تخمين ابعاد فرسايش بستر در پايين‌دست سرريز سيفوني با مستهلك كننده انرژي جامي شكل با استفاده از روش برخورد گروهي با داده‌ها (GMDH)

Estimation of Local Scour Dimension below Siphon Spillway with the Ski-jump Bucket Energy Dissipater Using the Group Method of Data Handling (GMDH)

بررسي پديده فرسايش موضعي در پايين‌دست سازه‌هاي هيدروليكي آنقدر پيچيده است كه به‌راحتي نمي‌توان يك مدل عمومي براي تخمين صحيح ابعاد فرسايش توسعه داد. در چند دهه اخير استفاده از روش‌هاي داده محور براي مدل‌سازي و پيش‌بيني رفتار نامعلوم يا پيچيده سيستم‌ها گسترش يافته است. يكي از انواع اين روش‌ها، روش برخورد گروهي با داده‌ها (GMDH) است كه با رويكرد خود سازماندهي داده‌ها، به‌تدريج مدل‌هاي پيچيده‌تري را در طول ارزيابي عملكرد مجموعه داده‌هاي ورودي و خروجي توليد مي‌كند. هدف از انجام اين تحقيق بررسي كارائي روش GMDH و توسعه مدلي بر مبناي آن براي تخمين صحيح ابعاد حفره فرسايش (ماكزيمم عمق آب‌شستگي، فاصله ماكزيمم عمق آب‌شستگي تا لبه سرريز و طول حفره فرسايش) در پايين‌دست سرريز سيفوني با مستهلك كننده انرژي جامي شكل براي مجموعه‌اي از داده‌هاي مشاهداتي آزمايشگاهي است. 80 درصد داده‌ها در دوره آموزش و 20 درصد باقي‌مانده براي دوره آزمون استفاده شد. متوسط مقادير معيارهاي آماري MSRE، MPRE، CE وRB در دوره آزمون براي تابع انتقالي غيرخطي درجه دوم (FUNC1) به‌ترتيب 0/92، 0/02، 8/74 و 0/01- و براي تابع انتقالي غيرخطي درجه اول (FUNC2) به‌ترتيب 0/85، 0/02، 10/43 و 0/02- محاسبه شدند و نتايج نشان داد عملكرد (FUNC1) بهتر از (FUNC2) بوده است. همچنين مقدار ضريب تبيين (R2) براي تخمين ابعاد هندسه حفره فرسايش با روش‌هاي رگرسيون خطي، رگرسيون غيرخطي و شبكه‌هاي عصبي نيز مقايسه شد. نتايج حاكي از عملكرد بسيار مناسب مدل توسعه داده شده GMDH در تخمين صحيح ابعاد حفره فرسايش است

The investigation of local scour below hydraulic structures is so complex that makes it difficult to establish a general model to provide an accurate estimation for the local scour dimension. During the last decades, Data Driven Methods (DDM) have been used extensively in the modeling and prediction of unknown or complex behaviors of systems One of these methods is Group Method of Data Handling (GMDH), that is a self-organization approach and increasingly produces a complex model during the performance evaluation of the input and output data sets. So, the objective of this study was to investigate the potential of the GMDH method in the accurate estimation of local scouring geometry (maximum scour depth, the distance of maximum local scour depth till Ski-jump bucket and length of local scour) below the Siphon spillway with Ski-jump bucket energy dissipaters for a set of experimental data. 80% of data set was used for the training period and the remaining data set was used for the test period. The average values of MSRE, MPRE, CE and RB for the nonlinear second order transfer function (FUNC1) were calculated to be 0.92, 0.02, 8.74, - 0.01; also, for the nonlinear first order transfer function (FUNC2), they were 0.85, 0.02, 10.43 and -0.02, respectively. The results indicated that the performance of FUNC1 was better than FUNC2. Also, the value of the coefficient of determination (R2) for the estimation of local scour dimension using different methods such as s linear regression, nonlinear regression and ANN indicated the high performance of the developed model of GMDH in the accurate estimation for local scour dimensions.