كاربرد سيستم‌هاي تكاملي در تعيين ضريب دبي سرريزهاي كنگره‌اي مثلثي

Application of the Evolutionary Methods in Determining the Discharge Coefficient of Triangular Labyrinth Weirs

سرريزهاي كنگره­اي جزء سرريزهاي غيرخطي هستند كه مي­‌توانند دبي را براي يك عرض مشخص و بدون افزايش بار آبي، افزايش دهند. امروزه سرريزهاي كنگره‌­اي به‌­عنوان گزينه‌­اي مناسب براي اصلاح سرريزهايي كه براي عبور حداكثر سيل محتمل با مشكل روبه‌رو هستند، مطرح مي‌­شوند. الگوي سه‌بعدي جريان و نامحدود بودن تغييرات پارامترهاي هندسي در سرريزهاي كنگر‌ه‌اي، چالش بزرگي را براي طراحان اين سرريز ايجاد كرده است. در اين تحقيق عملكرد ماشين بردار پشتيبان (SVM) در برآورد ضريب دبي سرريزهاي كنگره­‌اي مثلثي لبه تيز بررسي و با دا‌ه‌­هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفته است. بدين‌منظور تعداد 123 سري داده آزمايشگاهي كه شامل پارامترهاي هندسي و هيدروليكي از جمله زاويه رأس (θ)، نسبت بزرگنمايي (L/B)، نسبت بار آبي (h/w) ، عدد فرود (Fr) ، عدد وبر (We) و عدد رينولدز (Re) هستند، مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه در ماشين بردار پشتيبان، تركيب ورودي كه فقط شامل پارامترهاي هندسي ( h/w, L/Bθ) است، داراي بهترين نتايج با 0/0170=R2 =0/974, RMSE = 0.0118 , MAE=0/0112 , MNE در مرحله آزمون داده­‌ها است. همچنين براي اين سرريزها معادلات رگرسيون غيرخطي و خطي چند جمله­‌اي ارائه شده است. در پايان ضريب دبي سرريزهاي كنگره­اي لبه‌­تيز براساس معادله ريبوك، با روش‌هاي SVM، رگرسيون غيرخطي و خطي، محاسبه و مقايسه شدند.

A labyrinth weir is a nonlinear weir folded in the plan-view which increases the crest length and the flow rate for a given channel width and an upstream flow depth. Nowadays, a labyrinth weir is an attractive alternative for those weirs that have a problem in passing the probable maximum flood. The three-dimensional flow pattern and unlimited geometric parameters provide a major challenge to the designers of these weirs. The present study aimed at determining discharge coefficients of sharp-crested triangular labyrinth weirs using the support vector machine (SVM). The results were compared with the experimental data. For this purpose, 123 laboratory test data including geometric and hydraulic parameters such as vertex angle (θ), magnification ratio (L/B), head water ratio (h/w), Froude number (Fr), Weber Number (We) and Reynolds number (Re) were used. The results showed that the SVM-based model produced the most accurate results when only three geometric parameters, e.g. (h/w, θ, L/B), were introduced as the input parameters (R2 = 0.974, Root mean square error [RMSE] = 0.0118, mean absolute error [MAE] =0.0112 and mean normal error [MNE] =0.017 for the test stage). Also, for these weirs, polynomials linear and nonlinear regression equations were presented. Finally, the discharge coefficient of sharp-crested triangular labyrinth weirs based on the Rehbock equation was evaluated and compared with the SVM using nonlinear and linear regression methods.