[發(fā)明專利]灌溉水閘消力池及其結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011451471.6
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112560142A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧巍;張正煥;王超;張海琪;宋緒陽
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06N3/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發(fā)明提供灌溉水閘消力池及其結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造方法，能夠有效提高灌溉水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，保障消力池消能性能。設(shè)計方法包括：根據(jù)灌溉水閘和消力池待安裝處的實測數(shù)據(jù)建立消力池的設(shè)計參數(shù)優(yōu)化模型；以消力池深度與收縮水深為變量初始化鯨魚的位置，在一定范圍內(nèi)隨機生成的方式進(jìn)行初始化；對初始化后的群體進(jìn)行分群，隨機分為N個群體組成島群；根據(jù)、消力池設(shè)計參數(shù)優(yōu)化模型，計算每個個體的適應(yīng)度值；對每一個分群中的個體采用鯨魚優(yōu)化算法進(jìn)行搜索，并計算搜索后的適應(yīng)度值；判斷是否要進(jìn)行島群搜索；判斷進(jìn)化代數(shù)計數(shù)是否達(dá)到進(jìn)化最大代數(shù)，若達(dá)到則輸出當(dāng)前求得的最優(yōu)解并結(jié)束，得到消力池的結(jié)構(gòu)參數(shù)；否則返回鯨魚優(yōu)化算法進(jìn)行搜索。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及灌溉水閘消力池及其結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造方法。

背景技術(shù)

灌區(qū)水閘是一種水頭低擋水、泄水建筑物，其具有防洪、排澇、灌溉、供水、河道治理等作用。在灌區(qū)水閘的設(shè)計過程中消力池計算是其中重要一環(huán)，消力池的作用是減少水流多余的能量，起到保護(hù)水閘、下游河床、及岸坡的作用。

在消力池的設(shè)計過程中，需考慮實際中的可行性與經(jīng)濟性，并通過對消力池設(shè)計參數(shù)計算實現(xiàn)。在消力池的計算中往往需要對多變量高次方程進(jìn)行求解，其求解的難度較大且消耗時間長。以往的研究中一般借助圖解法、試算法及迭代公式進(jìn)行計算，這些方法雖然可以一定程度上求解，但都實際應(yīng)用中均存在一定問題。圖解法和試算法計算工作量大且計算過程復(fù)雜，實際應(yīng)用采用較少。迭代算法存在收斂速度慢且是否求得最優(yōu)解與初始迭代值有關(guān)，存在不收斂的風(fēng)險，在計算的過程中難以得到合理準(zhǔn)確的解或得不到解。消力池設(shè)計消能性能差則無法達(dá)到減小水流能量及保護(hù)水閘及下游河床的作用，進(jìn)而威脅整個系統(tǒng)的安全；而消力池設(shè)計過度，則極大增加建設(shè)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供灌溉水閘消力池及其結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造方法，能夠有效提高灌溉水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，保障消力池設(shè)計的實用性與經(jīng)濟性，保障消力池消能性能。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用了以下方案：

方法

本發(fā)明提供一種灌溉水閘消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)灌溉水閘和消力池待安裝處的實測數(shù)據(jù)建立消力池的設(shè)計參數(shù)優(yōu)化模型：

式中，消力池深度d與收縮水深h_c為變量，α為水流動能校正系數(shù)，q為過閘單寬流量，g為重力加速度，為流速系數(shù)，T₀為由消力池底板頂面算起的總勢能，f(d,h_c)為消力池深度計算式；

消力池總勢能T₀為：

式中，H為消力池待安裝處的上游水深，v為消力池待安裝處的上游行近水流速度，P為上下游高差；

消力池深度f(d,h_c)為：

d＝σ₀h″_c-h′_s-ΔZ，

式中，σ₀為水躍淹沒深度，h″_c為躍后水深，h′_s為出池河床水深，ΔZ為出池落差；

躍后水深h″_c為：

式中，b₁為消力池首端寬度，b₂為消力池末端寬度；

出池落差ΔZ為：