محاسبه ارتفاع آبشار در پایین‌دست سرریزهای اوجی جهت کنترل پرش هیدرولیکی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

3 استاد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

سرریز­های اوجی بهتر است به­ گونه­‌ای طراحی شوند که پرش هیدرولیکی در پای سرریز تشکیل شود و با این عمل از فرسایش و تخریب پایین‌دست یا بدنه سرریز در حالت پرش مستغرق و آزاد جلوگیری به‌عمل آید، برای نیل به این هدف می‌توان از آبشاری در پای سرریز استفاده نمود. در همین راستا، در این پژوهش، هدف، ارائه رابطه‌­ای­ مستقیم برای محاسبه ارتفاع آبشار بوده که بر اساس آن در نهایت یک رابطه رگرسیونی چندگانه (MR) غیرخطی پیشنهاد شد. این رابطه می‌­تواند بدون نیاز به روش غیرمستقیم و استفاده از منحنی با کم‌ترین محاسبات، ارتفاع آبشار را برآورد نماید. به‌علاوه عملکرد مدل‌های هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) نیز در تخمین ارتفاع آبشار مورد بررسی قرار گرفت و سپس نتایج آن‌ها با رابطة رگرسیونی چندگانه (MR) توسط معیارهای آماری مورد مقایسه قرار گرفت. طبق نتایج مشاهده شد که روش ANN بهتر از روش SVM می­‌تواند ارتفاع آبشار را برآورد نماید. ارزیابی صحت نتایج با استفاده از معیارهای آماری شامل ضریب تبیین (R2)، درصد خطای نسبی (%RE) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) انجام شد. مقادیر معیارهای آماری %R،RE و RMSE برای مدل MR و برای شرایطی که عدد فرود قبل از پرش هیدرولیکی (Fr1) در محدودة 4.5 تا 15.5 باشد، به‌ترتیب 0.999، 0.539 و 0.0186، و برای مدل ANN در محدوده فوق‌الذکر به‌ترتیب 0.999، 0.394 و 0.00035 به‌دست آمد. هم‌چنین در شرایطی که عدد فرود قبل از پرش هیدرولیکی (Fr1) در محدودة 2.5 تا 4.5 باشد، مقدار معیارهای آماری اشاره شده در بالا، برای مدل MR به‌ترتیب 0.999، 0.240 و 0.0128 و هم‌چنین برای مدل ANN به‌ترتیب 0.999، 0.022 و 0.0014 به‌دست آمد. معیارهای آماری نشان از برتری دو مدل MR و ANN نسبت به مدل SVM در برآورد ارتفاع آبشار برای عدد فرود کم‌تر و بیش‌تر از 4.5 دارد.

