金山湖大口径深层截流管道系统水力流态模拟研探秘金山湖之旅

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以及采用模型评估的重要性

深层排水隧道管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、压力流等不同流态。在隧道充满过程中，涌浪流和过渡流（瞬变流）的流量很常见，这类不稳定 水力 流态过程极易对管道产生非常不利的影响。

自由 水在封闭 的 管 道 内 流 动 而 产 生 的 空 气 腔， 水 的 压 力 波 在 封闭 的 排 水 隧 道 内 上 下 传 播 从 而 引 起 浪 涛 现 象， 水 流 在 管 道 内 逐 渐 累 积 的 压 力 和 冲 击 力 将 导 致 管 道 破裂 或 污 沟 渗 漏 即 形 成 水 柱 直 接 突 破 地 面。

图1 强 降 雨 时 深 隧 生 成 气 爆 水 柱 影 像 图 片

因此，由于这种情况下存在潜在威胁，因此采用高效率且可靠性的数学建模对于评估这些现象至关重要。通过建立精确的地理信息数据，可以预测并规避这些风险，为设计提供依据。

浪涌分析模型——TAP模型

由于深层排水隧道路面上空气腔与下方地表之间形成了一个开放空间，这种复杂的地形特征使得需要使用专业工具来进行详细分析。TAP是一种广泛应用于全世界多个排污隧道路面上的地下通风设备选择之中的数学建模方法，它被证明能够有效地预测给予交通或排污设施所需的大型通风设备数量，并且还能帮助我们更好地理解如何降低环境负担。

模型工况

为了验证这一点，我们首先根据实际数据建立了一系列假想情景，其中包括5个入流量进入垂直井，从而为这场实验提供了必要条件。然后，我们将这个假想情景投射到不同的重现期时间段里，如每年一次、三十年一次或者五十年一次，同时考虑到了不同频率下的降雨情况。这一系列操作使得我们的结果更加接近真实的情况，并且可以更准确地评估各种潜在风险。

模拟结果及建议

最终，我们发现当发生短期但强烈的降雨时，大规模波动可能会导致严重的问题，比如破坏结构或者增加维护成本。而长期但较温和的降雨则不会引起如此大的波动。这一结论为后续设计工作提供了指导，即如果需要减少这些类型事件带来的潜在危险，那么应该优先考虑那些能够抵御强烈暴雨冲击的小尺寸结构，而不是只关注最大容量，但同时也意味着最高成本的大尺寸结构。

结论与建议

总之，本次项目成功证明了利用现代计算机技术可以有效解决古老城市基础设施改造中的难题。这项研究不仅为未来的规划师们提供了解决类似问题的一套标准程序，也展示出当今科技如何帮助我们克服过去遗留下来的一些挑战。此外，对未来建筑活动来说，这些建立起来的人类知识库将成为不可或缺的一部分，因为它们有助于创造更加坚固耐用的建筑物，以及促进社会经济发展。