金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟助力旅游景区宣传推广方案

导读：《金山湖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

在隧洞充满过程中，涌浪流和过渡流（瞬变流）的不稳定水力现象极易对管道产生非常不利的影响。自由水流在封闭的管道内上下传播压力波，从而造成浪涌现象，将导致管道破裂或污水渗漏。

图1强降雨时深隧产生气爆water column影像图片

因此，采用TAP模型进行模拟分析可以评估并规避浪涌形成的风险。

浪涌分析模型——TAP模型

由于深层排水隧道内空腔和压力波是不连续的，具有较复杂的非线性特征，因此需要专业工具如TAP进行模拟。TAP通过有限体积法全解一维圣维南方程，并引入Preissmann狭槽模拟压力流量。在保证结果收敛基础上自动计算各段所需最小步长，这两点优势使得精细化分析成为可能。

2.1 水理学观测数据与预处理

利用SWMM5软件导出入流量曲线，然后输入到TAP中进行建模，同时考虑不同降雨工况下的变化情况。

2.3 模型工况与仿真结果

依据实际场地条件设置五个入流量水平，以及不同重现期（5年、10年、50年）的降雨模式进行仿真，以便评估各种潜在风险及影响因素。

2.4 结果交叉验证与风险识别

高重现期短历时情况下，大口径管内产生不利的情况最为严重，而其他工况表现相对平稳，没有出现其他不利的情况。此外，对于50年一遇3小时工况下快速填充过程中的负压、高频振动等异常现象提出相关改进建议以提高安全性。

末端泵站CFD模型建立与优化建议

3.1 CFD建模方法介绍

将8台排涝泵及周边结构参数输入CFD软件中，并设定多种工作条件，如单侧四组全开或部分开启状态，以获得最佳操作配置及设备选择策略。

3.2 模型结果评价与推荐措施

基于物理可行性原则调整前池布局设计，使得进出流量更均匀分布，同时减少漩旋效应；根据CFS结果调整吸入口形式以促进顺畅通风，最终确保整个装置正常运作且能有效防止事故发生。

4 繁殖竖井CFD应用实践

4.1 站点考察 & 数据采集：确认垂直结构形状及其尺寸要求。

4-2 计算机仿真测试：使用三维数字孪生技术来监控结构性能并确定其适用范围。

项目团队：

项目负责人：刘绪为, 徐保祥

合作单位：

中国市政工程华北设计研究总院有限公司蒋平, 王浩正, 盛政, 方帅, 张磊, 宋晓阳,

新地中联工程设计有限公司郭佳, 彭东升,

中国土木建筑信息学院张东,

江苏满江春城市规划设计公司傅源,

本文旨在通过科学合理的大规模数据驱动，为未来旅游景区开发提供有益参考，让游客能够更加安心享受自然之美。