تعيين توزيع سرعت در عرض مقاطع مركب با استفاده از جستجوي ژنتيكي

Optimization of the lateral velocity distribution in rivers using Genetic Algorithm

رودخانه‌هاي آبرفتي معمولاً عرض وسيعي داشته و به همين دليل توزيع سرعت در عرض رودخانه داراي تغييرات زيادي است. محاسبه اين تغييرات در محاسبات تعيين دبي جريان در مجراي اصلي و دشت‌هاي سيلابي، انتقال رسوب در مجراي اصلي، انتقال و پخش مواد آلاينده، محاسبه تنش برشي و تعيين نقاط فرسايشي و رسوب‌گذار در عرض رودخانه كاربرد زيادي دارد. تاكنون براي محاسبه توزيع عرضي سرعت در رودخانه‌هاي سيلابي از اندازه‌گيري مستقيم سرعت نقطه‌اي به كمك مولينه و يا مدل‌هاي رياضي شبه‌دوبعدي استفاده شده است. اندازه‌گيري ميداني سرعت در عرض رودخانه، پرهزينه و زمان‌بر بوده و در شرايط سيلاب بسيار سخت است. از طرف ديگر، تيوري مدل‌هاي رياضي به‌نسبت پيچيده بوده و ممكن است براي استفاده كاربردي مهندسين هيدروليك داراي مشكلاتي باشند. در اين پژوهش با استفاده از جستجوي ژنتيكي، رابطه ساده و بدون‌بعدي براي محاسبه سرعت جريان در عرض رودخانه استخراج شده است. از متغيرهاي بدون بعد عمق نسبي جريان و كوهيرنس مقطع به‌عنوان پارامترهاي ورودي اصلي استفاده شده است. براي انجام اين كار، داده‌هاي توزيع سرعت در عرض مقاطع مركب آزمايشگاهي و رودخانه‌اي در دو گروه واسنجي و صحت‌سنجي قرار گرفتند. با مقايسه آماري نتايج محاسباتي، ضريب تعيين (2R) و ريشه دوم ميانگين مجموع مربعات خطا (RMSE) براي داده‌هاي واسنجي به‌ترتيب حدود 93/0 و 063/0 و براي مرحله صحت‌سنجي به‌ترتيب حدود 91/0 و 127/0 به‌دست آمده است. واژه‌هاي كليدي: پروفيل عرضي سرعت، پارامتر كوهيرنس، بهينه‌سازي، الگوريتم ژنتيك، مقاطع مركب

Alluvial rivers generally have wide widths, and hence, the lateral velocity profile in this condition is very variable. Calculation of this profile is necessary in many procedures such as determination of flow discharges in main channels and floodplains, sediment transport in rivers, pollutant transport, shear stress prediction and identification of reaches with erosion or deposition across the river. Currently, the field measurements of point velocities across the river using the current meter or quasi two dimensional mathematical models are being used for lateral velocity profile prediction. Field measurement of velocity takes much cost and time and is dangerous during flood. Also, mathematical models theory is rather complex and may be make some limitations for hydraulic engineers. In this study by using genetic algorithm, a simple and dimensionless equation has been derived for velocity profile prediction. Dimensionless variables of relative depth and coherence parameter have been used as input parameters. For this study, experimental and field data of velocity distributions have been categorized to two groups of calibration and validation. With statistical comparison of results, the determination coefficient and root mean squared error of calibration data were obtained as 0.93 and 0.063 and for validation data as 0.91 and 0.127, respectively. Keywords: Lateral velocity profile, Coherence parameter, Optimization, Genetic algorithm, Compound channels