HEC-RAS

HEC-RAS は、数値流体力学で使用されるシミュレーション ソフトウェアです。具体的には、自然の河川やその他の水路 を通る水の流れの水力学をモデル化するために使用されます。

このプログラムは、米国陸軍工兵隊が管轄下の河川、港湾、その他の公共事業を管理するために 開発され、1995 年に公開されて以来、多くの人々に広く受け入れられています。

カリフォルニア州デイビスの水文工学センター (HEC) は、水理技術者による水路流量解析と氾濫原の判定を支援するために、河川解析システム (RAS) を開発しました。このシステムには、多数のデータ入力機能、水理解析コンポーネント、データ保存および管理機能、グラフ作成およびレポート作成機能が含まれています。

定常流に対する HEC-RAS の基本的な計算手順は、1 次元エネルギー方程式の解に基づいています。エネルギー損失は、摩擦と収縮/膨張によって評価されます。運動量方程式は、水面プロファイルが急速に変化する状況で使用できます。これらの状況には、跳水、橋梁の水力学、河川合流点のプロファイルの評価が含まれます。

非定常流の場合、HEC-RAS は暗黙の有限差分法を使用して、完全な動的1-D サン・ヴナン方程式を解きます。非定常流方程式ソルバーは、Robert L. Barkau 博士の UNET パッケージから採用されました。

HEC-RAS は、水路網、樹枝状システム、または単一の河川区間をモデル化できます。HEC-RAS の 1 次元アプローチを使用して複雑な流れの状況をモデル化するには、ある程度の単純化を行う必要があります。橋梁、暗渠、堰、構造物の影響とともに、亜臨界、超臨界、および混合流状態の流れをモデル化できます。

2019年3月現在のバージョン5.0.7は、Windows 7、8、8.1、10の64ビット版のみをサポートしています。^[1] バージョン6.0以降は64ビット版Windows 7-11をサポートし、^[2]バージョン6.1はLinuxで利用できます。^[3]

HEC-RAS は、開水路システムを流れる水をモデル化し、水面プロファイルを計算するコンピュータ プログラムです。HEC-RAS は、洪水氾濫原の管理や洪水路の浸食を評価する [洪水保険] 研究において特に商業的に利用されています。その他の用途としては、橋梁や暗渠の設計と解析、堤防の調査、水路の改修の調査などがあります。ダム決壊解析にも使用できますが、現在この目的には他のモデル化方法の方が広く受け入れられています。

HEC-RAS には、米国陸軍工兵隊によるサポート、進行中の将来的な機能強化、多くの政府機関や民間企業による採用など、メリットがあります。パブリック ドメインでピア レビュー済みであり、HEC の Web サイトから無料でダウンロードできます。さまざまな民間企業が公式の「ベンダー」として登録されており、コンサルティング サービスやアドオン ソフトウェアを提供しています。米国陸軍の Web サイトへのアクセスが許可されていない国でソフトウェアを配布している企業もあります。ただし、HEC から直接ダウンロードすると、詳細なドキュメントが付属しており、水理解析に精通した科学者やエンジニアであれば、ソフトウェアを簡単に使用できます。

ユーザーは、特に急勾配や非常に動的な河川や小川での非定常解析中に数値不安定性の問題に遭遇することがあります。 ^{[4]河川問題における不安定性の問題を克服するために、HEC-RAS を使用できることがよくあります。数値安定性の懸念は、}有限差分数値解法スキームの本質的な特性です。

HEC-RASの最初のバージョンは1995年にリリースされました。^[5]このHEC-RAS 1.0は、1968年のHEC-2と同じ数値方程式を解きます。

2016 年のバージョン 5.0 への更新以前は、プログラムは 1 次元でした。つまり、断面形状の変化、曲がり、その他の 2 次元および 3 次元の流れの側面の水力学的影響を直接モデル化することはできませんでした。バージョン 5.0 のリリースでは、流れの 2 次元モデル化と堆積物移動モデル化機能が導入されました。

GeoHECRAS は、HEC-RAS ソフトウェアの 2D/3D 視覚化および編集データ ラッパーであり、連邦緊急事態管理局の洪水危険マップやその他の河川工学研究の作成を含む、洪水制御および洪水軽減工学研究に使用されます。

HEC-RAS に関連する機能は次のとおりです。

• HEC-RAS 編集を元に戻す、やり直す
• HEC-RAS プロジェクトのマルチドキュメントインターフェース(MDI)
• AutoCADおよびMicroStation CAD 図面と地形サーフェスの使用
• GISデータベースの利用
• 自動断面生成
• 洪水氾濫原マップの自動生成
• 道路横断部（橋梁・暗渠）の設計と解析
• 適応型2Dメッシュ生成

WMS (流域モデリング システム) は、HEC-RAS で使用するための前処理および後処理ツールを提供する水文学ソフトウェアです。Aquaveo による WMS の開発は、主に米国陸軍工兵隊の資金提供を受けて行われました。

HEC-RAS に関連する機能は次のとおりです。

• フィーチャ オブジェクト (中心線、断面線) と TIN を使用して、HEC-RAS モデルのジオメトリを開発します。
• HEC-RAS やその他の水理モデルで使用するために、データベース内の横断面を編集、結合、および作成します。
• 水面標高データから洪水氾濫原を描画します。水面標高は、HEC-RAS で計算したり、対話形式で定義したり、ファイルからインポートしたりできます。
• HEC-1 の複数のシミュレーションを HEC-RAS にリンクして、境界を定められた洪水原のモデル化パラメータの不確実性を判断します。曲線数と降水量は、HEC-1 パラメータと HEC-RAS のマニングの n 値の間で確率的に変化する可能性があります。

• 水力工学

• HEC-RAS ホームページ 2019-03-07 にWayback Machineでアーカイブされました(米国陸軍工兵隊、水文工学センター)
• HEC-RAS と ArcGIS の視覚化を使用して行われた洪水解析の出力ビデオ
• CivilGEO の GeoHECRAS ホームページ
• https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/download.aspx