金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究与洱海人物互动场景分析

导读：《大口径系统水力流态模拟研究》是镇江沿金山湖工程9项专题研究之一，主要研究内容包括TAP模型对大口径排水管道系统浪涌分析、末端泵站计算流体力学（CFD）模型分析和跌水竖井CFD模型分析。该专题研究科学分析了镇江金山湖大口径管道系统的水力学、泵站运行和跌水竖井等问题，以规避涌浪流带来的可能风险、辅助大口径管道系统方案论证以及优化泵站、竖井等构筑物的设计。

深层排水隧道浪涌的危害及其评估重要性

在深层排水隧道内，复杂的非满流、无压满流和压力流现象极易导致不稳定波动，这种情况下，自由气泡在封闭隧道内上下传播形成空气腔，从而引发强烈的压力波和冲击波，对于长期安全运作至关重要。图1展示了强降雨时深隧产生气爆水柱的情况。

TAP模型——评估工具

由于其能够处理非连续性的空腔和压力波，TAP模型成为了世界范围内多个排水隧道项目中的首选。它采用有限体积法全解一维圣维南方程，并引入Preissmann狭槽模拟压力流，使得精细化分析成为可能。此外，它还具备自定义Preissmann狭槽宽度、高度可调节输出结果步长等特点。

模型工况与结果

通过SWMM5导出入流量曲线，对5个入流量进行了建模，并按照5年、一年及50年重现期分别进行降雨模拟。在这些工况中，大口径管道内产生最为严重的不利条件是在50年一遇3小时降雨下的快速填充过程中出现负压、气穴及振荡现象。

末端泵站CFD模型

本次使用CFD软件建立并校准了一系列三维几何形状以便进行8台排涝泵组设计方案输入模拟。这使得我们能够观察不同进water water force条件下前池布局分布情况，以及对于关键参数如前池结构尺寸、大整合构筑物、大型机组平面布置、小型机组平面布置等提出建议。

跳落竖井CFD模式验证

此外，还针对挡板跳落竖井进行了设计调整，以确保在消能同时尽可能减少进入隧道路面的掺气量。本项目由刘绪为担任总负责人，与中国市政工程华北设计研究院有限公司、新地中联工程设计有限公司及中国 水利电科学研究所合作完成。

通过以上工作，我们成功地规避了潜在风险，同时为未来的大规模建设提供了依据。此外，本文也阐述了如何利用现代技术来提高城市规划与环境保护方面的效率，为居民创造更好的生活环境。