金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究与生态旅游可持续发展概念融合的人物场景分析

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，旨在探索如何通过科学的水力学分析和模拟技术来规避涌浪带来的风险，并为大口径管道系统方案论证提供依据。该研究不仅对于保障水利工程的安全运行至关重要，也为推动生态旅游业的可持续发展提供了宝贵的理论支撑。

深层排水隧道中的危机与模型评估之重要性

在深层排水隧道中，复杂的非满流、无压满流、压力流等不同类型的水力流态频繁发生，这些不稳定状态可能对管道结构造成极大的破坏。自由波在封闭空间内传播时产生空气腔，对隧洞内部构造形成威胁，甚至可能导致爆炸性的气泡形成。

图1：强降雨下深隧产生气爆现象

因此，在设计和运营这些高风险设施时，采用先进的模型如TAP（Transient Analysis Program）显得尤为关键。TAP能够精确预测并量化涌浪现象，为设计者提供必要的情报，以便制定有效防御策略。

TAP模型——一款用于处理复杂情况下的工具

TAP以其独特的一维圣维南方程解决方法和Preissmann狭槽模拟技术而闻名于世。这使得它成为全球范围内许多排水隧道项目中不可或缺的手段。在处理高频率降雨以及长时间连续暴雨的情况下，TAP能够准确地追踪及预测每个管节内流量变化，从而帮助我们更好地理解并管理这些复杂环境下的事件。

2.1 水力学浪涌分析

为了应对不同降雨强度下的潜在风险，我们利用TAP模型对金山湖的大口径系统进行建模，并进行了详尽的地面冲刷试验。此过程中，我们根据实际数据建立了一个包括主隧、竖井和泵站等关键构筑物的地理信息库，然后将这些参数输入到TAP软件中进行计算。

图2：浪涌分析过程示意图

2.3 模型工况设定

为了测试各种极端条件下所需采取措施，我们设置了五种不同的入流量模式，每种模式代表一次重现期不同的降雨事件。此外，还有三种主要工况被选取，其中包括短历时快速填充、高频率连续暴雨以及单次超级暴雨情况。

图4-6：各个竖井入流量随时间变化曲线

末端泵站CFD模型—优化设计方案

CFD（计算fluid dynamics, 流体动力学）是一种基于数值方法来解析物理问题特别是在多相介质混合中的行为。本次实验使用CFD软件来评估末端泵站前池区域中的液体运动特性，并最终提出了一系列改进建议，以提高整体效能和安全性能。

3.1 CFD建模步骤

首先，将8台排涝泵组合成一个完整单位，然后将其几何形状与性能参数输入到CFD软件中。接着，对整个泵站区域进行细分，每个部分都需要明确其初始条件，如入口速度分布等。最后，将所有数据上传至软件开始执行仿真计算任务。

图7: CFD建模过程概述

3.2 模拟结果分析

通过观察各个时间点上的速度分布，可以发现当4组全开工作时，大部分地区出现较均匀且平稳的液体运动；但当单侧只开一台泵工作时，不同位置之间存在明显差异，最严重的是中心线附近速度过快，而边缘则几乎静止，此处需调整设备布局以减少这种不均匀性影响。

此外，由于实际操作环境因素限制，如风速、湿度等，本次实验没有考虑这类因素，但未来可以进一步完善实验设置以获得更接近真实情况的情况数据。

综上所述，该项目团队致力于结合现代科技手段加强城市基础设施建设，同时也积极参与生态旅游业发展，为相关领域贡献自己的力量。

项目总负责人：刘绪为、徐保祥