استخراج رابطه‌ ضریب دبی در سرریزهای قوسی به کمک روش برنامه‌ریزی ژنتیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

سرریزهای قوسی در پلان به­دلیل شرایط هیدرولیکی خاص و طول تاج بلند، قابلیت مناسبی در تنظیم مؤثر تراز سطح آب در کانال­ها و شبکه­های آبیاری و زهکشی است. هم­چنین این سرریزها با ایجاد تلاطم بیش­تر در پایین­دست خود، شرایط هیدرولیکی بهتری از نظر زیست­محیطی برای رودخانه­ها فراهم می­نمایند. تاکنون در زمینه تخمین ضریب دبی این سرریزها و نیز  استخراج رابطه دبی-اشل آن­ها تحقیقات بسیار کمی انجام شده است. در این تحقیق به کمک روش نوین بهینه­سازی برنامه­ریزی ژنتیک، رابطه­ای بدون­بعد بر اساس پارامترهای زاویه قوس سرریز و نسبت بار آبی سرریز به ارتفاع آن برای برآورد ضریب دبی این سازه­ها ارائه شده است. برای واسنجی و صحت­سنجی (آزمون) رابطه پیشنهادی، از داده­های آزمایشگاهی کومار و همکاران استفاده شده است. مقایسه نتایج محاسباتی این رابطه با مقادیر آزمایشگاهی ضریب دبی سرریزهای قوسی نشان داد که رابطه پیشنهادی از دقت بسیار مناسبی برخوردار می­باشد. متوسط خطای رابطه ارائه شده توسط روش برنامه­ریزی ژنتیک در مراحل واسنجی و صحت­سنجی برای ضریب دبی به ترتیب 36/1 و 65/1 درصد به­دست آمد. این در حالی است که متوسط خطای رابطه پیشنهادی کومار و همکاران برای تخمین ضریب دبی سرریزهای قوسی حدود 4/9 می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing formulae for discharge coefficient in curved weirs using Genetic Programming

نویسنده [English]

  • Abdol Reza Zahiri
Assistant Professor. of Gorgan Agricultural University and Natural Resources., Gorgan., Iran
چکیده [English]

Curved weirs in plan due to their special hydraulic conditions as well as long crest, have suitable capability in effective water surface regulation in irrigation canals and networks. Also, these weirs have high turbulence intensity in downstream and make better conditions for rivers, in environmental point of view. There are few studies regarding calculation of curved weirs’ discharge coefficient and their head-discharge equation. In this study, using new optimization method of genetic programming, a dimensionless equation for discharge coefficient has been proposed based on two non-dimensional parameters of weir angel and ratio of water head to weir height. For training and testing of the proposed equation, experimental data of Kumar et al, have been used. Comparison of results obtained from this equation with the experimental data reveals high accuracy of the new equation of genetic programming.  Mean absolute errors of the proposed equation for discharge coefficient have been calculated as 1.36 and 1.65 percent, for training and testing phases, respectively. This error for non-linear equation of Kumar et al, is nearly 9.4 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • weir
  • optimization
  • Discharge coefficient
  • Genetic Programming Algorithm
خسروجردی،ا و شاه محمدمهرجردی،م. 1386. بررسی هیدرولیکی سرریز اوجی در شرایط قوس محوری. نهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر، کرمان.

طوفانی موقر،ه. 1392. مطالعه تاثیر سرریز قوسی در پلان بر شرایط جریان به کمک نرم افزار­Flow-3d. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، دانشکده آب و خاک.

قبادیان،ر.، احمدی،آ.، باقری،و و مظفری،م. 1391. مطالعه آزمایشگاهی پارامترهای هیدرولیکی جریان در سرریز پلکانی قوسی. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه ارومیه.

Ankum,R. 2002. Design of Open-Channelsand Hydraulic Structures. TU Delft, 265 p.

Ashour,M.A., Abouzeid,G., Mohamed,K.A and Shenouda,Gh. 2008. Comprehensive study on scour downstream curved weirs. Twelfth International Water Technology Conference, IWTC12, Alexandria, Egypt.

Asthana,K.C., Syed Tahir,H and Syed,Y. 1961. Flow over curved weirs. Water and Energy International, 18.8: 744-761.

Chanson,H. 2003. History of minimum energy loss weirs and culverts. Procceding. XXX IAHR Congress, Thessaloniki, Greece, Vol. E.

Ghare,A.D., Wadhai,P.J., Mistry,N.J and Porey,P.D. 2008. Hydraulic and environmental aspects of long crested weirs. Global Journal of Environmental Research, 2:3. 122-125.

Hulsing,H. 1968. Measurement of peak discharge at dams by indirect method. Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological  Survey, Chapter 5.

Irrigation Training and Research Center (ITRC), 2007. Rapid appraisal process. Glenn-Colusa Irrigation District, USA.

Irrigation Training and Research Center (ITRC), 2007. Long crested weir design.

Kindsvater,C.E and Carter,R.W. 1959.  Discharge characteristics of rectangular thin-plate weirs.  Transactions, American Society of Civil Engineers.  24, Paper No. 3001.

Koza,J.R. 1990. Genetic  Programming:  A  paradigm  for  genetically breeding  populations of computer programs to Solve problems. Stanford  University, Computer  Science  Department, Technical  Report  STAN-CS-90-1314.

Kraatz,D.B and Mahajan,I.K. 1982. Small Hydraulic Structures, Part 1. Food & Agriculture Org., 422 p.

Kumar,S., Ahmad,Z., Mansoor,T and Himanshu,S.K. 2012. Discharge Characteristics of Sharp Crested Weir of Curved Plan-form. Research Journal of Engineering Sciences, 1(4), 16-20.

McKay,G.R. 1971. Design of Minimum Energy Culverts. Research Report, Dept of Civil Eng., Univ. of Queensland, Brisbane, Australia, 29 pages.

Margeirsson,B. 2007. Computational modeling of flow over a spillway In Vatnsfellsstífla Dam in Iceland. M.Sc. Thesis, Department of Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden.

Yang,J.  1999.  Vatnsfell hydropower project, Iceland – Hydraulic model studies of flood discharge structures.  Vattenfall Utveckling Report serial No. US 99:8. Sweden.