потока гораздо больше табличных значений.
е) шероховатость горных ручьев в жизни гораздо больше табличных значений. Несмотря на значительные уклоны, скорости потоков там остаются в адекватных пределах. Про это можно почитать тут.
#блокнот #библиотека #Грушевский

#блокнот Сели в Hec-Ras:
а) мы можем менять жидкую среду на неньютоновскую жидкость. Есть разные типы: от богатой на взвешенные в-ва воды, до "поток камней".
б) если наша гидрологическая "rain on grid" учитывает только потоки воды, то опция Bulk Fluid Volume увеличит расходы с учетом твердых компонентов потока на основе указанной пользователем объемной концентрации, используя соотношение, описанное тут:
https://www.hec.usace.army.mil/confluence/rasdocs/rasmuddebris/non-newtonian-technical-reference-manual/bulking-factor

Выводы: мы можем моделировать более широкие языки потоков, которые характерны грязевым селям (с бОльшим внутренними силами трения, чем у воды). Мы можем учитывать прирост объемов потока на твердую фазу.

https://dzen.ru/video/watch/6730b9db2686b01a97591733?share_to=link
Коротко о видео:
а) взял примитивную расчетную схему водопонижения
б) посчитал аналитикой (по Дюпуи) Qстационарн, время установления стационара.
в) создал эту расчетную схему в GMS на подходе grid approach.
г) сравнил результаты и посмотрел как постпроцессор визуализирует результаты.

Результаты численной модели и аналитики совпали (+/- лапоть), но это и неудивительно в такой постановке задачи (когда инфильтрационное питание вшивается в радиус влияния в виде IBOUND -1)

Aquaveo GMS: развитие R (радиуса депрессии) во времени, оказывается можно смотреть и сбоку. Очень удобно. И это на обычной GRID модели, без возможности 3d визуализации. #example

Паводочная петля М.С. Грушевский: исследуя такие петли, можно попытаться\ получить ответы на ряд вопросов: о точности определения расходово воды по уизмеренным уровням, о наименьшем расстоянии от ГЭС, на котором может быть задано ГУ в виде кривой Q(z).
Изучая такие зависимости (петли) от створа к створу и характер ее приближения к однозначной кривой Q(z) ... можно проследить процесс распластывания волны; по наличию неоднозначности (ширине петли) можно косвенно судить о степени нестационарности потока в разных створах.

PS. На нижнем рисунке я снял такую петлю с сечения в модели Hec-Ras.
#блокнот #библиотека #Грушевский

#блокнот #StormAndSanitary
Не забываете пользоваться time series plot: можно снимать показатели с любого элемента сети и по ним определять качество вашего расчета.
Например: вы видите гидрографы на выборочных 4х колодцах: синяя линия const - это первый колодец в который льется постоянно 5 м3/сек. Второй колодец (желтый): в него волна приходит с некоторой задержкой.
Чем дальше колодец от начала сети, тем бОльшая задержка гидрографа.
Ломанный характер графика говорит о том, что временной шаг довольно большой, и мы видим грубоватую картину. (чем плавнее график, тем лучше)

#блокнот #StormAndSanitary
На рисунке представлена простая задача: в трубу льется постоянный расход 5м3/сек.
В первом случае расчетный шаг по времени составляет 30 секунд, во втором - 5 секунд.
Картина распространения волны по сухой трубе в нижнем рисунке более качественная.
Не забывайте настраивать time step computation с должной точностью, чтобы не замыливать картину.

#блокнот Hec-ras: перенос результатов в начальные условия следующего расчета.

Очень нужная фича, которая помогает удалить шум, возникающий при проливке модели "на сухую".
а) мы создаем предпроектный расчет, и проливаем нашу модель требуемым стационарным расходом.
б) запоминаем время интересующего нас растра
в) создаем основной расчет, но во вкладке initial data выбираем HDF файл предпроекта.
г) выбираем нужное время предпроекта, и вуаля... (см верхний рисунок: начальное условие в русле)

ЗЫ. Грубо говоря, препроцессор в начальных условиях заполняет водой каждую ячейку так, как есть в загружаемом растре из предыдущего расчета

Пример простенькой задачки водопонижения карьера в Aquaveo GMS.
Сначала думал, что поставить задачу труда не составит после PM8. Ошибался, логика внесения пакетов в ячейку зачастую иная, пришлось попотеть.
PS: не знаю почему, но Starting Heads после расчета слетает до параметра TOP 😂

https://dzen.ru/video/watch/67249632510c517fe98c0e07?share_to=link
Перезалил на Дзен старое видео, в котором попытался посчитать максимальный расход дождевого паводка 1% обеспеченности неизученной речушки (площадь водосбора 55 км2) на Камчатке двумя способами:
1. По Пособию ОГХ (основные гидрологические характеристики) - назовем это "гидрологический метод"
2. По методу Rational / Водгео - назовем это "инженерный метод".
Расчеты не подгонялись. На видео показан процесс "как есть" и попытка объяснения расхождений промежуточных факторов.

Выводы: 55 км2 это мало для гидрологов, но много для инженеров. Инженерный метод Rational не учитывает редукционную способность водосбора, а в гидрологический вшита редукция на лесистость и озерность.
Тем не менее, если не учитывать лесистость и озерность и аккуратно подойти к расчету времени склонового добегания, то оба метода дали схожий результат. Я бы сказал одинаковый результат🍷 (учитывая вероятностный подход и кучу неопределенностей).