Page 46 - 2024年第55卷第2期

坡度改变后与流态之间的影响关系进行了研究，得到了二者合理取值且发现其值均可改善前池流态。
以上研究成果表明，泵站进水结构设计参数的选取对水流流态和水泵水力性能均有不同程度的影响，
但在参数优化方面仍存在一些不足，忽略了泵站进水结构中前池和进水池的相互扰动性，未考虑连续
取值范围内的最优解，且在进行结构优化设计时未考虑各参数对内部流场特性的共同影响，缺乏多参
数的耦合协同优化，优化评价指标与设计参数之间的影响程度还有待明确。
本文以甘肃省景电灌区典型正向进水泵站为研究对象，确定进水结构流场特性评价指标和结构设
计参数，利用正交表构建样本数据库。运用 ＰＳＯ － ＢＰＮＮ算法对泵站原型（泥沙淤积前）进水结构流场
特性评价指标与设计参数之间的映射关系进行辨识拟合，基于预测输出指标和线性加权法构建目标函
数并通过 ＭＩＧＡ算法进行全局搜索寻优，实现水源含沙提水泵站原型进水结构流场特性参数耦合协同
优化，利用水沙两相流模型对最优设计参数组合进行数值模拟，并对比原设计参数组合分析其优化
效果。

２ 现场调查与评价指标确定

景电灌区位于我国西北干旱区黄河上游段，属于大Ⅱ型引黄灌区，灌区内建有泵站 ４３座 ［８］ 。选
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取灌区内典型正向进水泵站，其设计流量为 ６．０ｍ ?ｓ，设计水位为 １６０４．４５ｍ，共布置机组 ８台套，其
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中 ５＃机组设计流量为 １．６ｍ ?ｓ，其余机组设计流量为 ０．８８ｍ ?ｓ。具体结构形式如图 １（ａ）所示。选取特
征观测断面及观测点进行泵站进水结构水沙两 相流数 值模 拟 研 究，具 体 位 置如 图 １（ｂ）所 示。Ｘ轴
为横断面，Ｙ轴为纵断面，Ｚ轴为水平断面。Ｐ１—Ｐ８为吸水管特征断面。Ｚ１断面处于泵站进水结
构水深 ０．２ｍ处，Ｚ２断面处于 泵站 进水结 构水 深 ０．８ｍ处，Ｚ３断 面处 于 泵 站进 水 结 构水 深 １．５ｍ
处，Ｚ４断面处于泵站进水结构水深 ３．０ｍ处。观测点位于横断面与水平断面的交线上，并沿 Ｙ轴方
向等间距分布。

图 １ 典型泵站正向进水结构及观测布置示意图

２．１ 灌区引水含沙特性分析 灌区引入黄河水进行灌溉，受黄河泥沙含量变化影响 ６、７、８月的引沙
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含量最高，年均、最大含沙量约为 ３０ｋｇ?ｍ 、３８２ｋｇ?ｍ ，高引沙量使泵站进水前池泥沙淤积现象严
重。淤积泥沙呈近似轴对称分布在进水结构中轴线两侧，部分淤积严重区已经影响吸水管正常取水，
对典型泵站引水水流和前池淤积泥沙进行粒径取样分析，如表 １所列，灌区典型泵站前池内有 ９２．３％
的淤积泥沙颗粒粒径在 ０．０７５ｍｍ以下，属于极细颗粒沙土。
２．２ 流场特性评价指标选取 为全面、定量地评价进水结构流场特性，需通过合理评价指标来综合反
映泵站进水结构流场特性。固体边界特征对水流内部流场结构的影响直接关系到水流阻力与能量损失

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