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水 利 学 报

2025 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2025）07-0898-11

基于伴随方法的多沙泵站前池流态优化探索

王海东 1，2 ，许 栋 1，2 ，冉启华 1，2 ，袁赛瑜 1，2 ，唐洪武 1，2
（1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学 水利部水循环与水动力系统重点实验室，江苏 南京 210098）

摘要：在多泥沙河流正向进水泵站前池中，由于断面突扩容易形成漩涡流态和泥沙淤积，干扰泵站正常运行。针
对该问题，目前常通过增设导流墩等措施优化流态。然而，传统优化方法存在工况组合繁多、主观性与经验性较
强的问题，难以获得最优设计方案。本文将空气动力学的伴随优化算法和水沙两相流理论结合计算，通过求解敏
感度函数，对流场方程和伴随方程同时进行迭代求解，优化泵站前池水沙流态。结果表明：针对传统八字形导流
墩，采用伴随优化法，微调几何外形，基本消除大尺度漩涡，特征断面流速均匀度高达 90.23%，漩涡结构体积较
无整流措施减小 85.47%，较传统导流墩方案减小 75.32%，泥沙淤积减少 65.22%，优化效果显著。伴随优化算法
可为泵站前池优化提供新的途径。
关键词：多泥沙河流；伴随优化算法；水沙两相流；泥沙淤积；漩涡结构
中图分类号：TV675 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240778

1 研究背景

泵站工程在水资源合理配置、抵御自然灾害、保证工农业生产等方面起到了不可或缺的作用。随
着我国城市化以及工业化的迅速推进，响应国家绿色发展理念，加大泵站建设投入并对已有泵站进行
调整维护势在必行。
泵站通常由泵站构筑物、机电设备、辅助设备以及进出水建筑物组成，受到容积、水力、水质、
设备和工况等因素影响，不少泵站的运行效率远低于设计标准 。前池是泵站中连接引水渠和进水池
［1］
的组成部分，其作用是保证水流能够以平稳状态进入进水池中，但是在引黄灌区，大量的泥沙随着河
水从引水渠进入前池，形成沉降和淤积，恶化前池流态，严重影响到水泵的抽水作业。据统计，地处
［2］
多沙河流区的泵站运行效率大多低于 60%，个别泵站甚至低于 30% 。因此，如何通过调控深度优化
前池内流态，对于延长泵站运行周期、减少泥沙淤积、提高泵站能效运行有着十分重要的意义。
［3］
泵站前池中水流到达闸门入口时由于断面突扩会产生大型漩涡区域，降低水泵抽水效率 。为改
善这种状况，王琪等 针对正向泵站前池研究了多种组合整流措施，最终得到前池墩栅阵列分水整流
［4］
［5］
和吸水室墩墙联合均流消涡方案；Xu 等 针对正向泵站前池研究了 27 种不同整流措施，通过优化机
组进水条件改善了前池内水流流态。王海东等针对我国西北地区具有高含沙量特点的前池流态，提出
［7］
［6］
［8］
并联组合式整流 、开机组合方式 、圆形前池底坎消涡法 等流态改善措施，从不同方面提升了泵
站运行效率。此外，孙天野等 、白涛等 ［10］ 、娄本星等 ［11］ 利用数值模拟与试验等方法，从多种整流措
［9］
施的流速分布均匀度与平均偏流角等方面，研究不同类型前池漩涡流态优化，相关研究构成了较为丰
富的整流措施案例库。

收稿日期：2024-12-02；网络首发日期：2025-05-19
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250519.1013.002
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基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3200032）；国家自然科学基金项目（52179076， U2443219）
作者简介：王海东（1993-），博士，助理研究员，主要从事水力学及河流动力学研究。Email：wanghaidong@hhu.edu.cn
通信作者：许栋（1980-），博士，教授，博士导师，主要从事水力学及河流动力学研究。Email：xudong@hhu.edu.cn
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