【摘要】：農(nóng)業(yè)灌溉用水在水資源使用中所占的比重最大,同時,我國的基本國情決定了現(xiàn)在及今后很長時間農(nóng)業(yè)灌溉主要采用渠道輸水形式,因此進(jìn)行渠道水力計算和優(yōu)化是提高輸水效率的重要途徑之一。渠道是農(nóng)田水利工程中的重要組成部分,渠道的設(shè)計與施工直接影響到整個農(nóng)田水利工程的投資與運(yùn)行效果。渠道的斷面形式多種多樣,合理的選擇渠道斷面形式不僅可以有效地提高輸水效率,減少渠道的凍脹破壞,還能節(jié)約土地,減少施工費(fèi)用。拋物線形渠道作為一種新型斷面渠道,因其良好的水力性能和抗凍脹性在我國北方地區(qū)得到了應(yīng)用。但是,拋物線形渠道由于其斷面特點(diǎn),無論是采用水力最佳斷面還是實用經(jīng)濟(jì)斷面設(shè)計其寬深比都過大,因此只能適用于小型渠道。本文在拋物線形渠道研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)上,提出了一種適用于大中型渠道的拋物線形復(fù)合斷面渠道,并推導(dǎo)出了拋物線形復(fù)合斷面渠道的水力最佳斷面和實用經(jīng)濟(jì)斷面的計算公式,進(jìn)行了拋物線形復(fù)合斷面渠道優(yōu)化及參數(shù)分析研究。主要研究成果如下:(1)提出了一種適用于大中型渠道的平方拋物線渠坡、水平渠底的復(fù)合斷面渠道,推導(dǎo)出了拋物線形復(fù)合斷面渠道水力要素計算公式,并以水深、水面寬度和水平渠底寬度為變量,利用拉格朗日乘數(shù)法建立求最優(yōu)解的迭代方程,借助Mathcad數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行計算,推導(dǎo)出了拋物線復(fù)合渠道水力最佳斷面情況下水深、水面寬度、過水?dāng)嗝婷娣e和濕周的計算公式以及流量和水深的關(guān)系式。(2)針對拋物線形復(fù)合斷面渠道水力最佳斷面的寬深比較小、施工投資較大等問題,在水力最佳斷面的基礎(chǔ)上,通過數(shù)據(jù)擬合的方式,得到了求最佳H/H_0值所對應(yīng)的拋物線水面寬和水深比η=1.660,推導(dǎo)出了拋物線形復(fù)合斷面渠道實用經(jīng)濟(jì)斷面的計算公式,并提出了詳細(xì)的計算步驟。(3)建立了考慮安全超高的挖方、填方、半挖方半填方3種拋物線形復(fù)合斷面渠道的數(shù)學(xué)模型,以土方開挖費(fèi)用、土方填方費(fèi)用以及混凝土襯砌費(fèi)用之和最小為目標(biāo)函數(shù),全面覆蓋了拋物線形復(fù)合斷面渠道的各種斷面形式和施工費(fèi)用;同時,為了避免漏掉最優(yōu)解,采用混合蛙跳算法,將局部搜索與全局搜索結(jié)合起來運(yùn)用MATLAB在全局空間下搜索得到最優(yōu)解。同時,將參數(shù)變化范圍內(nèi)的目標(biāo)函數(shù)用MATLAB三維彩虹圖表示,對影響拋物線形復(fù)合斷面渠道施工費(fèi)用的各個斷面參數(shù)進(jìn)行敏感度分析。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV133

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2 陳誠;龔懿;王潔;嚴(yán)岳同;胡t，

本文編號：2618704