HEC-RAS 从入门到精通
河流水力学建模完整教程

1. 创建新项目并设置投影

   启动 HEC-RAS，选择 File | New Project…，进入工作目录，填写 Title 与 File Name 后保存。

   启动 RAS Mapper，选择 Project | Set Projection，加载提供的投影文件（如 River.prj）。投影定义了整个项目所有空间数据的坐标系统，后续地形、几何、结果全部以它为准。

   把河流 shapefile（river.shp）拖入 RAS Mapper 地图窗口，右键图层选择 Zoom to Layer 定位研究区。

   设置投影（RAS Mapper Options）官方截图

   

   在 Project | Set Projection 中加载 River.prj 投影文件，定义整个项目的坐标系统。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

2. 下载地形数据（可选在线获取）

   选择 Project | Download Data | USGS Terrain，数据范围选 Current View，点击 Query Products 查询 USGS 服务；在数据筛选中勾选 Original（原始分辨率）并 Apply；用图形选择工具选中覆盖河谷洪泛区的瓦片，点 Add Selected 加入下载列表，再点 Start Download。无网络时可直接使用教程附带的 Terrain\USGS_Data 地形数据。

   下载 USGS 地形菜单官方截图

   

   Project 菜单下的 Download Data | USGS Terrain 入口。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

3. 创建地形模型（Terrain）

   选择 Project | Create New RAS Terrain，点 Add Files 选中下载的所有地形文件（Ctrl+A 全选）；勾选 Merge Inputs to Single Raster 合并为单一栅格；点 Create 开始处理。处理完成后关闭窗口并打开 Terrain 图层。

   为什么先建地形？地形（Terrain）是 1D 断面提取高程、2D 网格生成与淹没制图的共同底图。它把多幅 DEM 合并、重投影、统一精度为一份 .hdf 地形文件。

   创建地形（New Terrain Layer）官方截图

   

   勾选 Merge Inputs to Single Raster 把多幅瓦片合并为单一栅格，点 Create 生成 Terrain.hdf。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

4. 新建几何并绘制河中心线

   选择 Project | Create New Geometry，命名 Base。选中几何图层点 Edit 进入编辑。将 River shapefile 的河流中心线复制粘贴到 River 图层（也可用 shapefile 导入器或手工绘制）。

   用编辑工具右键河流线，选择 Rename River Reach，将河段命名为 Merced River / Yosemite Valley。

   重命名河段（Provide River and Reach Name）官方截图

   

   River Name 填 Merced River，Reach Name 填 Yosemite Valley。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

5. 布置断面（Cross Sections）

   选择 Cross Sections 图层，沿河道布置断面，注意断面应垂直于流向、充分覆盖洪泛区、在地形与流态变化处加密。布置完成后 Stop Editing 并关闭 RAS Mapper。

   打开主界面的 几何示意图（Geometric Schematic），打开刚创建的几何文件 Base，确认断面与中心线正确后 Stop Editing 保存。

6. 输入曼宁 n 值

   选择 Tables | Manning's n or k values（横向变化），先统一把全部 n 值设为 0.04 作为初值。

   再打开 Tables | Reach Lengths 查看左/主槽/右三段河段长度。

   官方教程思考题：为什么 Left、Channel、Right 三段长度相同？因为当前还没布置流径线（Flowpaths）——HEC-RAS 默认按几何中心线距离近似三段长度相等。若要精确区分主槽与滩地的实际流动路径，需要在 RAS Mapper 中创建 Flowpaths 图层（见阶段 D）。

7. 输入恒定流数据

   打开 Steady Flow Data Editor：输入 6 个方案（Profiles），流量分别为 100、500、1000、2000、5000、10000 cfs（立方英尺/秒）。

   选择 Options | Edit Profile Names 为每个流量命名（如 100cfs、500cfs、1k、2k、5k、10k，最多 16 字符）。

   在下游边界处选择 Normal Depth 边界条件。思考：坡度应取多少？影响大吗？——取河道实际纵坡，边界只影响其上游一段。

   保存恒定流数据，命名 Steady Flows。

   编辑方案名称（Edit Profile Names）官方截图

   

   为 6 个流量方案命名：100cfs、500cfs、1k、2k、5k、10k（最多 16 字符）。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

8. 创建方案并计算

   打开 Steady Flow Analysis 窗口：Plan 命名 Base，几何选 Base，水流文件选 Steady Flows，保存方案。

   点击 Compute 运行计算。完成后在 RAS Mapper 查看淹没结果，用 XS Plot 绘制单个断面。

   创建方案（Steady Flow Analysis）官方截图

   

   Plan 命名为 Base，几何选 Base、水流文件选 Steady Flows。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

9. 利用基础运行设置岸滩位置（Bank Stations）

   先观察各断面（XS Plot）判断哪个流量方案的水面刚好在岸滩附近（如本案例选 100cfs 或 500cfs）。打开 Geometric Data Editor，选择 Tools | Channel Bank Station Locations，选择你判断的 Profile，再选择岸滩位置的插入方式（建议"在水面处插入站点/高程"）。HEC-RAS 会按该水位的岸边位置自动调整所有断面的 Bank Stations。

   设置岸滩位置插入方式官方截图

   

   官方推荐选择"Insert station/elevation at the water surface"（在水面处插入站点/高程）。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

10. 建立流径线 Flowpaths（可选）

    在 RAS Mapper 中编辑 Base 几何，选择 Flowpaths 图层，在左右滩地各创建一条流径线，用于精确计算主槽与滩地的实际流动距离。完成后 Stop Editing。

11. 重新运行并评估结果

    重新 Compute Base 方案，对比设置岸滩前后水面线的变化。

    为何要保留旧几何？细化前先把 Base 几何另存为副本（RAS Mapper 中右键几何 → Save Geometry As，命名 Refined）。你永远不知道什么时候要回退对比——但一定会需要对比前后方案的进步。

12. 创建土地覆盖（Land Cover）图层

    选择 Project | Create New RAS Layer | Land Cover Layer，导入 2019 NLCD 栅格（NLCD_2019.tif），按 NLCD 分类建立 RAS 分类表，点 Create 生成 LandCover 图层。HEC-RAS 会弹出图层关联对话框，把 LandCover 关联到几何的 Manning's n 属性上。

    创建土地覆盖图层（Create a New Land Cover Layer）官方截图

    

    导入 NLCD_2019.tif，按 NLCD 分类建立 RAS 分类表后点 Create。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

