随着我国人口的持续增长与城市化的快速发展,水资源时空分布不协调的矛盾愈来愈成为制约我国经济与社会发展的最重要因素之一。为此,我国修建了大量的调水工程对水资源进行合理再分配,泵站管道输水工程就是其中最为常见的调水方式之一。对于有压管道输水工程,系统内任意一点处流量的快速变化都会引发流态的变化,甚至产生严重的水击现象,对工程设备及人身安全造成巨大危害,这是设计者必须严格考虑并且加以防护的。水击防护设备种类繁多,对于日益复杂的大型输水系统而言,通常应当采用包含多种水击防护设备的综合防护方案,因此会涉及到众多设备参数的优化问题。通过机械地分析众多设备参数的不同组合来寻找合适的保护策略,往往使得设计工作极为繁琐,并且难以找到最优防护策略。因此,选取合适的优化算法研究水击防护措施的设备参数优化问题,对于管道输水系统的安全运行具有重要的研究意义和工程应用价值。本文以贵州某管道输水工程为背景,研究了泵站输水系统中水击防护方案的设计和优化。主要从以下方面展开研究:(1)输水系统水力过渡计算模型建立。基于MATLAB编写了管道输水系统水击计算程序,以贵州某管道输水工程为实例,建立了泵站管道输水系统水力过渡计算模型,对事故停泵工况进行模拟计算,初步确定了两阶段缓闭阀+空气阀+水击泄放阀的综合防护方案。(2)水击防护设备参数敏感性分析。采用修正的Morris筛选法和互信息指数法对水击综合防护方案中的主要设备参数进行了敏感性研究,分别确定了对于最大水击压力、最小水击压力和离心泵最大倒转速度最为敏感的设备参数。对设备参数组合方案进行了情景计算分析,更为直观地得到了各个设备参数对于模型输出结果的影响趋势,为水击综合防护方案的参数识别和优化设计提供指导意义。(3)基于粒子群算法的水击防护优化设计研究。针对水击综合防护方案中设计参数的多样性和瞬态计算的复杂性,定义了以最大安全性为主要目标函数的标准优化问题,并采用粒子群算法进行求解。结果表明,粒子群算法在水击综合防护方案优化设计方面具有良好的效果。