پديد آورندگان :
محمودي سفيدكوهي، نرجس دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه سازه هاي آبي، گرگان , مفتاح هلقي، مهدي دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه مهندسي آب، گرگان , ظهيري، عبدالرضا دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه مهندسي آب، گرگان , قرباني، خليل دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه مهندسي آب، گرگان
كليدواژه :
ضريب آبگذري , برنامه ريزي بيان ژن , سرريز-دريچه مركب قوسي , تحليل ابعادي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: سرريزهاي مركب اغلب براي اندازه‌گيري دامنه‌اي وسيع از جريان و با دقت مناسب در كانال‌هاي روباز به كار گرفته مي‌شوند. اما در مواردي كه آب انتقالي حاوي مواد رسوبي و شناور باشد، مشكلاتي در نحوۀ عملكرد آن‌ها ايجاد مي‌شود. با تركيب دريچه و سرريز مركب، مي‌توان تا حدي اين مشكل را برطرف كرد. در اين پژوهش، به كمك روش برنامه‌ريزي بيان ژن به‌عنوان روشي هوشمند و نوين، رابطه‌اي بر اساس پارامترهاي بي‌بعد به‌دست آمده از آناليز ابعادي جهت برآورد ضريب دبي سرريز-دريچه مركب قوسي ارائه شده‌است. هدف از اين پژوهش، بررسي خصوصيات هيدروليكي سرريز-دريچه مركب قوسي و ارائه رابطه‌اي براي برآورد ضريب آبگذري اين سرريز بر اساس پارامترهاي هيدروليكي و هندسي مي‌باشد.
مواد و روش‌ها: آزمايش‌ها در يك فلوم مستطيلي به طول 9 متر و عرض 40 سانتي‌متر انجام شد و داده‌هاي برداشت شده براي برآورد ضريب آبگذري، مورد استفاده قرار گرفت. در اين پژوهش نيز با استفاده از تغيير پارامترهايي مانند دبي جريان، بازشدگي دريچه، بازشدگي سرريز و زاويه قوس در كانال آزمايشگاهي، اثرات هيدروليكي جريان و هندسه مجرا بر ميزان آبگذري در سيستم سريز-دريچه مركب قوسي مورد بررسي قرار گرفت و سپس به كمك روش برنامه‌ريزي بيان ژن رابطه‌اي با دقت بالا براي ضريب آبگذري سازه مذكور به‌دست آمد.
يافته‌ها: نتايج آزمايش ها پس از بررسي صحت و پالايش داده ها تحليل گرديد و با توجه به روابط فوق الذكر ضريب دبي محاسبه شد.
رابطه ارائه شده توسط روش برنامه ريزي بيان ژن براي سازه سرريز- دريچه مركب قوسي كه ضريب همبستگي (R2) آن براي داده هاي آموزش 0/99 و براي داده هاي آزمون 0/89 مي باشد، در حالي كه ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) براي داده هاي آموزش
0/005 و براي داده هاي آزمون 0/009 مي باشد.
نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد سازه با نسبت ارتفاع دريچه به طول دريچه (پله دوم) a_1/b_1 =4/15 بيش ترين ضريب آبگذري را
دارا مي باشد و با افزايش (h/P) و Fr ميزان ضريب آبگذري نيز افزايش مي يابد. همچنين نتايج به دست آمده از اين نتايج به دست آمده از اين پژوهش نشان داد مدل هوشمند برنامه‌ريزي بيان ژن، به خوبي توانسته است ضريب آبگذري سرريز-دريچه مركب قوسي را پيش‌بيني كند و استفاده از آن موجب بهبود نتايج پيش‌بيني در مقايسه با روش‌هاي مرسوم حاصل از مدل‌هاي رگرسيوني شود. به‌عبارتي، نتايج به‌دست آمده بيانگر توانايي روش برنامه‌ريزي بيان ژن در برآورد ضريب آبگذري سرريز-دريچه مركب قوسي در مقايسه با روش رگرسيوني، مي‌باشد. همچنين با توجه به رابطه به‌دست آمده، پارامترهاي هندسي مدل سرريز-دريچه مركب قوسي در ضريب آبگذري نقش اساسي دارند، بنابراين استفاده از روش برنامه-ريزي بيان ژن در مسائل مرتبط با موضوع پژوهش پيشنهاد مي‌شود.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Compound weirs, as an appropriate solution, can be used for measuring flow discharges with reasonable sensitivity and accuracy in a wide range of flows. However, sediment laden flows will cause problems in their functions. This problem can be coped with trough combining gates and compound weirs. In this research, based on dimensionless parameters obtained from dimensional analysis and using a smart and new method named Gene-Expression Programming (GEP), an equation has been proposed for prediction of discharge coefficient in compound curved weir-gate structures. The aim of this research is investigation of hydraulic characteristics of compound curved weir-gate as well as providing a relationship for prediction of discharge coefficient of these structures, based on the hydraulic and geometric parameters.
Materials and Methods: The experiments were done in a rectangular flume by 9 meter of length and 0.4 meter of width. Then, the obtained data were used to estimate the discharge coefficient. This study has been assessed by using of variations of flow discharge, gate opening, weir opening and angle of curve as parameters of experimental channel. Also, the effects of hydraulic of flow and the geometry of duct were considered in the discharge coefficient estimation. After these, Gene Expression Programming (GEP) was used to set an equation to determine the discharge coefficient with a high accuracy.
Results: The discharge coefficient were calculated by analyzing the obtained experimental data. Next, an equation was determined by method of dimensional analysis and gene expression programming tools to estimate the discharge coefficient by correlation coefficient (R2) of 0.992 and 0.662 for training and testing data, respectively. Furthermore, the findings showed that the most discharge coefficient occurred in the experiment by a_1/b_1 =4/15, where a1 and b1 denoted on gate height and gate length, respectively. Also, increasing trend in discharge coefficient was seen by increasing the Froude number and h/P .
Conclusion: The results show that (GEP) intelligence approach is an adequate model to predict assessment of discharge coefficient of curved compound weir-gate. Also, the results of traditional regression equations were improved using this method. In the other words, the results implied on the ability of the gene expression programming (GEP) to assess the discharge coefficient of this structure compared with regression method. Also, according to the results, the geometric parameters have the main effect on the discharge coefficient of curved compound weir-gate. So, use of the gene expression programming (GEP) is suggested in future studies related to this topic.
