کاربرد روش جستجوی ژنتیکی در بهینه سازی روابط تجربی تخمین مشخصه های هندسی حفره ی آبشستگی پائین دست سازه های تثبیت کننده ی بستر

نویسندگان
دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
چکیده
بخش مهمی از مطالعات صحرایی به بررسی بیشینه عمق آبشستگی پاییندست سازههای کنترلی و تثبیت کنندهی بستر
مانند سریز، آببند و غیره میپردازند؛ همچنین برخی از پژوهشگران روابط تجربی متعددی را بهمنظور برآورد بیشینه عمق آبشستگی
در شرایط هیدرولیکی معین ارائه کردند
. در این مطالعه ضرایب روابط تجربی ارائه شده به وسیله ی داگوستینو و فروو ( 2004 )
برای
بررسی خصوصیات بستر پاییندست سازههای کنترلی و تثبیت کنندهی بستر، با استفاده از روش جستجوی ژنتیکی بهینه شده است



.

به این منظور از مجموعه دادههای آزمایشگاهی و صحرایی جمعآوری شده به وسیله ی سایر پژوهشگران برای آموزش این معادلات
و سنجش میزان دقت و کارایی آنها استفاده شد؛ این مجموعه دادهها در مقیاسهای متفاوت اندازهگیری شده و دارای توزیع دانه

-

بندی اندازهی ذرات متفاوت است
.
دقت هر یک از روابط بهینه شده با کاربرد شاخصهای آماری مختلف، با روابط ارائه شده توسط
داگوستینو و فروو


( 2004 ) مقایسه شد.
نتایج نشان میدهد مقادیر شاخصهای آماری درصد خطا، ریشهی میانگین مربعات خطا و
میانگین خطای اریبی در روابط بهینه شده به میزان قابل توجهی کاهش یافته است؛ پس روابط بهینه شده به وسیله ی روش جستجوی

ژنتیکی نسبت به روابط تجربی موجود از دقت و کارایی بیشتری در تخمین مشخصههای هندسی حفرهی آبشستگی پایین دست

سازههای کنترلی و تثبیت کنندهی بستر برخوردار است



.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Application of genetic algorithms in the optimization of empirical relations to estimate of geometrical characteristics of the scour hole downstream of grade control structures

نویسندگان English

A.A. Dehghani
M. Abdi Dehkordi
Gorgan University
چکیده English

Grade-control structures are aimed at preventing excessive channel-bed degradation in
alluvial channels and at the outlet of a grassed waterway to stabilize the waterway outlet. The
erosive action of the weir overflow may, however, cause significant local scour downstream
and may endanger the stability of these structures. The scour process can be split up into
different time phases. In the beginning the development of scour is very fast, and eventually
an equilibrium situation is reached depending on clear water or live bed flow condition.
Appropriate design of grade-control structures requires estimate geometric characteristics
of the downstream scour. The local scour downstream of a grade-control structure located on
an alluvial bed is a very complex and dynamic phenomenon which is influenced by many
parameters. Most of these parameters are related to each other and determination of them is
difficult. The estimation of maximum scour depth is very important in planning, design and
management of hydraulic structures. Therefore, there is a great need to develop good prediction methods for geometric
characteristics of scour hole downstream of grade control structures. Some of researchers
studied scour downstream of grade-control structures and presented different empirical
equations for estimation of maximum scour depth based on experimental data. The results of
literatures show that the equation of D'Agostino and Ferro (2004) can be used as one of the
most important empirical equations to estimate the maximum scour depth.
In this study, coefficients of D'Agostino and Ferro (2004) equation to estimate of the
maximum scour depth, horizontal distance between the weir crest and the maximum scour
depth position, horizontal distance between the weir crest and sand deposition and maximum
height of sediment deposition, were optimized by applying genetic algorithm.
For this purpose, the field and laboratory data of Veronese (1937), Bormann and Julien
(1991), D’Agostino(1994), Mossa (1998), Lenzi et al. (2000), Missiaga stream (2004),
Falciai and Giacomin (1978), Some large-scale data ((Veronese 1937), Scimemi (1939),
Whittaker and Schleiss (1984)) and shahabi (2010) were used for training and validation of
the equations.
The efficiency and accuracy of each equations were examined based on statistical
Analyses such as percent error, root mean square error, mean bias error and correlation
coefficient using independent data sets of training data and were compared with the results
obtained from the equations proposed by D'Agostino and Ferro (2004).
The results show that the value of percent error, root mean square error, mean bias error
and correlation coefficient for maximum scour depth, horizontal distance between the weir
crest and the maximum scour depth position, horizontal distance between the weir crest and
sand deposition and maximum height of sediment deposition were 46.09, 11.78, 10.28 and
118.05, respectively. The corresponding values are 128.1, 27.73, 15.23 and 194.46 by using
D'Agostino and Ferro relation. The results showed that the root mean square error and mean bias error are decreased by
using proposed equations and the accuracy of obtained results by presented equations is
higher than D'Agostino and Ferro (2004) equations. So it is recommended to use the proposed
relations for assessing the characteristics of scour hole downstream of grade control
structures.