13. 为各地类设置曼宁 n 值

    右键 LandCover 图层选择 Edit Land Cover Data Table，在分类参数表中为每种地类填入曼宁 n 值。官方教程给出的示例值：

    NLCD 地类 → 曼宁 n 值（官方教程示例）

    ID	地类名称	Manning's n	备注
    11	Open Water（水面）	0.035	水面糙率小
    21	Developed, Open Space（开发空地）	0.04
    22	Developed, Low Intensity（低密度开发）	0.08
    23	Developed, Medium Intensity（中密度开发）	0.12
    24	Developed, High Intensity（高密度开发）	0.16	不透水/建筑
    31	Barren Land（裸地）	0.026
    41	Deciduous Forest（落叶林）	0.15
    42	Evergreen Forest（常绿林）	0.12
    43	Mixed Forest（混交林）	0.14
    52	Shrub-Scrub（灌木）	0.12
    71	Grassland-Herbaceous（草地）	0.04

    官方教程的 Classification Parameters 窗口官方截图

    

    在 ID/Name 分类表上为每种地类填入 Manning's n；截图即官方教程给出的示例值。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

    表中数值仅用于跟随官方教程练习；实际项目应根据植被、河道条件与文献经验选取并做敏感性分析。

14. 更新断面糙率并运行细化方案

    在 RAS Mapper 中编辑 Refined 几何：选中 Cross Sections 图层 → Update Cross Sections | Manning's n Values，把地类 n 值写入全部 104 个断面。打开 Layer Plot Option | Manning's n Values 可检查是否生效。Stop Editing 保存。

    在 Steady Flow Analysis 中用 File | Save Plan As 创建新方案 RefinedXS（几何选 Refined XS），Compute 运行。

    更新断面属性（Update Cross Sections 右键菜单）官方截图

    

    右键 Cross Sections 图层 → Update Cross Sections | Manning's n Values，把地类糙率写入全部断面。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

15. 对比两个方案的结果

    方法一（Profile Plot）：打开纵剖面图，Options | Plans 同时勾选 Base 与 RefinedXS 两个方案对比。官方案例结论：细化方案的水面线总体略高（因空间变化糙率更贴近实际）。

    方法二（RAS Mapper）：右键河流中心线 Save as Profile Line 保存为剖面线；打开两个方案的 WSE（水面高程）图层并开启动画，在 Profile Lines 标签页右键河流线 → Mapping Results | Profile | Fast | WSE 生成沿程水面线对比。

    官方教程的纵剖面对比图（Profile Plot）官方截图

    

    同时勾选 Base 与 RefinedXS 两个方案：细化方案（RefinedXS）的水面线总体略高于 Base——空间变化糙率更贴近实际。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

16. 加入实测高水位（Observed WS）

    打开 Steady Flow Data Editor → Options | Observed WS，选择河道桩号 2.88（约在桥位附近），点 Add an Obs. WS Location，为 10000cfs 方案输入实测水位 3966 ft。保存并重新运行。

    添加实测水位位置（Add an Obs. WS Location）官方截图

    

    River Sta. 2.88（约在桥位附近），为 10000cfs 方案输入 3966 ft。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

    官方案例结论：对比 XS Plot 可见，模拟水面比实测高水位约低 2 英尺。可能原因有三类：几何不准确、边界条件不合理、曼宁 n 值不正确——逐一复查。改善糙率通常最有希望。

    官方案例：模拟水面比实测低约 2 英尺（XS Plot）官方截图

    

    红色 OWS 10k 为实测高水位点，蓝色 WS 10k 为模拟水面——两者相差约 2 英尺，说明模型仍需改进。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

17. 改进曼宁数据：叠加主槽多边形

    选择 LandCover 的 Classification Polygons 图层 → Start Editing → 右键 Import Features from Shapefile，导入 Channel_Polygon.shp（主槽范围）；右键新导入的主槽多边形 → Edit Classification Value，新增分类 Channel 并设 Manning's n = 0.04。Stop Editing 保存。

    重新 Update Cross Sections | Manning's n Values，重跑并对比结果。官方案例结论：结果有所改善，但仍不理想——研究区还存在未建模的高地（实际应起堤防作用）和一座未入模的桥梁，这些都会抬高水位。

    为主槽新增分类并设糙率（Classifications）官方截图

    

    新增 Channel 分类，Manning's n 设为 0.04，用于改进主槽糙率。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

18. 敏感性分析（Bonus）

    回答两个问题：① 模型对下游边界条件有多敏感？② 增大/减小曼宁 n 值会如何改变水面线？——用对照方案定量回答，理解模型对各参数的响应是校准的基础。

1. 先建 1D 恒定流模型打底

   官方 Combined 1D/2D 教程建议：任何非恒定流建模前，先创建稳态 1D 模型理解水系行为——用低流量（如 2 年一遇）确认主槽与岸滩位置，用高流量确认洪泛区与断面范围。

2. 量取下游坡降并延伸一维河段

   为下游延伸足够长的强一维河段（远离关注区），并在 RAS Mapper 用 Measure Tool 沿河数字化一段河道量取纵坡，作为 Normal Depth 下游边界的坡度。官方提示：正常水深（Normal Depth）是快速设置下游边界的最简方式。

1. 输入非恒定流边界条件

   打开 Unsteady Flow Data Editor：在边界条件表中为最上游断面选 Flow Hydrograph（录入过程线或读取 DSS），为最下游断面选 Normal Depth / Stage Hydrograph / Rating Curve。需要时在内部断面"Add Boundary Condition Location"加侧向入流。

   录入后务必点 Plot Data 检查过程线形状是否正确。过程线支持 Min Flow（最小流量下限）与 Multiplier（整体缩放系数）两个便捷选项。

1. 设置初始条件

   在 Initial Conditions 页输入初始流量分布（常用方式：输入最上游初始流量，程序自动做一次恒定流计算得到各断面初始水位）；也可用上一次运行的 Restart File 续算。蓄水区需给初始水位。

   稳定性经验：以低基流（baseflow）启动并设置足够的预热期（warm-up），让模型自动达到稳定初态；过程线变化过陡容易导致振荡，可用"Critical Boundary Condition"选项在流量突增时自动减半时间步长。

2. 设置断面水力表参数（常见遗漏！）

   官方特别强调：从恒定流升级到非恒定流时最常犯的错误是忘记设置断面水力表参数（Hydraulic Table Parameters）——若不设置，模拟一开始 HEC-RAS 就会报数据缺失。在 Geometric Data Editor 中点击 Hydraulic Table Parameters：把渠底高程（invert）复制到 Starting Elevation 列，再加一个增量（官方默认 0.5 ft）；设置足够的计算点数，使其覆盖全部预期流量产生的水位范围——可逐个断面看右侧竖向切片确认水位范围。

