محاسبه دبی جریان در مجرای اصلی و دشت‌های سیلابی مقاطع مرکب با استفاده از روش‌های نوین بهینه‌سازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشگاه آزاد تهران مرکز

3 دانشگاه علوم کشاورزی گرگان

چکیده

هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب به دلیل تبادل مومنتوم بین مجرای اصلی و دشت‌های سیلابی پیچیده است. اکثر مطالعات در این زمینه بر محاسبه سرعت متوسط و دبی کل جریان متمرکز می‌باشد، در حالیکه توزیع دبی جریان در مجرای اصلی و دشت‌های سیلابی هم مهم است. در شرایط سیلاب و ورود جریان به دشت‌های سیلابی، انتقال رسوب کف و معلق فقط توسط دبی مقطع اصلی انجام شده و نقش دبی جریان در دشت‌های سیلابی ناچیز است. همچنین برای پیش‌بینی تغییرات مورفولوژی رودخانه‌ها، تعیین سرعت و تنش برشی در مجرای اصلی و دشت‌های سیلابی به صورت تفکیک شده لازم بوده و استفاده از سرعت متوسط نتایج دقیقی ارائه نمی-کند. در این تحقیق، با استفاده از 102 داده‌ دبی-اشل از 14 کانال آزمایشگاهی با مقطع مرکب، دبی تفکیکی جریان در این کانال‌ها به کمک دو روش نوین بهینه‌سازی برنامه‌ریزی ژنتیک و مدل درخت تصمیم محاسبه شده و با نتایج روش‌های تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که این دو روش‌ به ترتیب با خطای متوسط 1/2 و 6 درصد قابلیت مناسبی در برآورد دبی جریان در مجرای اصلی مقاطع مرکب آزمایشگاهی دارند. روش تجزیه قائم مقطع مرکب با خطای حدود 19 درصد بیشترین خطا را در بین روش‌های تجربی دارا می‌باشد. برای برآورد دبی جریان در دشت‌های سیلابی، علاوه بر روش‌های برنامه‌ریزی ژنتیک و مدل درخت تصمیم، روش تجزیه قائم مقطع مرکب نیز دارای دقت مناسبی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Computation of the main channel and flood plains discharges using new methods of optimization

نویسنده [English]

  • Abdolreza Zahiri 1

چکیده [English]

Due to momentum exchange between main channel and flood plains, the flow hydraulic in compound channels is complicate. Most studies in this area are focused on prediction of the average cross sectional velocity and total flow discharge, while distribution of flow rate in the main channel and the flood plains is also important. In flood conditions and during the spill of water onto the flood plains, the bed load and suspended sediment load are transported mainly by the main channel flow discharge and floodplain flow has very little effect. Moreover, for simulation of river morphology, the individual velocity and shear stress in the main channel and floodplains are needed and utilizing the average cross sectional velocity led to erroneous results. In this study, using 102 laboratory stage-discharge data from canals with compound channel sections, the individual flow discharges in the main channel and floodplains are calculated with aid of two new optimization methods of Genetic Programming and Decision Tree Model and then compared with one-dimensional empirical methods. Results show that these two new methods with mean error of 2.1 and 6 %, respectively, have appropriate ability for main channel’s flow discharge prediction. Among the empirical methods, the vertical divided channel method with mean error of 19% has the largest error in this regard. For floodplain’s flow discharge prediction, in addition to Genetic Programming and Decision Tree Models, the vertical divided channel method has considerable accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound channels
  • Main channel flow rate
  • genetic programming
  • Decision tree model
  • Experimental data