کلیدواژه‌ها English

Scouring
Control structures
experimental studies
Field studies
genetic algorithm
Aytac Guven, A. and Gunal, M.; Prediction of scour
downstream of grade-control structures using neural
networks; Journal of Hydraulics Engineering. 2008;
134(11), 1656-1660.
[2] Bormann, N. E. and Julien, P. Y; Scour downstream of
gradecontrol structures; Journal of Hydraulics
Engineering, ASCE; 1991, 117(5), 579–594.
[3] Chee, S. P. and Padiyar, P. V; Erosion at the base of
flip buckets. Engineering Journal; 1969, 52(111), 22-
24.
[4] D’Agostino, V., and Ferro, V; Scour on alluvial bed
downstream of grade-control structures; Journal of
Hydraulics Engineering; 2004, 130(1), 24–37.
[5] D’Agostino, V; Indagine sullo scavo a valle di opere
trasversali mediante modello fisico a fondo mobile.
Energ. Elettr; 1994, 71(2), 37–51 (in Italian).
[6] Doddiah, D., Albertson, M. L. and Thomas, R; Scour
from jets. Proc., 5th Congr. Int. Assoc. for Hydraulic
Res., Minneapolis, September, 1953; 161–169.
[7] Falciai, M. and Giacomin, A; Indagine sui gorghi che
si formano a valle delle traverse torrentizie. Italia
Forestale Montana; 1978, 23(3), 111–123 (in Italian).
[8] Lenzi, M. A., Marion, A., Comiti, F. and Gaudio, R;
Riduzione dello scavo a valle di soglie di fondo per
effetto dell’interferenza tra le opere. In Proc., 27th
Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche,
Genova, September, 2000, 3: 271–278 (in Italian).
[9] Liriano, S.L. and Day, R. A; Prediction of scour depth
at inlets using neural networks; Journal of
Hydroinformatics; 2001, 3, 231–238.
[10] Mason, P. J. and Arumugam, K; Free jet scour below
dams and flip buckets; Journal of Hydraulics
Engineering, ASCE; 1985, 111(2), 220–235.
[11] Mossa, M; Experimental study on the scour
downstream of grade-control structures. In: Proc.,
26th Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche,
Catania, September, 1998, 3, 581–594.
[12] Scimemi, E; Sulla relazione che intercede fra gli
scavi osservati nelle opere idrauliche originali e nei
modelli. Energy Elettrotecnica; 1939, 16(11), 3–8 (in
Italian).
[13] Veronese, A; Erosioni di fondo a valle di uno scarico.
Annal. Lavori Pubbl; 1937, 75(9), 717–726 (in
Italian).
[14] Whittaker, J. G. and Schleiss, A; Scour related to
energy dissipaters for high head structures. Mitt. Nr.
73 VAW/ETH, Zurich. 1984.
15 ] شهابی، م; "آبشستگی موضعی پایین دست سازه ]
ترکیبی سرریز دریچه." پایان نامه کارشناسی ارشد .
دانشکده مهندسی عمران- واحد بین الملل دانشگاه
120 صفحه. ; شیراز; 1389
16 ] دهقانی، ا. ا.، منتظر، غ .، نصیری، ف . و قدسیان، م ; ]
"استفاده از الگوریتم ژنتیکی و شبکه عصبی مصنوعی
برای بهینهسازی مقاطع سدهای وزنی بتنی "; فنی و
.112 – 99 ,25 , مهندسی مدرس; 1385