1. 设置模拟时间窗与计算步长并运行

   创建非恒定流方案：设定 Simulation Time Window（起止日期时间）、Computational Time Step（如 1–5 分钟起步，2D 单元通常需要更小步长）。先用短时间窗试算，评估一个时间步（见学习参考 · 常见问题）后再跑长模拟。

2. 计算选项与公差（Computation Options and Tolerances）

   关键计算选项

   Advanced Time Step Control	让 HEC-RAS 按 Courant 准则自动计算时间步长，免去手工试算。
   Time Slices 时间分片	当 2D 域需要比 1D 更小的时间步时使用：基步长保持不变，2D 域内部按分片再细分，平衡稳定性与运行时间。
   Theta 隐式权重因子	默认 1.0 最稳定（动量方程压差项只用当前步信息）；调到 0.6 更精确但牺牲稳定性。
   Lateral Structure Flow Stability Factor	抑制侧向结构（堰/路堤）流量突变：1.0 最准确，3.0 明显提高稳定性（模型稳定后可调回）。
   Output Interval 输出间隔	结果输出的时间间隔，影响过程线分辨率与结果文件大小。

1. 运行并查看结果

   结果包括：各断面 水位/流量过程线（Stage/Flow Hydrograph Plot）、最大淹没范围（RAS Mapper）、溃坝过程线（Breach Hydrograph）、沿程水面纵剖面动画等。

2. 稳定性排查（官方经验清单）

   一开始就不稳定（计算输出显示迭代到最大次数 / NaN / 振荡）→ 多半是初始条件或边界条件问题，先复查这两项。

   支流汇入主河处持续振荡→ 常见于"较陡支流 + 主河计算出的很低初始水位"的组合，本质是交汇处几何数据不一致。官方对策：junction 处默认强制各断面同一水面，可改用能量平衡法求解交汇水面以稳定模型。

   减小时间步长→ 若结果显著改变，说明步长过大，应采用更小步长重跑。

   Volume Accounting 误差大→ 检查堰流设置（Weir Flow Submergence Decay Exponent 等）、减小时间步长；确认高地是否真的起堤防作用。

   敏感性对比：把方案另存为新名重跑，逐个评估时间步长、Theta、糙率等参数对水面线/流速的影响。

研究区：Bald Eagle Creek 及支流官方截图

官方 2D 教程研究区（宾州 Lock Haven 附近）：从 Sayers Dam 下游到与 West Branch Susquehanna River 汇流口，含 Marsh、Beech、Fishing 三条支流入流。来源：HEC 官方《Creating a Simple 2D Model》

1. 生成计算网格

   在 Edit 2D Area Properties 中输入 DX/DY 点距（官方简单模型示例用 500；官方《Mesh Generation and Refinement》教程用 200 起步、熟悉后再细化到 100），点 Generate Computation Points 生成非结构化网格；设置默认 Manning's n（如 0.04）。关闭编辑器，打开 Computation Points 图层检查网格边界，每个单元只能有一个计算点，出错用编辑工具增删移动点修正。Stop Editing 保存几何。

   2D Flow Area Editor官方截图

   

   DX/DY 点距 500 ft（官方简单模型示例）、Generate Computation Points 生成 2222 个单元、默认 Manning's n = 0.04；右图为单元/计算点错误（红色）与修正。来源：HEC 官方《Creating a Simple 2D Model》与《Mesh Generation and Refinement》

2. 计算水力表并检查单元属性

   右键 2D Flow Areas 图层 → Compute 2D Flow Areas Hydraulic Tables，为网格计算水力特性表（左下角有处理进度）。选中该图层（选中后变为洋红色），用鼠标点选 Cell 或 Cell Face，右键 Plot Property Table 即可查看单元的属性表——检查单元高程、面积、与周边面的连接是否合理。

3. 复制几何做网格细化对比

   右键几何 → Save Geometry As 复制出一份（如 Initial Mesh → Refined Mesh），编辑副本并把 2D Area 重命名（如 2DArea_2）以区分；在 2D Flow Area Editor 中把点距改小（官方示例 200 → 100 ft）并重新 Generate Computation Points（会提示删除旧点）。对比粗细两套网格的水力结果，判断细化是否改变结论。

1. 绘制边界条件线（BC Lines）

   在 RAS Mapper 中编辑几何，选择 Boundary Condition Lines 图层，在入流、支流、出流位置各画一条边界线（迎向下游时从左到右绘制），并命名。边界线必须画在网格外部。回到主界面打开几何示意图核对。

   边界条件线（Boundary Condition Lines）官方截图

   

   在入流（Sayers Dam）、三条支流与下游位置各画一条边界线，标注为 Inflow、Marsh Creek、Beech Creek、Fishing Creek、Downstream。来源：HEC 官方《Creating a Simple 2D Model》

2. 输入非恒定流边界并运行

   在 Unsteady Flow Data Editor 中为边界线指定边界条件：上游/支流用 Flow Hydrograph（官方示例从 Simple2DModel_Flows.dss 读取），下游用 Normal Depth（Slope = 0.001）。创建非恒定流方案，设置模拟时间窗与时间步长，Compute 运行。

   非恒定流数据编辑器的边界条件表官方截图

   

   上游与支流用 Flow Hydrograph，下游用 Normal Depth（Slope = 0.001）；流量过程线从 Simple2DModel_Flows.dss 读取。来源：HEC 官方《Creating a Simple 2D Model》

1. 网格细化：Refinement Regions

   用 Refinement Regions 在关键区（主槽、地形突变、建筑物周边）局部加密：复制几何 → 新建 Refinement Region 多边形并设单元间距 → 右键 Enforce Region 强制执行。策略：只对 10–20% 的关键区域加密——全流域单元减半会让单元数增加约 4 倍、计算时间增长约 4 倍。

2. Breaklines：强制面沿高地

   单元面（Cell Faces）控制单元间的流量交换，必须沿堤防、路堤、高地等线性阻水物对齐，否则水流会"泄漏"。选择 Breaklines 图层沿高地画线，右键 Enforce Breakline 强制执行。

   官方要点：只点 Enforce Breakline 只会在当前已有计算点上生效；正确流程是打开 2D Flow Area Editor，勾选 Generate Computation Points with Enforce Breaklines / Refinement Regions 重新生成计算点，程序会按设定间距重新布点并强制 Breakline 生效。

