金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究与线上旅游体验融合的人物场景设计

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以及采用模型评估的重要性

深层排水隧道内的非满流、高压满流或无压满流状态常见于隧洞充填过程中，尤其是过渡流量（瞬变流量）的不稳定现象极易对管道造成破坏。自由气泡在封闭管内产生空气腔，导致压力波在隧道内部传播并形成浪涌，这种情况下，累积的压力和冲击力量有可能引起破裂甚至爆炸。

图1显示了强降雨时深隧产生的地面气爆和跳跃现象。

因此，在不同降雨条件下，对深层隧道路况进行模拟分析显得至关重要，可以评估并规避潜在风险。此外，还可以通过线上旅游平台展示这些信息，让游客了解当地的地理环境及防洪措施，从而提升他们对于地方文化和自然保护意识。

波动分析模型——TAP模型

由于波动现象具有复杂性，需要专业工具进行模拟。在全球多个排污项目中广泛应用的是TAP（Transient Analysis Program）模式，它能够预测给定的输送网络中的波动行为，并提供精确数据以支持决策制定。TAP利用有限体积法全解一维圣维南方程，并结合Preissmann狭槽方法来处理高频率变化。这使得它能够更准确地捕捉到快速变化的情形，如短暂但强烈的暴雨事件。

模型建立与工况设置

基于初步设计资料，将相关数据输入TAP模式，并根据实际条件设立五种不同的入流量工况：5年、一年、三十年、一百年的重现期，以及2014年7月27日的一次实测暴雨情况。此外，还将使用SWMM软件导出入流量曲线，以便进一步模拟不同时间长度下的入流量变化趋势。

模拟结果及风险识别

实验结果表明，大口径管路内最为严重的情况发生于50年一次3小时暴雨期间，此时出现负压、气泡形成等不利状况。在其他工况下，如24小时持续降雨或一年一次30分钟暴雨，都未观察到类似问题，因此可认为这些情况相对安全。但为了提高整个工程质量，我们建议针对所有可能性进行详细规划，以防万一未来出现任何意料之外的问题。

末端泵站CFD模型验证

本次工作还涉及末端泵站CFD（计算 流体 动力学）模式验证，其目的是评估不同操作条件下的供热效率，同时优化设备布局以减少能耗。通过以上步骤，我们希望为建筑师们提供一个更加可靠且节能环保的大规模工业解决方案，为未来的城市发展奠定坚实基础。