[发明专利]灌溉水闸消力池及其结构设计与建造方法

说明书

本发明提供灌溉水闸消力池及其结构设计与建造方法，能够有效提高灌溉水闸结构设计水平，保障消力池消能性能。设计方法包括：根据灌溉水闸和消力池待安装处的实测数据建立消力池的设计参数优化模型；以消力池深度与收缩水深为变量初始化鲸鱼的位置，在一定范围内随机生成的方式进行初始化；对初始化后的群体进行分群，随机分为N个群体组成岛群；根据、消力池设计参数优化模型，计算每个个体的适应度值；对每一个分群中的个体采用鲸鱼优化算法进行搜索，并计算搜索后的适应度值；判断是否要进行岛群搜索；判断进化代数计数是否达到进化最大代数，若达到则输出当前求得的最优解并结束，得到消力池的结构参数；否则返回鲸鱼优化算法进行搜索。

技术领域

本发明属于消力池结构设计领域，具体涉及灌溉水闸消力池及其结构设计与建造方法。

背景技术

灌区水闸是一种水头低挡水、泄水建筑物，其具有防洪、排涝、灌溉、供水、河道治理等作用。在灌区水闸的设计过程中消力池计算是其中重要一环，消力池的作用是减少水流多余的能量，起到保护水闸、下游河床、及岸坡的作用。

在消力池的设计过程中，需考虑实际中的可行性与经济性，并通过对消力池设计参数计算实现。在消力池的计算中往往需要对多变量高次方程进行求解，其求解的难度较大且消耗时间长。以往的研究中一般借助图解法、试算法及迭代公式进行计算，这些方法虽然可以一定程度上求解，但都实际应用中均存在一定问题。图解法和试算法计算工作量大且计算过程复杂，实际应用采用较少。迭代算法存在收敛速度慢且是否求得最优解与初始迭代值有关，存在不收敛的风险，在计算的过程中难以得到合理准确的解或得不到解。消力池设计消能性能差则无法达到减小水流能量及保护水闸及下游河床的作用，进而威胁整个系统的安全；而消力池设计过度，则极大增加建设成本。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供灌溉水闸消力池及其结构设计与建造方法，能够有效提高灌溉水闸结构设计水平，保障消力池设计的实用性与经济性，保障消力池消能性能。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

方法

本发明提供一种灌溉水闸消力池结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据灌溉水闸和消力池待安装处的实测数据建立消力池的设计参数优化模型：

式中，消力池深度d与收缩水深h_c为变量，α为水流动能校正系数，q为过闸单宽流量，g为重力加速度，为流速系数，T₀为由消力池底板顶面算起的总势能，f(d,h_c)为消力池深度计算式；

消力池总势能T₀为：

式中，H为消力池待安装处的上游水深，v为消力池待安装处的上游行近水流速度，P为上下游高差；

消力池深度f(d,h_c)为：

d＝σ₀h″_c-h′_s-ΔZ，

式中，σ₀为水跃淹没深度，h″_c为跃后水深，h′_s为出池河床水深，ΔZ为出池落差；

跃后水深h″_c为：

式中，b₁为消力池首端宽度，b₂为消力池末端宽度；

出池落差ΔZ为：