1. 查看结果图层与动画

   运行后在 RAS Mapper 中勾选 WSE / Depth / Velocity 结果图层查看淹没范围，用动画控制条（Max 按钮）查看最大淹没；Profile Lines 可沿任意剖面提取水面线，Reference Polygon 统计区域水量。完整的制图流程见 官方教程实战 · 04 RAS Mapper。

2. 常见 2D 错误排查

   计算点错误：每个单元只能有一个计算点，生成后务必打开 Computation Points 图层检查，红色错误点用增删移动修正。

   水流沿线性阻水物"泄漏"：单元面未与堤防/路堤对齐——用 Breaklines 强制对齐（见阶段 D）。

   Terrain 空洞：DEM 有 NoData 时地形出现空洞，会影响单元高程提取——先补洞再建地形。

   边界线画在网格内部或方向错误：BC Lines 必须画在网格外部，且按迎流方向从左到右绘制。

1. 启动 RAS Mapper

   在主界面通过 GIS Tools | RAS Mapper 菜单，或直接点击工具栏上的 RAS Mapper 按钮启动。RAS Mapper 是独立窗口，顶部为菜单与工具栏（选择、平移、缩放、识别），左侧为图层面板，中间为地图窗口，底部为状态与工具标签页。

   主界面入口（GIS Tools | RAS Mapper）官方截图

   

   GIS Tools 菜单与工具栏上的 RAS Mapper 按钮。来源：HEC《RAS Mapper User's Manual》

2. 认识主界面布局

   左侧 Layers 面板把所有数据按组组织：Geometries（几何）、Results（结果）、Terrains（地形）与 Map Layers（底图/参考）等；右上角显示当前选中图层与渲染模式（如 Max 最大淹没）；右下角为水深/高程比例尺；底部 Messages / Views / Profile Lines / Active Features / Layer Values 标签分别提供消息、视图管理、剖面线、交互查询与图层值读取。

   RAS Mapper 界面（显示 Depth 水深图层）官方截图

   

   图层按组管理，结果按方案（Plan Short ID）分组显示。来源：HEC《RAS Mapper User's Manual》

3. 图层体系

   RAS Mapper 的图层按用途分为五组：模拟结果按 Plan Short ID 分组且自包含（事件条件 + 几何 + 结果图）。

   RAS Mapper 主要图层

   图层	用途
   Features	河流中心线、剖面线、参考点/线/多边形（用于聚合统计区域结果）
   Geometries	几何数据：River、Cross Sections、Storage、2D Flow Areas、Bridges、Inline/Lateral Structures、Pump Stations 等
   Event Conditions	水流数据、边界条件位置
   Results	计算结果图层：水面高程 WSE、水深 Depth、流速 Velocity 等，可做动画播放
   Map Layers	地形 Terrain、土地覆盖 Land Cover、入渗、土壤、栅格计算器（RASter Calculator）等

1. 新建项目并设置投影

   选择 File | New Project…，进入工作目录，填写 Title 与 File Name 后保存（官方示例命名 GeometryDevelopment.prj）。

   打开 RAS Mapper，选择 Tools | Set Projection for Project（旧版本位于 Project 菜单），浏览到 GISData 文件夹选择 projection.prj 并确定。投影定义了整个项目所有空间数据（地形、几何、结果）的坐标系统，必须在导入任何空间数据前设置，否则后续图层会错位。

   新建项目（New Project）官方截图

   

   填写 Title 与 File Name（自动带 .prj 后缀），选择项目文件夹。来源：HEC 官方《Developing 1D Geometric Data with RAS Mapper》

   设置投影（RAS Mapper Options）官方截图

   

   加载 projection.prj 后，Definition 区显示完整 PROJCS 坐标系定义。来源：HEC 官方《Developing 1D Geometric Data with RAS Mapper》

2. 下载地形数据（可选在线获取）

   选择 Project | Download Data | USGS Terrain（或 GRID Terrain），数据范围选 Current View，点击 Query Products 查询 USGS 服务；在数据筛选中勾选 Original（原始分辨率）并 Apply；用图形选择工具选中覆盖河谷洪泛区的瓦片，点 Add Selected 加入下载列表，再点 Start Download。无网络时可直接使用教程附带的 Terrain 文件夹中的地形文件。

3. 创建地形模型（Terrain）

   选择 Project | Create New RAS Terrain，点 + 添加地形文件（官方示例为 5 个 .flt 瓦片，也可选 .tif/DEM）；把 Rounding (Precision) 设为 1/32；按需勾选 Create Stitches（缝合）与 Merge Inputs to Single Raster（合并为单一栅格）；点 Create 生成 Terrain.hdf。

   为什么先建地形？地形是所有几何与结果的共同底图：1D 断面提取高程、2D 网格提取单元高程、淹没制图比较水位都依赖它。它把多幅 DEM 合并、重投影、统一精度为一份 .hdf 文件。

   创建地形（New Terrain Layer）官方截图

   

   添加 5 个地形瓦片，Rounding 1/32、勾选 Merge Inputs to Single Raster 后点 Create。来源：HEC 官方《Developing 1D Geometric Data with RAS Mapper》

4. 检查地形显示

   创建完成后双击 Terrain 图层打开 Layer Properties，按需开启：Update Legend with View（图例随视野更新）、Plot Contour（显示等高线并可调间隔）、Plot Surface（显示地表）、Plot raster file outlines / names（栅格文件边界与名称）。借此检查地形覆盖范围是否完整、是否存在 NoData 空洞——空洞会影响后续断面/网格的高程提取，发现后应补充数据或先做修补再建地形。

1. 新建几何并绘制河网

   在 RAS Mapper 中右键 Geometries 节点，选择 Add New Geometry 并命名（官方示例 Existing）；选中几何后点铅笔图标进入编辑。

   点击 Rivers 节点开始绘制河网：河流/河段从上游画到下游（正流向），左键单击加点、双击结束一条线；右键可重新定位地图中心，Shift 拖拽平移、滚轮缩放。画完一条河段会弹出 Provide River and Reach Name 命名窗口（官方示例：Baxter River / Main）。支流画到主流上时，程序会提示创建 junction——依次确认拆分主流、为下游河段命名（如 Main-Lower）、命名 junction 即可。河段名默认显示在河段起点。

   官方教程研究区河网（Baxter 河与 Tule 支流）官方截图

   

