金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究在美丽乡村规划设计案例中的应用与实践

在镇江金山湖工程中，为了确保排水系统的安全性和高效运行，我们开展了一项名为《大口径系统水力流态模拟研究》的专题研究。该研究旨在通过TAP模型对深层排水隧道的浪涌分析，以及末端泵站和跌水竖井的CFD模型分析，以规避潜在风险、辅助大口径管道系统方案论证，并优化泵站、竖井等关键结构设计。

首先，我们探讨了深层排水隧道内复杂的水力流态及其对管道安全的影响。在充满过程中，涌浪流和过渡流（瞬变流）的不稳定现象极易导致管道损坏或其他问题。因此，对于这些情况进行科学分析至关重要，以便预测并规避可能出现的问题。

接下来，我们介绍了TAP模型，这是一种广泛用于全世界多个排水隧道项目中的专业工具。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。这使得TAP能够精细化分析浪涌形成过程，并量化浪涌程度。此外，TAP还具备自定义Preissmann狭槽宽度、定义闸门和堰等功能，使其更加适合复杂环境下的应用。

我们使用TAP模型对镇江大口径系统进行建模，包括隧道、竖井、枢纽泵房及构筑物等，然后根据不同降雨工况下产生的浪涌现象，对隧道及构筑物提出了相关优化方案，为设计提供指引。

此外，还进行了末端泵站CFD模型研究，以评估不同工况下泵站的平稳性以及安全运行情况。通过模拟前池布局，在不同进水条件下评估前池附近的流量分布，从而优化泵站布局设计并提出建议。

最后，我们也针对跌水竖井进行了CFD模型验证，以校核是否能满足跌水结构在消能同时尽可能降低进入隧道掺气量要求。这一系列研究工作对于保障金山湖工程的大口径排water 系统运行安全具有重要意义。