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用，有效抑制了流体的不稳定性，从而显著提高了流速均匀度。伴随优化后的导流墩相比图 8 有效减
小了前池内的高泥沙浓度区域，特别是在导流墩后方和池底附近的沉积显著降低。根据两相流理论，
泥沙在水流中的运动受控于浮力、阻力和惯性力。当流场更加均匀时，泥沙颗粒受到的剪切力增大，
其悬浮能力增强，从而减少沉积风险。此外，优化后的导流墩减少了泥沙滞留区域的涡量强度，这是
由于流动漩涡的能量衰减导致泥沙易于输移，难以形成稳定的沉积区域。这一现象可用湍流扩散理论
解释：湍流强度的降低减少了泥沙聚集效应，从而抑制了泥沙的沉积。

图 10 伴随优化后的前池水沙计算结果

从工程应用的角度来看，优化后的八字形导流墩设计通过流体力学特性改善，显著提升了泵站前
池的水流组织和泥沙输移性能。这不仅减少了泥沙沉积的清理成本，还保障了泵站运行的效率和可靠
性。特别是在高含沙水流条件下，该优化方案展现了水动力与导流结构完美匹配，为类似工程的导流
墩设计提供了可行的理论依据和实践参考。
3.4 流速均匀度与偏流角分析 为进一步证明伴随优化算法的有效性，引入流速分布均匀度 ϕ、断
面平均偏流角 θ，计算原工况、八字形导流墩、伴随优化下异形导流墩在断面 y1 的参数值。通过相应
数值进一步评估异形导流墩的实效性。流速均匀度 ϕ 采用式（5）计算，平均偏流角 θ 采用下式计算：
m ( )
∑ u ai arctan u ti
i = 1 u ai （15）
θ =
m
∑ u ai
i = 1
式中 u ti 分别为断面 y1 第 i 个计算单元轴向速度与横向速度，计算结果见表 2。
对于正向泵站前池，其流速均匀度通过指
表 2 流速均匀度与偏流角计算值
标 ϕ 表示。当 ϕ 趋近于 100% 时，表明前池内
工况 计算断面 ϕ/% θ/（°）
流 速 分 布 更 加 均 匀 ， 利 于 提 高 泵 站 的 运 行 效
原工况 y1 48.54 41.31
率。偏流角 θ 用于衡量进口水流方向与泵吸水
方向的偏离程度。当 θ 趋近于 0°时，说明水流 初步优化（采用八字形导流墩） y1 59.72 36.63
方向与泵吸水方向更加平行，前池内流态更趋 伴随优化（采用异形导流墩） y1 90.23 11.71
于理想化，泵站运行条件最佳。原工况：ϕ 为
48.54%，θ 为 41.31°。此工况下，前池内流速分布极不均匀，且水流方向偏离泵吸水方向较大，水流
紊乱，不利于泵站高效运行。八字形导流墩：通过初步优化，ϕ 提高至 59.72%，θ 降低至 36.63°。导
流墩一定程度上改善了局部流速分布，但整体流态改善有限，水流方向仍然偏离泵吸水方向，效果不
够显著。异形导流墩：伴随优化算法设计的异形导流墩显著提升了前池内流态，其 ϕ 达到 90.23%，接
近理想状态。同时，θ 降低至 11.71°，表明水流方向与泵吸水方向几乎平行，达到了优良的流态条件。
这一优化方案有效地消除了前池内的大尺度漩涡流态，显著提高了水流均匀性。

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