   两支流在 Junction 汇合，主流分 Upper / Lower 两段。来源：HEC 官方《Developing 1D Geometric Data with RAS Mapper》

2. 布置断面（Cross Sections）

   选择 Tools | Options 可把 XS River Stations 单位改为 Miles（可选）。点击 Cross Sections 节点，沿每条河段布置断面（官方示例每条河段约一打断面），以合理表达 1D 河槽-洪泛区水流。断面必须面向下游从左到右绘制！

   每条断面绘制后自动获得 River Station（按中心线距离计算，默认英尺）。画完点击工具栏的 Plot 按钮可弹出 RASMapper Plot 查看高程剖面：绿线为从地形提取的断面（Terrain），红色为当前断面（Profile），圆点为岸滩点（Bank Points）——新增断面时两者一致；再画下一条，剖面图会自动更新。

3. 编辑断面与从地形更新

   选中断层面，双击断面进入编辑，拖动端点可加宽断面、改变其跨越洪泛区的方式；观察剖面图变化。注意：已存在的断面被视为"已有断面"，程序不会自动用地形覆盖其数据（防止误覆盖人工编辑）。需要重新贴合地形时，右键断面选择 Update Cross Section | Elevation Profile from Terrain，再 Plot 核对剖面与地形线是否一致。

4. Auto Update Geometry 与图层关联

   编辑状态下右键几何图层选择 Auto Update Geometry，点 Check All Properties 勾选全部属性（River Stations、Bank Stations、Reach Lengths、Elevations – Channel / Overbanks、Ineffective Areas、Blocked Obstructions、Manning's n Values 等）。此后在 RAS Mapper 中移动断面、改动中心线，保存时这些属性会自动从地形与几何重新计算。

   再用 Project | Manage Geometry Associations（或 RAS Geometry Properties 里的 Manage Associations）把 Terrain、Land Cover 等图层关联到几何——这是断面提取高程、按土地覆盖提取糙率的前提。

1. 添加结果图层

   运行方案后，RAS Mapper 的 Results 组会按 Plan Short ID 列出方案。右键方案节点选择 Add Results Map（或右键 Results 组添加）：选择 Map Type（WSE 水面高程、Depth 水深、Velocity 流速等）、Unsteady Profile（非恒定流的某个时刻 / Max / Min）与 Map Output Mode（动态或存储），点 Add Map 生成结果图层。

2. 动画与最大值查看

   勾选结果图层后，用地图窗口顶部的动画控制条播放/步进非恒定流各时刻；点 Max 按钮切换到最大淹没（Depth (Max)、Velocity (Max) 等），快速定位最不利时刻。

   动态图实时渲染，适合交互浏览；需要批量处理或加速大模型显示时，可右键 Results 组打开 Manage Results Maps 对话框，选中图层点 Compute/Update Stored Maps 预计算存储图（状态变为 Map files up to date），可一次处理多个方案，并支持复制、删除结果图。

3. 剖面与区域统计

   底部 Profile Lines 标签页可沿任意剖面线提取水面线与河床纵剖面，用于对比沿程水位；Active Features 允许点击单元/断面交互查询属性；Layer Values 显示鼠标位置图层值。添加 Reference Point / Line / Polygon 后可聚合区域内单元结果，计算总水量、平均流速、净冲淤等（对水库蓄量、淹没体积分析很有用）。

1. 准备地形

   Project | Create New RAS Terrain：导入 DEM/栅格（可多幅合并），生成 .hdf 地形文件，并用 Tools | Set Projection for Project 设置坐标系统。

2. 布置几何并关联图层

   创建几何（河网、断面、2D 网格）后，在 Manage Layer Associations 中把 Terrain 与 Land Cover 关联到对应几何，2D 网格会从地形提取单元高程、断面按土地覆盖取糙率。

3. 运行计算

   在主界面运行恒定流或非恒定流方案，结果自动写入 RAS Mapper 的 Results 图层。

4. 映射与动画

   勾选 WSE / Depth / Velocity 图层查看淹没范围；选中 Results 组图层，用动画控制条的 Max 按钮显示最大淹没；Profile Lines 标签页可沿任意剖面线提取水面线。

5. 参考区域统计

   添加 Reference Polygon 后可聚合区域内单元结果，计算总水量、平均流速、净冲淤等（对水库蓄量、淹没体积分析很有用）。

6. 导出与发布

   右键结果图层可 Export 为 Shapefile / GeoTIFF 等格式，供 GIS 软件继续处理；File | Export Map Image 导出当前视图图片用于报告；需要网页/地图服务展示时可导出 Google Earth KML/KMZ。

   RASter Calculator（栅格计算器，Map Layers 下）可对栅格图层做代数运算：例如 Cut/Fill 挖填方分析、两个方案的淹没深度差（100 年 vs 50 年）、淹没范围布尔提取等，是方案对比与工程分析的有力工具。

1. 确认一维模型已经能算稳

   打开已有工程（或先按「官方教程一」建好 Merced 一类 1D 模型），运行恒定流或非恒定流，确认水面线、流速合理、无大量 negative depth / 无法收敛。

   在 RAS Mapper 或 Profile Plot 里看一眼水面是否贴合地形；滩地曼宁 n 先不要盲目调大（泥沙对 n 极敏感，见阶段 E）。

   为什么先跑水动力？输沙能力对剪力、能坡非常敏感。水面线不对，后面冲淤只会错得更远。官方 2D 泥沙页也强调：先 warmup 湿润并稳定水面，再加泥沙。

2. 打开 Sediment Data 编辑器

   在主界面选择 Edit | Sediment Data…（或几何编辑器中的泥沙数据入口），新建/打开泥沙数据文件，按项目命名保存（如 Sediment）。

   先浏览左侧树上的 Grain Classes（粒径分组）、Bed（床层）、Options 菜单位置——后面几步都在这里填。

   Sediment Data Editor 总界面官方截图

   

   进入后先认界面：粒径分组、床层与 Options 菜单都在这个编辑器里。 来源：HEC 官方文档

3. 认识准非恒定流三层时间步（填时间参数前必懂）

   官方将准非恒定流拆成三层，后面在 Quasi-Unsteady Flow 编辑器里会分别填：

   • Duration 流量档时长：该档内流量近似不变（日流量常取 24 h）。
   • Computational Increment 计算增量：水力+泥沙主时间步，必须 ≤ Duration；床面变化剧烈时不要设太大。
   • Bed Mixing Time Step：增量内再细分，只做级配记账（分选/粗化）。

