【摘 要】
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侧堰作为一种常用的泄水建筑物,广泛应用于流量控制、农田灌溉和排水系统。近年来,随着极端天气和暴雨洪水显著增加,这对泄水建筑物的泄流能力提出了新的要求。由于迷宫式侧堰具有较大的泄流能力,可作为提升其泄流能力的有效解决方案。同时迷宫堰既有正向水流,又有侧向水流,水流经过堰顶后,会集中下泄,相互撞击的水舌使得迷宫堰的水力特性比直线堰更为复杂。因此,本文首先利用FLOW-3D对三角迷宫式侧堰和半圆迷宫式侧
【基金项目】
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陕西省教育厅一般专项科研计划项目（编号:22JK0470）；
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侧堰作为一种常用的泄水建筑物,广泛应用于流量控制、农田灌溉和排水系统。近年来,随着极端天气和暴雨洪水显著增加,这对泄水建筑物的泄流能力提出了新的要求。由于迷宫式侧堰具有较大的泄流能力,可作为提升其泄流能力的有效解决方案。同时迷宫堰既有正向水流,又有侧向水流,水流经过堰顶后,会集中下泄,相互撞击的水舌使得迷宫堰的水力特性比直线堰更为复杂。因此,本文首先利用FLOW-3D对三角迷宫式侧堰和半圆迷宫式侧堰进行三维流场数值模拟,详细分析不同侧堰的水力特性;在此数据集的基础上利用MATLAB程序开发侧堰泄流能力预测模型,最后基于全局敏感性分析方法对不同侧堰的几何参数影响机制进行分析,具体得到如下结论:1、对于迷宫式侧堰,从主渠道到侧堰入口处,弗劳德数Fr＜1,整个流动过程为缓流,当水流经过堰顶时,流态变化复杂,弗劳德数呈增大趋势。对于三角迷宫式侧堰,堰顶角a=30°时,堰顶上方的水舌呈对称分布,随着a增大,侧堰的溢流前沿长度变短,由于水流惯性作用,水流偏侧渠道右侧进行下泄,当堰顶角a=150°尤为显著。对于半圆迷宫式侧堰,堰顶水深与行进流速的变化十分敏感,此时Fr＞1,表明过堰水流为急流。2、采用单一模型极限学习机（ELM）对三角迷宫式侧堰和半圆迷宫式侧堰的流量系数进行预测时,在测试阶段,模型的平均误差分别为5.76%和2.03%;通过贝叶斯网络对ELM的超参数进行优化后,优化模型贝叶斯极限学习机（BELM）在测试阶段的平均误差分别为4.19%和1.19%,其误差分别降低了约27.26%和41.38%,表明BELM对迷宫式侧堰的泄流能力进行预测时具有较高的准确性、稳定性和泛化预测能力。3、通过Sobol法敏感性分析表明,对于三角迷宫式侧堰,堰顶角θ,堰高与堰上水头之比p/h1,侧堰堰宽与主渠道宽度之比L/B,溢流前沿长度与堰上水头之比l/h1,渠道上游弗劳德数Fr的一阶敏感性系数S1分别为0.1491,0.0818,0.0568,0.0652和0.099;全局敏感性系数Si分别为0.4218,0.2393,0.1777,0.4152和0.4393。对于半圆迷宫式侧堰,堰上水头与半圆直径之比h1/D,主渠道宽度与半圆直径之比B/D,侧堰堰高与半圆直径之比P/D,上游弗劳德数Fr一阶敏感性系数S1分别为0.1903,0.1131,0.0881和0.0143,全局敏感性系数 Si 分别为 0.5909,0.3972,0.3397 和 0.4274。
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