金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研究推动景区可持续发展的典范案例

导读：《金山湖大口径系统水力流态模拟研究》是镇江市政府为实现金山湖景区可持续发展而开展的一项重要工程，旨在科学分析并优化金山湖大口径管道系统的运行和设计，以避免潜在风险、辅助方案论证以及优化泵站、竖井等关键设施。

深层排水隧道浪涌的危害及模型评估的重要性

在深层排水隧道内，复杂的非满流、无压满流、压力流等不同类型的水力学现象可能导致不稳定。自由水流在封闭管道内产生空气腔，并且随着上下传播造成浪涌，这些波动极有可能破坏管道结构甚至引发爆炸。因此，通过TAP模型进行深层隧道和尾端泵站的水力分析至关重要，可以预测不同降雨情况下的隧道流量状态，并规避潜在风险。

TAP模型及其应用

TAP（Transient Analysis Program）是一种广泛用于全世界多个排水隧洞项目中的专业分析工具，因其能够准确模拟非连续性的空腔和压力波现象，被认为是最有效地预测给予和排除管线涌浪分析工具之一。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。在保证结果收敛基础上自动计算每个节点所需最小步长，从而进行精细化分析。

2.1 水力学流态浪涌分析

利用TAP模型，对镇江大口径系统进行建模，研究不同降雨工况下的浪涌现象对隧道及构筑物影响，并根据基础模型提出相关优化方案，为设计提供指导。

2.2 TAP模型建立与数据输入

将主隧相关信息，如直径、长度、上下游标高以及曼宁系数等，以及入流量竖井节点信息如入流量竖井口高程及埋深，以及泵房信息如泵性能曲线开闭水位吸收池前池等数据输入到TAP中进行建模。

末端泵站CFD模型

为了评估不同工况下泵站安全运行状况，使用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件对末端泵站前池布局进行了建模，以便于评估关键参数如前池结构尺寸设计整流构筑物设计选型机组平面布置设计冲洗通路并提出建议以提高运营效率。

3.1 CFD模型构建过程

首先，将8台排涝泵作为主要研究对象，将其几何形状与8台组合设计方案输入CFD中；然后，在软件中设置进出流量条件并开始计算；最后，对比实际物理实验结果来校验计算准确性或调整算法参数以获得更精确结果。

3.2 模拟结果分析

通过5种不同的工况分别对4组全开的情况、一侧一台开情况单侧两台开情况各方面进行了详尽分析，最终得出结论：虽然前池内存在不均匀速率分布，但接近吸收点时基本处于平稳状态，没有出现显著紊乱，因此基本符合要求。根据这些发现，为提升性能提出了改进建议，如调整入口方向使之更加垂直进入后方部分减少漩渦形成，从而进一步改善液体循环效率增加设备寿命延长操作成本节约提升整体工作效能。

跳落式竖井CFD验证与校核工作

此外，还包括了跌落式竖井CFD验证工作，即校核是否能同时达到既定的消能需求又尽量减少进入输送通路中的掺气量，以保证整个输送网络的一致性和安全性。此类技术创新对于保障景区生态环境保护具有不可忽视作用，同时也为其他类似项目提供了宝贵经验教训，使其成为推动该地区可持续发展的一个典范案例。