   怎么填：日尺度多年演变：Duration=24 h，Computational Increment 先取 1–6 h 做敏感性；Bed Mixing 用默认即可。洪水过程冲淤：改用 Fully Unsteady。

4. 添加粒径分组（Grain Classes）

   在 Sediment Data 中选择 Grain Classes，点 Add 新增分组。河床质取样常拆成 3–6 组，例如：

   0.1 mm（细砂）· 0.5 mm（中砂）· 2 mm（砾）· 8 mm（卵石）

   为每组填写代表粒径；若做分选/粗化，组数不要只设一组全沙。

   定义粒径分组（Grain Classes）官方截图

   

   点 Add 新增分组，填写代表粒径；建议 3–6 组以覆盖砂–卵石。 来源：HEC 官方文档

5. 设置各粒径组重量百分比

   在级配表中填写各组 百分比，合计 100%。上游来沙与床面级配尽量都按同一套分组给出。

   取样优先：用河床质筛分曲线落到这几组上。没有实测时，可从相邻河段资料或经验级配起步，但率定时必须回头核对。
   粒径组属性与百分比官方截图

   

   各组百分比合计 100%；与河床质筛分曲线对应。 来源：HEC 官方文档

6. 初始化床层（表层 + 基质）

   选择 Bed / 初始床沙组成，把表层（active/surface layer）配成与河床质一致的级配；需要模拟粗化时再配置下层基质。

   设置初始床面高程来源：通常直接用几何断面河床点；固定床诊断（Capacity Only）也要填级配，用来按粒径拆分输沙能力。

7. 打开 Transport Methods 并选主公式

   选择 Options | Transport Methods…。按河床组成选起点公式：

   Transport Methods 对话框官方截图

   

   在 Options → Transport Methods 中选主公式并检查适用粒径。 来源：HEC 官方文档

   • Engelund-Hansen — 沙质、全沙，常用起点。
   • Meyer-Peter Müller — 卵石/砾石推移质。
   • Yang — 流功率型，沙–砾石适用面较宽。
   • Parker — 卵石河床，常与隐藏暴露一起用。

   不确定时：沙河先 EH，砾石河先 MPM 或 Parker；后面用实测冲淤/输沙率对比再定主公式。

8. 配置 Bed Mixing：隐藏暴露与活动层

   选择 Options | Bed Mixing Options…：

   勾选 Hiding and Exposure，方法优先 Wu，系数用默认值起步（细颗粒更易被"藏"，总输沙会下降、模型更稳）。

   设置 Active Layer 厚度：沙床不要用"1×d90"默认过薄值，加一个最小厚度（约 0.1–0.3 m）或放大 d90 倍数，否则容易振荡。

   Bed Mixing Options（隐藏暴露与活动层）官方截图

   

   勾选 Hiding and Exposure（Wu 起步），并检查 Active Layer 厚度（沙床加最小厚度）。 来源：HEC 官方 2D Sediment Parameters 文档

9. （2D 额外）打开 2D Options 并确认浅水方程

   2D 动床必须使用完整 Shallow Water Equations（SWE），不能用扩散波。在 Plan 的 Unsteady Flow Analysis → Options → Computation Options and Tolerances → 2D Flow Options 里把 Equation Set 设为 SWE。

   2D 泥沙相关选项（示例）官方截图

   

   Equation Set 必须为 SWE；暖机步在 2D Flow Options 中设置。 来源：HEC 官方文档

   再回到 Sediment Data → Options → 2D Computational Options：求解器可用 FGMRES-SOR 试算，终算再换 PARADISO；紊动选 Conservative 默认。

   必做 Warmup：在 2D Flow Options → Number of Warmup Time Steps 填入暖机步数（可为 0=用模拟步长），让网格先湿润、水面平衡，再开始计泥沙。

10. 创建 Quasi-Unsteady Flow 数据

    打开 Quasi-Unsteady Flow Editor（非恒定流数据中的准非恒定流类型）。按日或更细分辨率输入流量序列，形成一系列流量档（Duration）。

    在编辑器中设置 Computational Increment（≤ Duration）与 Bed Mixing 相关步长；保存为独立的准非恒定流水流文件。

    Quasi-Unsteady / 混合流相关编辑器（示意）官方截图

    

    在此组织流量档与计算增量；温度在下一步单独设置。 来源：HEC 官方文档

11. 点 Set Temperature… 填温度时间序列（必填）

    在 Quasi-Unsteady Flow 编辑器底部点击 Set Temperature…，打开温度序列编辑器，填写水温（°C 或 °F，与工程单位一致）。

    没有长系列时按官方三种做法选一：

    • 常数温度：Duration 填很长（如 240000 h），粗颗粒体系可先这么做并做敏感性。
    • 年高低温插值：只填每年最高/最低温度，其余留空，点 Interpolate Missing Values。
    • 月平均：每月填一个平均温度，Duration=730.48 h，再复制多年。

    准非恒定流温度序列编辑器官方截图

    

    沉速与部分输沙公式依赖粘度→水温，细颗粒体系更敏感。来源：HEC 官方 Quasi-Unsteady Temperature 文档

    温度序列编辑器对话框官方截图

    

    不规则时间序列：常数长历时 / 高低温插值 / 月平均重复。来源：HEC 官方文档

12. 设置上游来沙边界

    在泥沙/准非恒定流边界条件中，给上游断面设置来沙：

    • 给定输沙率过程线：有实测或推求的输沙率时用这个。
    • 平衡来沙（Equilibrium / Capacity-based）：按边界水力与床沙自动取输沙能力，需保证上游"虚拟断面"级配合理。

    全非恒定流：温度在 Unsteady Flow Editor → Options | Water Temperature (for Unsteady Sediment) 中设置；不设则按 55 °F。

    泥沙边界条件设置（示意）官方截图

    

    上游选给定输沙率或平衡来沙；边界位置要落在主槽过水处。 来源：HEC 官方文档

13. 在 Plan 中挂接泥沙计算选项

    打开 Unsteady Flow Analysis（Plan）：几何选含泥沙的几何，水流选准非恒定流文件。

    选择 Options | Sediment Computation Options and Tolerances…：设泥沙时间相关倍增器（先 <10，并做敏感性）、层厚（初始可取 1–2 m 量级更稳）。

    Plan 保存为有意义的名字，如 Sed-Base。

    Sediment Computation Options（示意）官方截图

    

