金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究与旅游项目类型探究

导读：《金山湖大口径深层截流管道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

深层排水隧道内的水力流态非常复杂，隧洞内水体会出现非满流、无压满流、压力流等不同流量。在隧道充满过程中，涌浪现象和过渡流量（瞬变流量）的发生很常见，这类不稳定性的影响极易对管线造成严重后果。

自由液体在封闭通路中的运动产生空气腔，而在封闭排除隧道路面上下传播时形成波动，从而引发长时间累积的高压力的破坏作用。图1展示了强降雨时深隧产生气爆与溃决图片。

因此，对于如此复杂的情景，采用专业的数学建模来预测并规避这些潜在风险至关重要。这可以通过建立一个物理或数值模型来完成，该模型能够仿真不同降雨情况下的交通状况，并根据这些信息进行适当调整以减少潜在危险。

浪涌分析——TAP模型

由于深层排除通路内部存在不连续性，如空腔和波动，它们具有较为复杂的地质特征，因此需要使用专业工具进行详细调查。TAP是一个广泛用于全球多个排除通路项目中的工具，它被认为是一个有效且可靠的人工智能程序，用以预测给定的条件下液体流量及行程。

TAP采用有限体积法全解一维圣维那方程，并引入Preissmann狭槽模拟高速冲击。相比InfoWorks ICM和MIKE Urban,TAP更具优势，因为它能够自动计算所需最小步长，并用该最小步长进行精确计算。此外，TAP还具有以下特点：

用户可以自定义Preissmann狭槽宽度，以便减少因其引入而导致总调蓄容量增加的情况。

可以定义闸门、高墙或其他关键节点特征。

允许用户根据需求自定义输出结果每次迭代长度。

可以利用其输出结果计算总消耗能量。

水力学交互演示

为了更好地理解此类环境如何影响结构，我们依据初步设计资料建立了一个基于实际数据的大型渗透模式。在这个模式中，我们首先确定了所有相关参数，然后使用我们已经证明过效率最高的人工智能算法去测试不同的情境，看看哪种情形会导致最佳效果。这有助于我们了解在任何给定的条件下都会发生什么，以及我们应该采取何种措施来防止潜在的问题。

CFD建模应用

为了进一步探索此领域，我们决定将我们的焦点放在末端泵站上，其中包含8台排洪泵。一旦我们获得了所有必要数据，我们就创建了一系列几何形状，并输入到我们的CFD软件中进行仿真，以观察它们如何处理各种输入情况。

结论与建议

通过这项研究，我得出结论：尽管目前技术允许我们准确地预测某些事件，但仍然存在许多未知因素，这使得完全控制这一区域变得困难。此外，由于缺乏足够的历史数据来训练人工智能算法，使得他们能够准确预测未来事件，我们必须继续收集更多信息，以便更好地理解这些环境如何运作并制定相应策略。此外，为提高安全性，我建议加强对每个吸引池旁边位置形式调整，将侧向进射改为垂直向下进入方式。此举旨在减少误差并提供更加稳定可靠的人机界面。