南水北调中线工程输水量大、控制结构多,水体流动的响应过程复杂,加之工程运行对效率和稳定性的要求高,凸显了对各种流动过程的研究的需求。数值模拟是研究流体运动规律的重要手段,模拟结果不仅能描述工程运行的各种规律,也有助于工程管理者对调水工程进行信息化、科学化管理。南水北调中线北京段的排水是一个水动力学过程,其数值模拟对于工程检修、事故处理具有重要的作用。然而,目前并未有专门针对南水北调中线排水过程的CFD(计算流体力学)模型。本文选择和改良了一个通用的排水模型,以期能为输水干线提供排水过程中各个时段的水流流态数据,达到为排水决策提供基础数据的作用,为解决南水北调中线北京段排水效率低下问题提供技术支撑。主要的研究成果如下：(1)南水北调中线北京段管道排水模拟模型选择分析。本文在对南水北调中线北京段排水过程明满流转化和水流调节装置复杂等特点的分析上,对适宜的排水模型进行了分析,并选用了具有大量管道模拟实践验证的SWMM模型模拟排水过程。SWMM模型的EXTRAN模块基于对圣维南方程的显式求解,通过验证,确定该模型对管道明满流模拟具有比较好的针对性,并且能够实现对流量调节装置的控制模拟。(2) SWMM模型(Storm Water Management Model,暴雨雨水管理模型)并行计算改进方法研究。为实现模型的快速计算,本文采用并行计算的方法修改了SWMM模型。利用MPICH软件提供的MPI(Massage Passing Interface,消息传递接口)并行编程环境,对SWMM的代码修改,并成功地将其移植到小型机群环境中,计算速度有了显著提高。水流流动是沿时间连续步进的,因此对SWMM的并行计算采用一种空间分割的方法。结合SWMM固有的解方程算法,提出了一种管网(河网)拓扑网络的一维储存方式,有效保证了并行计算的负载平衡。对本文使用的并行算法,推导了加速比的理论公式。经过南水北调中线北京段工程实例验证,表明该算法可有效提高计算效率。(3)南水北调中线北京段管道排水数值模拟模型系统研发。本文应用现代软件开发技术,将模型和可视化界面拼接起来,开发了南水北调中线北京段管道排水数值模拟模型系统,界面简洁实用,建模快速,并可为决策者提供丰富、直观的结果数据。(4)探索了北京段结构的建模方法。对于管涵,采用的基本数据为工程设计文件、工程维护资料等。为了得到模型的输入文件,开发了一套处理基础数据的工具。建模方面,自流和强排是干线排水的两种不同方式,两者依赖的排水动力不同,前者依赖干线的水流压力,后者依靠泵的抽水能力。本文提出了概化具有这两种排水方式的排水点的方法,并且利用SWMM的控制功能,实现了自流强排按照水位条件转化。(5)南水北调中线北京段管道排水点优化控制方式研究。为明确北京段排水点的排水能力、给出优化的排水点控制方式、明确干线内的水体状态,为实际排水提供决策支持,本文基于南水北调中线北京段管道排水数值模拟模型系统,设计了南水北调北京段的4种理想排水工况,分别对应不同排水点、连通井的开启策略。计算结果表明该段35排水点的排水能力是不同的,有些排水点的功能是不能替代的；有些排水点的功能是可以替代的,排水可以在减少部分排水点的情况下取得相同的排水效果。各排水工况下,排水点排水结束后干线内依然存在局部积水,主要是排水点分布不合理造成的。对结果统计分析,本文进一步提出了对排水点评价的定量方法,并给出了排水的工程措施和设备量优化,也为北京段推荐了的低能耗排水方案。本文是对南水北调排水模拟的试探性研究,模型、结果还需要进一步研究工作的验证。在并行算法、模型概化上仍然需要通过进一步研究和改进达到更加精确的模拟效果。