    倍增器先 <10 做敏感性；层厚可取 1–2 m 量级更稳。 来源：HEC 官方文档

14. 运行泥沙计算

    在 Plan 窗口点击 Compute（或 Run 中的 Sediment / Unsteady 计算）。长系列可先缩短时段试跑，确认不崩溃再跑全序列。

    若中途崩溃：先减小 Computational Increment，检查温度序列是否缺口，再看边界是否猛冲猛淤。

15. 查看河床高程与冲淤量

    打开结果中的 Bed Change / Bed Elevation 图层或断面时间序列，对照：

    • 沿程冲刷/淤积位置是否符合直觉（弯道、束窄、回水段）。
    • 分粒径输沙率与表层级配是否出现明显粗化。

16. 边界猛冲猛淤怎么查

    若模型上、下边界附近出现夸张冲深或淤积，按官方《Common Errors in 2D Sediment Models》顺序排查：

    • 来沙能力与来沙量/级配是否匹配（边界"饿"或"撑"）。
    • 平衡来沙边界是否放在反映主槽过水的位置（不要铺满整个数值河槽）。
    • 上游能坡是否过陡形成射流 → 勾选 Tail Water check，让尾水修正边界坡降。

    边界处剧烈冲淤示例官方截图

    

    边界虚假冲刷会连带回淤，看起来像"上游淤了一大片"。来源：HEC 官方 Common Errors in 2D Sediment Models

17. 滩地曼宁 n 不要乱加（泥沙陷阱）

    水力对滩地 n 不敏感，但输沙对应力极敏感：综合起来输沙可近似随 n 的三次方增长。滩地 n 从 0.06 调到 0.12，水位几乎不动，输沙却可能差一个数量级。

    回到几何数据 Tables | Manning's n，把滩地 n 按植被/阻力重新估计，而不是按"水位不好看"去加糙。

    Manning n 表（横向变化）官方截图

    

    滩地 n 对输沙极其敏感，需按植被/阻力估计。图示为 1D 教程中的 Manning's n 表界面。来源：HEC 官方《Steady Flow Modeling with HEC-RAS》

18. （可选）Capacity Only / Concentration Only 快速诊断

    要评估"加构筑物后能力是否变大"时，可用固定床简化：

    在 Sediment Data 中把 Simulation Components 设为 Capacity Only（或 Concentration Only），另存泥沙数据与 Plan，运行后在 Mapper 中展开 Sediment Transport → Total-load Transport Capacity 图层对比方案。

    Capacity Only 模式设置官方截图

    

    固定床 Capacity Only：只算输沙能力场，仍需级配数据。来源：HEC 官方 Fixed-bed 2D Sediment 文档

    Capacity Only 输沙能力结果官方截图

    

    用颜色看能力高低，对比工程前后。来源：HEC 官方 Fixed-bed 2D Sediment 文档

19. 按优先级核对参数，而不是一次拧完

    官方建议顺序（详见 2D Sediment Transport 文档）：

    • Tier 0：SWE 方程 + 水力 warmup。
    • Tier 1：Hiding（Wu）· Adaptation Length≈1–2×平均网格尺寸 · 求解器 · 紊动 Conservative · 沙床活动层厚度。
    • Tier 2：泥沙计算倍增器（<10）· 底坡系数 0.1–0.5 · 层厚。
    • Tier 3：Subgrid 等，模型稳定后再开。

20. 需要岸坡稳定性或泥石流时

    岸坡：用 BSTEM（趾部冲刷 + 崩塌）基于动床结果评估；方案快速对比可用 SIAM。

    高含沙/泥石流：改用非牛顿流体库（屈服应力、塑性粘度；泥石流再加摩擦），沿沟加密网格，上游给流量+浓度过程线，看堆积范围与厚度。

官方入口：1D Sediment Transport · 2D Sediment Transport · Mud and Debris Flow

1. 确认水流场已经合理

   运行一维/二维水动力，检查流量分配、回水与滞水区。水质组分只在已算好的流场上做输运与反应，流场不对则浓度场无意义。

2. 准备气象数据（完整能量平衡必填）

   整理逐时（推荐）气象序列，至少包括：

   • 短波太阳辐射 · 气压 · 气温 · 湿度 · 风速 · 云量

   风速要能换算到水面以上 2 m 高度。气温和辐射日变化大，月平均通常不够。

   热平衡在算什么？表层净热通量 \(q_{net}=\beta q_{sw}+q_{atm}-q_b-q_h-q_l-q_{sed}\)，再通过水体热容改水温。植被河岸可加遮荫/挡风/保温系数。

   多层水柱热交换源汇示意官方截图

   

   本图解释「气象强迫如何进入热平衡」——与本步准备的辐射/气温/风速数据一一对应。短波、长波、潜热、感热与沉积物–水体热交换。来源：HEC 官方 Water Temperature Simulation Module

3. 打开 Water Quality 数据入口

   在主界面选择 Edit | Water Quality Data…（或 Plan/边界数据中的 Water Quality 入口），新建水质数据文件并保存。

   你将用到三套组分库：Temperature（水温/泥沙温度）、NSM（营养盐–藻类–DO–CBOD）、GCSM（一般组分：示踪、微生物等）。

4. 新建 WQ Constituent Set

   打开 WQ Constituent Set Editor，选择 File / 菜单 → Create New WQ Constituent Set，命名（如 WQ_Base）。

   可建多套组分集做情景对比；切换前点 Apply 保存，避免丢参考值。

   WQ Constituent Set Editor 示例官方截图

   

   组分集编辑器：列表里是已启用组分与参考值。来源：HEC 官方 WQ Constituent Set Editor 文档

5. 点 Edit Set，从库里勾选组分

   点 Edit Set 打开 WQ Constituent Selector。在 Library 下拉中选择库，勾选需要的组分后点 Apply：

   • Temperature：勾 Water Temperature（需要时再加 Sediment Temperature）。
   • NSM：按目标勾 Dissolved Oxygen、Ammonium、Nitrate、Inorganic Phosphorous、Phytoplankton 等。
   • GCSM：保守示踪、大肠杆菌、一般颗粒等，可多套、各带独立速率。

   点 Clear Selections 可清空当前库的勾选；完成后点 OK 回到编辑器。

   WQ Constituent Selector · Temperature 库官方截图

   

   Temperature 库：Water Temperature / Sediment Temperature。来源：HEC 官方 WQ Constituent Selector

   WQ Constituent Selector · NSM1 库官方截图

   

   NSM 营养盐库常见组分：DO、NH₄、NO₃、无机磷、浮游植物。来源：HEC 官方 WQ Constituent Selector

6. 给每个组分填参考值/初始浓度

   回到 WQ Constituent Set Editor 表格，为各组分填写 Reference / 初始浓度（mg/L 或文档规定单位）。GCSM 组分还要填速率参数（见阶段 C）。

