طراحي بهينه مقطع كانال‌هاي مركب با در نظر گرفتن تغييرات ضرايب زبري و محدوديت‌هاي هيدروليكي

The optimal Design of Compound Channel Section Considering Changes of Roughness Coefficient and Hydraulic Restrictions

كانال­ ها به عنوان يكي از مهمترين سيستم ­هاي انتقال آب براي اهداف آبياري، مصارف آب شرب و كنترل سيل به شمار مي­رود. بنابراين با طراحي بهينه مقطع كانال مي­توان مجموع هزينه ­هاي ساخت كانال را كم كرد. در اين تحقيق تابع هدف بر اساس هزينه­ ساخت كانال در نظر گرفته شده و معادله­ مانينگ به عنوان تابع قيد تساوي استفاده گرديده است. آبراه ­هاي طبيعي بازسازي شده معمولا داراي مقطع عرضي معمولي نيستند. اين آبراهه ­ها معمولا كانال­هاي تركيبي هستند. براي اين منظور، طراحي بهينه شده در يك سناريو براي دو نوع كانال مركب انجام شد بدين منظور طراحي بهينه­ در دو سناريو براي دو نوع مقطع كانال مركب، نوع اول كانال ذوزنقه ­­اي با شيب­ هاي كناري متفاوت و ضرايب زبري مختلف و نوع دوم به صورت كانال اصلي همراه مقاطع كناري با ضرايب زبري متفاوت با استفاده ازالگوريتم ژنتيك با متغيرهاي عمق، عرض كف و شيب­هاي كناري انجام گرفت. تغييرات ضرايب زبري مانينگ و تاثير آن در هزينه ساخت براي دو نوع مقطع كانال مورد تحليل قرار گرفت كه افزايش ضرايب زبري قسمت­هاي مختلف كانال، سبب افزايش هزينه گرديد و دو مدل با محدوديت اضافي عدد فرود و سرعت جريان براي نوع اول كانال مورد بررسي قرار گرفت كه نتايج بدست آمده نشان داد با محدوديت عدد فرود و سرعت، سطح مقطع و در نتيجه هزينه ساخت مقطع كانال زياد شدند.

Channels are considered as one of the most important system of water transporting for irrigation purposes, drinking water consumption and flood control. Hence optimizing the design of channel structures can reduce the total cost of a channel. The objective function referred to the costs of channel structures. For this end, Manning equation has been used as an equality constraint. The optimization process was applied in various scenarios for two types of compound channel. The first type of trapezoidal channels had different side slopes, roughness coefficients and the second type was the main channel with side sections having different roughness coefficients. The optimizations were performed using genetic algorithm with depth, bottom width and a side slope variable. The influence of Manning roughness coefficients variation on construction costs for the two types of channel were analyzed. It was inferred that by increasing the roughness coefficients, the cost was increased. Several models with additional restrictions of Froude number, velocity of flow and the top width for the first type of channel were investigated. The results indicated that, Restriction of velocity and Froude number caused increasing cross section area and the cost construction.