مدل‌سازي رابطۀ دبي-اشل در مقاطع مركب با استفاده از روش برنامه‌ريزي بيان ژن چندمرحله-اي

Modeling of stage-discharge relationship in compound channels using multi-stage gene expression programming

در شرايط وقوع سيل در رودخانه هاي آبرفتي با مقطع مركب، به‌دليل تبادل جريان بين مقطع اصلي و دشت هاي سيلابي، محاسبۀ دبي سيلاب به كمك روش هاي معمول با خطاي زيادي همراه است. در اين مقاله از روش جديدي به نام برنامه ريزي بيان ژن چندمرحله اي براي محاسبۀ دبي كل جريان در مقاطع مركب مستقيم استفاده شده است. براي مدل سازي از سه متغير بدون بعد شامل عمق نسبي جريان، پارامتر كوهيرنس مقطع مركب و دبي جريان نسبي محاسباتي به عنوان پارامترهاي ورودي و از دبي جريان نسبي مشاهداتي به عنوان پارامتر خروجي استفاده شد. با استفاده از 402 دادۀ هيدروليكي و هندسي از 31 مقطع مركب آزمايشگاهي و صحرايي، روابط صريحي براي محاسبۀ دبي كل جريان در مقاطع مركب استخراج شد. ميانگين خطاي نسبي اين روش در مراحل واسنجي و صحت سنجي به ترتيب حدود 10/2 و 11/6 درصد بهدست آمد. اين ميزان خطا نسبت به خطاي معادلۀ مانينگ (19/3 درصد)، دقت بسيار بهتر روش برنامه ريزي بيان ژن چندمرحله اي را نشان مي دهد. بنابراين، كاربرد اين روش در محاسبۀ دبي سيلاب رودخانه هاي با مقطع مركب توصيه مي شود. همچنين، ميتوان با استفاده از تلفيق اين ايده با محاسبات پروفيل سطح آب رودخانه ها و نيز رونديابي سيل، دقت محاسبات طراحي خاكريزهاي كنترل سيل را افزايش داد.

In flood conditions at the alluvial rivers with compound sections, due to momentum exchange between main channel and floodplains, flow discharge prediction by traditional methods is very erroneous. In this paper, a new method known as multi-stage gene expression programming has been used for computation of flow discharge in straight compound channels. For modeling, three dimensionless parameters of relative depth, coherence and relative calculated flow discharge, and one parameter of relative measured flow discharge were selected as inputs and output, respectively. Using 402 stage-discharge dataset from 31 laboratory and field compound channels, explicit relationships were developed for flow discharge prediction. The mean absolute errors of this method were obtained as 10.2% and 11.6%, respectively for training and testing phases. Hence compared with the Manning's formula (with mean absolute error of 19.3%), the proposed method is quit outperform. Hence, application of this method is recommended for flood flow discharge in rivers having compound channel forms. Also, by incorporating this new idea with the computation procedures of the river water surface profiles and flood routing, the design of flood alleviation schemes will be improved.