7. 设置上游与旁侧入流浓度

   在边界条件编辑器中，为各组分指定 浓度过程线（与流量过程线同步）。点源排口用旁侧入流，在排口附近保证网格/断面分辨率足够。

   先用 保守示踪（GCSM 近保守）跑一遍，看输运时间尺度是否合理，再上反应组分。

   边界组分数据源选项官方截图

   

   浓度过程线可来自常数、DSS 或环境值；与流量过程线时间对齐。 来源：HEC 官方文档

8. 填反应速率与温度系数

   按 20 °C 率定值填写 \(k(20)\) 与温度系数 \(\theta\)（常见 1.01–1.10），运行时自动换算 \(k(T_w)=k(20)\,\theta^{T_w-20}\)。

   GCSM 一般组分典型源汇：零级/一级衰减、沉降 \(v_s\)、底泥释放 \(k_{sed}\)。NSM 则涉及藻类生长/呼吸、CBOD 耗氧、硝化、复氧等——优先用文献或本站监测约束，不要全靠默认值。

   和泥沙一起算时：悬沙影响光消光→水温与藻类；温度序列与时间步要与泥沙分析保持同一套，避免两套强迫。

9. （可选）植被河岸修正

   若河道有浓密岸林，可在水温模块中设 遮荫系数、挡风系数、长波保温系数（0=无植被影响，1=完全遮蔽/挡风）。可按季节变化。

10. 把组分集挂到 Plan 并计算

    在 Unsteady Flow Analysis 中选择对应几何/水流，指定 WQ Constituent Set，保存 Plan（如 WQ-Base）后点 Compute。

    先跑短时段确认稳定，再跑率定期。

11. 先看水温，再看 DO 与氮磷

    在结果绘图中依次检查：

    • 水温沿程/逐日：是否贴近观测（日最低/最高）。
    • DO：是否出现不合理耗氧谷；与水温、CBOD 对照。
    • NH₄ / NO₃ / PO₄：点源下游是否按预期衰减或累积。

12. 率定顺序建议

    官方与工程实践的稳妥顺序：

    ① 输运（保守示踪/流场）→ ② 水温（辐射与蒸发强迫）→ ③ DO（复氧与耗氧）→ ④ 营养盐与藻类。

    一次只动一类参数；每改一组速率就保存新的 Plan/组分集，方便回退对比。

官方入口：User's Manual · Documentation Home · Guides & Tutorials

HEC-RAS 的一维水动力计算基于水力学三大方程：连续性方程（质量守恒）、能量方程（伯努利方程的工程扩展）与动量方程（牛顿第二定律）。三者适用于不同场景——渐变流用能量方程，急变流（水跃、桥梁、汇流节点）用动量方程，连续性方程则贯穿始终。

恒定渐变流的基本计算基于一维能量方程：断面 2 的总水头等于断面 1 的总水头减去两断面间的能量损失：

能量损失由两部分组成：摩阻损失 h_f（用曼宁公式计算）与收缩/扩张损失 h_c（等于流速水头变化乘以收缩/扩张系数 C）：

在急变流场景——混合流态（水跃）、桥梁水力、汇流节点——能量方程不适用，改用动量方程求解。

n 值是模型中最敏感的参数之一，参考范围（数值见官方《Hydraulic Reference Manual》）：

弗劳德数（Froude number）是判断明渠流态的核心无量纲数：Fr < 1 为亚临界（缓流），扰动向上游传播、水流受下游控制；Fr = 1 为临界流；Fr > 1 为超临界（急流），水流受上游控制。HEC-RAS 恒定流计算据此自动选择计算方向。

明渠渐变流水面线按床坡类型（缓坡 M、陡坡 S、临界坡 C、水平 H、逆坡 A）与水深相对正常水深 y_n、临界水深 y_c 的区域组合分类，共 12 类（如 M1/M2/M3、S1/S2/S3 等）。判断水面线类型可帮助验证计算结果是否物理合理：

能量方程假定能量守恒（含损失项），在急变流区域不成立——水跃、桥梁/涵洞上下游、闸堰、汇流节点等场景 HEC-RAS 使用动量方程。水跃的共轭水深关系是判断跃前跃后水位的经典公式：

1D 非恒定流求解器（改编自 UNET）数值求解一维圣维南方程组。连续方程：

动量方程：

HEC-RAS 一维非恒定流求解器在时空网格上采用Preissmann 四点隐式格式离散圣维南方程组：每个计算时段内，未知量同时以当前时刻与下一时刻的加权平均参与求解，从而允许较大的时间步长而不失稳。时间权重 θ 决定格式性质：

显式数值格式要求信息传播在一个时间步内不越过一个空间步长，即 Courant 条件；隐式格式理论上无条件稳定，但为控制数值耗散与振荡，仍建议满足 Courant 数接近 1：

2D 求解器在非结构化网格上求解二维浅水方程（连续性 + x/y 方向动量，含底坡、摩阻、涡粘、风应力等项），扩散波求解器则忽略对流加速度项以换取更好的稳定性与更大时间步。连续性方程：

x 方向动量方程（示意，完整含风应力与科氏力项）：

扩散波忽略圣维南方程组中的惯性项（对流加速度与当地加速度），保留压力项与摩阻项，稳定、可大步长，是 HEC-RAS 2D 默认求解器（SWE-EM）的理论基础，适合大多数漫滩与城市洪涝：

2D 求解器采用有限体积法：在每一个网格单元（cell）上积分守恒形式的方程，通过单元面（face）计算相邻单元间的流量通量——这正是实战章节中"单元中心 / 单元面 / 面端点"三个概念的数值理论来源；单元面必须沿堤防等线性阻水物对齐，否则通量会"泄漏"。

动床模拟把河床变形与水流输沙耦合起来：河床高程变化由输沙量沿程梯度决定（Exner 方程），而输沙率由水动力条件（剪应力）与床沙粒径决定。HEC-RAS 泥沙模块支持多种输沙率公式（Meyer-Peter Müller 推移质、Engelund-Hansen 全沙、Toffaleti 等），按粒径分级计算。

水质组分（温度、溶解氧、藻类、营养盐、CBOD 等）在水体中的迁移由对流与扩散/弥散控制，并叠加反应源汇项。HEC-RAS 一维水质输运采用 QUICKEST-ULTIMATE 格式求解：