تخمین ضریب آبگذری سازه ترکیبی سرریز- دریچه با استفاده از روش برنامه‌ریزی ژنتیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو

2 عضو هیئت علمی

چکیده

سابقه و هدف: دریچه‌ها و سرریزها از جمله سازه‌های هیدرولیکی پرکاربرد و مهم می‌باشند که به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانال‌های باز و رودخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. به منظور افزایش بهره‌وری از سازه سرریز و دریچه، می‌توان سرریز و دریچه را با هم ترکیب نمود. به این صورت که با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوبگذاری در پشت سرریزها و تجمع آشغال و اجسام شناور در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به تنهایی متفاوت است.قبل از سال 1985 که آقای احمد مقاله خود را در زمینه ایده ترکیب دو سازه سرریز و دریچه منتشر کرد اطلاعات بسیار کمی در این زمینه وجود داشت که داده‌ها و نتایج ایشان جهت ارائه یک رابطه عمومی کافی نبود (15). پس از ایشان محققین زیادی درجهت بررسی مشخصات هیدرولیکی جریان در سازه-های ترکیبی برآمدند. ازجمله این مطالعات می‌توان به کارهای آزمایشگاهی آقایان السعید (1995)، الحمید و همکاران (1996) و نجم و همکاران (1994) و نجم (1997) اشاره نمود (6، 2، 14 و 16). ایشان جریان ترکیبی از روی سرریز V شکل و زیر دریچه مستطیلی با انقباض مقطع را مطالعه نمودند. هدف از این پژوهش، تعیین ضریب دبی جریان ترکیبی سرریز-دریچه و ارائه رابطه‌ای برای برآورد ضریب دبی بر اساس پارامترهای هیدرولیکی هندسی می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش نیز با استفاده از تغییر پارامترهایی مانند دبی جریان، بازشدگی دریچه و ارتفاع سازه ترکیبی در کانال آزمایشگاهی، اثرات هیدرولیکی جریان و هندسه مجرا بر میزان ضریب دبی جریان در سیستم سرریز–دریچه مورد بررسی قرار گرفت و سپس به کمک برنامه‌ریزی ژنتیک، در نهایت چند رابطه با دقت بالا برای ضریب آبگذری در سازه ترکیبی سرریز- دریچه به دست آمد. در نهایت برای تعیین بهترین رابطه از پارامترهای آماری ضریب تعیین (R2)، ریشه دوم میانگین مجموع مربعات خطا (RMSE)، متوسط خطا (AE) و متوسط قدرمطلق انحراف داده‌ها (δ) استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج آزمایش‌ها پس از بررسی صحت و پالایش داده‌ها تحلیل گردید و با توجه به روابط فوق‌الذکر ضریب دبی محاسبه شد. سپس با استفاده از تحلیل ابعادی و برنامه‌ریزی ژنتیک یک رابطه برای ضریب دبی سیستم سرریز- دریچه به دست آمد که ضریب تعیین آن برای داده‌های آموزش 2/84 درصد و برای داده‌های آزمون 1/88 درصد می‌باشد.
نتیجه‌گیری: پارامترهای هندسی مدل سرریز- دریچه در ضریب آبگذری نقش اساسی دارند. همچنین با استفاده از برنامه ریزی ژنتیکی می‌توان رابطه‌ای با دقت بالا برای تخمین ضریب دبی جریان در سازه ترکیبی ارائه داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Estimation of Discharge Coefficient of Combined Weir- Gate Structure by Genetic Programming

نویسندگان [English]

  • samira salamati 1
  • amir ahmad dehghani 2
  • mehdi meftah halaghi 2
  • abdolreza zahiri 2

1 student

چکیده [English]

Background and objectives: Weirs and gates are the common and important structures which are used for controlling and adjusting the flow in irrigation channel and rivers. In order to increase the efficiency of the weir and gate structure, the combined weir and gate structure can be used. In this case Weirs and gates can be combined together in order to pass the floating materials above weir and to move the sediments depositions in upstream of the gate simultaneously. This compound device create a new hydraulically condition in compression with weir or gate, each other alone. Before the year 1985, very little information about the use of these combined devices for flow measurements were available when Ahmed published his study on a combination of rectangular weir above a rectangular sluice without contraction. He tried to obtain a common discharge coefficient for the combined system, but his data were not enough to make generalization (15). After him Many researchers have tried to investigating of hydraulic characteristics of the combined structure such as El-saiad (1995), Alhamid et al (1996), Negm et al (1994) and Negm (1997) (6, 2, 14,16). They studied combined flow over V-notch weir and below contracted rectangular gate. The objective of this research was to determine the discharge coefficient of the combined weir-gate and provide the relation for estimation of discharge coefficient based on the hydraulic and geometry parameters.
Materials and Methods: In this study, the effects of hydraulic flow and chanal geometry on the discharge coefficient of weir-gate system was studied by variation of parameters such as discharge, opening the gate and height combined structure in laboratory channels. Finally several relations was obtained with high accuracy for discharge coefficient by the genetic programming. For selecting the best relation, determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE), average error (AE) and the average absolute deviation of the data (δ) were used.
Results: The results of the experiments were analyzed after checking and refining data and discharge coefficient was calculated by the above-mentioned relations. Then, by dimensional analysis and genetic programming, A relation was obtained for discharge coefficient of weir-gate system that determination coefficient is for teaching data 84.2 percent and for test data 88.1 percent.
Conclusion: Geometric parameters of combined model have a fundamental role on discharge coefficient. Also the genetic programming can be used for presenting a relation for estimation of discharge coefficient with high accuracy.
Keywords: weir, gate, discharge coefficient, combined flow, genetic programming.

کلیدواژه‌ها [English]

  • sharped edge weir
  • Gate
  • Discharge coefficient
  • combined flow
  • genetic programming