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业发展前景探索

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及其模拟重要性

深层排水隧道内的非满流状态极易引发不稳定波动，影响到隧洞结构安全。图1展示了在强降雨情况下形成的气爆现象，这种现象会直接威胁到人身安全及构筑物完整性。因此，对于这种复杂环境下的流量进行精确预测至关重要。

TAP模型应用于浪涌分析

TAP模型通过一维圣维南方程及Preissmann狭槽模拟压力流，能够准确地描述不同工况下的非连续波动特征。此外，该模型还可以自定义Preissmann狭槽宽度以减少总调蓄容积增加，并支持用户自定义输出结果步长，提高了模拟效率。

模型建立与工况设定

为了验证TAP模型在实际工程中的可行性，我们首先将镇江的大口径排水隧道数据输入TAP中，然后设定5个入流量点为SWMM导出的曲线，并分别进行5年、一年、三十年、一百年的降雨模式仿真。

模型结果分析与风险评估

通过对不同重现期下的五种工况进行仿真，我们发现50年一遇3小时的情况下，大口径管内产生最为严重的不利风向条件。这表明，在高频率短时刻下，大规模洪峰可能导致更大的破坏，因此需要采取相应措施来防范这一风险。

末端泵站CFD模型应用

为了评估末端泵站在不同工作条件下的性能，我们使用CFD软件建模并进行了一系列仿真实验。在这些实验中，我们观察到了进出池区域存在较大的速度分布不均，但是在吸收池附近却表现出了较好的稳定性，没有出现显著紊乱。这表明尽管存在一些改进空间，但目前设计已经基本符合要求。

跳板垂直井CFD模型验证

此外，还针对跳板垂直井进行了设计优化，其中包括调整各个垂直井入口角度和干湿区比例，以及校核其在不同的工作条件下是否能有效控制进入隧道路面的掺气量。这些努力旨在提高整个系统的整体效率和可靠性，为未来生态旅游业发展提供坚实基础。