کلیدواژه‌ها


- Abbaspour, A., Hosseinzadeh Dalir, A., Farsadizadeh, D., & Sadraddi, N. (2009). Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Hydro-environmental Research, 3, 109-117.
- Abrishami, J., & Saneie, M. (1994). Hydraulic jump in adverse basin slope. International Journal of Water Resources Engineering, 2(1), 51-63.
- Achour, B., & Debabeche, M. (2003). Control of hydraulic jump by sill in triangular channel. Journal of Hydraulic Resources, 41(3), 319-325.
- Arra, N. (2015). Marun Reservoir Dam and power plant. Peyab Sazeh Gostar Co. Archived from https://archive.is/20150119204215/http://www.peyab.org/maruneng.htm#, Retrieved 19 January 2015.
- Asafi, M., & Zeyaee, A.N. (2011). Two-dimensional numerical simulation of hydraulic jump on inverted sloping surfaces with stairs at bottom with FLUENT software. 6th National Congress of Civil Engineering, 26-27 April, Semnan, Iran (in Persian).
- Beirami, M.K. (2016). Water conveyance structure. 13th Edition. 462 Pages (in Persian).
- Boser, B.E., Guyon, I.M., & Vapnik, V.N. (1992). A training algorithm for optimal margin classifiers. Proceedings of the 5th Annual Workshop on Computational Learning Theory (COLT’92), Pittsburgh, 27-29 July 1992, 144-152.
- Carvalho, R.F., Lemos, C.M., & Ramos, C.M. (2010). Numerical computation of the flow in hydraulic jump stilling basins. Journal of Hydraulic Research, 46, 739-752.
- Daneshfaraz, R., Chabokpour, J., & Nezafat, H. (2019a). Experimental investigation of the scouring due to hydraulic jump in screens. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(5), 1039-1051 (in Persian).
- Daneshfaraz, R., Sadeghfam, D., & Hasanniya, V. (2019b). Experimental investigation of energy dissipation the vertical drops equipped with a horizontal screen with the supercritical flow. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(6), 1421-1436 (in Persian).
- Defina, A., Susin, F.M., & Viero. D.P. (2008). Bed friction effects on the stability of a stationary hydraulic jump in a rectangular upward sloping channel. Physics of Fluids, 20(3), 036601.
- Esmaely, K., & Abrishami, J. (2002). Determination of relationship between depth before and after jump and step elevation to control hydraulic jump on reverse and steep slopes (positive and negative). Proceedings of the International Conference on Hydraulic Structures, Kerman, Iran Pp. 601-612 (in Persian).
- Gazanfari Hashemy, A., & Shahidi, S. (2012). Prediction of scour depth around bridge pier by support vector machines, Modares Civil Engineering Journal, 12(2), 23-36 (in Persian).
- Ghassemi, A., Omid, M., Nasr Abadi, M., & Raeesi Estabragh, A. (2017). Evaluate and develop new relationships to estimate submerged hydraulic jump characteristics. Iranian Journal of Soil and Water Research, 47(4), 755-764 (in Persian).
- Gunn, S.R. (1998). Support vector machines for classification and regression. University of Southampton publication, England, 66 pages.
- Habibzadeh, A., Loewen, M., & Rajaratnam, N. (2011). Exploratory study of submerged hydraulic jumps with blocks. Journal of Hydraulic Engineering, 137(6), 706–710.
- Hsu, E., Kolupaila, S., Jaeger, C., Laushey, L.M., Viparelli, M., Weaver, R.M., Woodward, S.M., & Yates, F.M. (1950). Discussion of control of the hydraulic jump by sills. Ed. by J. W. Forster and R. A. Skrinde. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 115(1), 988-991.
- Kiani, S., Fathi-Moghadam, M., Behroozi-Rad, R., & Davoodi, L. (2017). Control of hydraulic jump in the stilling basins with perforated sill. Irrigation and Water Engineering, 7(4), 26-36 (in Persian).
- Norouzi, R., Daneshfaraz, R., & Ghaderi, A. (2019). Investigation of discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs using artificial neural networks and support vector machines. Applied Water Science, 9(7), 148, https://doi.org/10.1007/s13201-019-1026-5.
- McCorquodale, J.A., & Mohamad, M.S. (1994). Hydraulic jump on adverse slopes. Journal of Hydraulic Research, 32(1), 119-130.
- Minaei, A., Ghodsian, M., & Mehraein, M. (2016). Experimental investigation of hydraulic jump in stilling basin with stepped sill. Modares Civil Engineering Journal, 16(1) 146-156 (in Persian).
- Parsamehr, P., Farsadizadeh, D., Hosseinzadeh Dalir, A., Abbaspour, A., & Nasr Esfahani, M.J. (2017). Characteristics of hydraulic jump on rough bed with adverse slope. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 23(3), 301-307.
- Pourabdollah, N., Heidarpour, M., Abedi Koupai, J., & Mohamadzadeh, J. (2018). Study of characteristics of submerged hydraulic jump on bed roughness and adverse slopes. Iranian Journal of Soil and Water Research, 49(3) 683-693 (in Persian).
- Pourabdollah, N., Honar, T., &. Fatahi, R.A. (2014). The influence of roughness in adverse bed slopes on conjugate depth and energy losses of hydraulic jump.  Journal of Water and Soil Science, 18(67), 165-174.
- Rajaratnam, N. (1976). Hydraulic jumps: Advances in Hydroscience. ACADEMIC Press, 4, 84 pages.
- Salmasi, F. (2018). Effect of downstream apron elevation and downstream submergence in discharge coefficient of Ogee weir. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 10.1080/09715010.2018.1556125.
- Salmasi, F., Nouri, M., Sihag, P., & Abraham, J. (2021). Application of SVM, ANN, GRNN, RF, GP and RT models for predicting discharge coefficients of oblique sluice gates using experimental data. Water Supply, 21(1), 232–248.
- Yousefi, F., Mozaffari, J., & Mohseni Movahed, S. (2019). Laboratory comparison of hydraulic jump models in different flow regimes. Irrigation and Water Engineering, 9(2), 1-11 (in Persian).