金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟融入中国旅游景点3D虚拟旅游体验人物在数字化环境中探索自然之

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，旨在科学分析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，并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。

1.深层排水隧道中的复杂水力流态及其危害

在深层排水隧道内，自由水流会产生空气腔，这些腔体在封闭的环境中上下传播，形成浪涌现象。随着压力的累积和冲击力的增强，可能导致管道破裂、污水渗漏甚至爆炸，从而形成直接冲出地面的高压液柱。图1展示了强降雨时隧道产生的气爆和高压液柱。

2.TAP模型：评估与预防浪涌风险

由于深层排水隧道内存在不连续性且复杂的空腔和压力波动态，我们需要采用专业工具如TAP模型进行模拟分析。TAP模型能够有效预测给排放管线中可能出现的涌浪现象，是国际上广泛认可的一种分析工具。其优势包括快速模拟步长自动调整，以及对实际管段进行细分以精确计算波动过程。

3.利用TAP模型建模与分析

我们依据镇江大口径系统初步设计数据，对整个系统进行建模，并通过不同降雨工况下的模拟结果提出相关优化建议。这包括5个入流量点使用SWMM模型导出的入流量曲线，并按照5年、10年、50年重现期分别进行降雨模拟。此外，还有实测2014年7月27日暴雨情况下的运行状况。

4.CFD模型：评估末端泵站安全性

为了评估不同工况下末端泵站的安全运行情况，我们使用CFD（计算fluid dynamics）模型来仿真泵站前池布局。在不同的进水条件下，该模型可以优化前池结构尺寸设计、整流构筑物设计以及选型机组平面布置，为目前存在的问题提供解决方案。

5.跌水竖井CFD验证

此外，我们还针对挡板跌落竖井做出了设计调整，以保证结构在消耗能量同时尽量减少进入隧道路面的掺气量。该项目由多家单位共同参与，其中包括中国市政工程华北设计研究总院有限公司、新地中联工程设计有限公司以及中国 水利 水电科学研究院及江苏满江春城市规划设计研究有限责任公司等机构合作完成。