金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究在生态农业旅游规划项目中的人物场景下应用探索

在镇江金山湖工程中，为了确保生态农业旅游规划项目的顺利进行，我们开展了一项重要研究——《大口径系统水力流态模拟研究》。该研究旨在科学分析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风险，并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。

首先，我们探讨了深层排水隧道中的浪涌危害及其评估重要性。在隧洞充满过程中，非满流、无压满流和压力流等不同流态可能出现，这些不稳定水力流态对管道产生极为不利影响。图1展示了强降雨时深隧产生气爆水柱的影像，凸显了浪涌现象对安全性的威胁。

接着，我们介绍了TAP模型作为一种专业工具，它广泛应用于全世界多个排水隧道项目中的隧道内水力流态分析。TAP模型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，其优势在于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、定义闸门和堰特征、自定义输出结果步长以及计算系统排气量等功能。

我们依据镇江大口径系统初步设计资料，对大口径系统进行建模，并利用TAP模型对不同降雨工况下的浪涌现象进行分析。这包括5个入流量竖井节点信息，以及泵房相关数据如泵性能曲线、开闭水位及前池信息。通过5年至50年的重现期分别进行降雨模拟，我们识别出了高重现期短历时情况下（即50年一遇3小时工况）最为严重的不利水力学流态情况。

此外，我们还建立了末端泵站CFD模型，以评估不同工况下泵站的平稳性及安全运行情况。CFD模型主要研究对象是8台排涝泵，因此将其输入软件中进行模拟。在五种不同的工况下，即4组全开、单侧一台开两种情况，以及各类进出流量分布的情况下，我们得到了关于前池布局设计优化建议，以及对于整合构筑物设计选型机组平面布置和运行条件提出的一系列结论。

最后，我们还针对跌水竖井做出了CFD模型验证，以校核是否能使结构在消耗能量同时尽可能减少进入隧道掺气量。此次专题研究由中国市政工程华北设计研究总院有限公司、新地中联工程设计有限公司以及中国 水利 水电科学研究院共同完成，为生态农业旅游规划项目提供了科学依据和技术支持。