نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

2 استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول.

3 استاد گروه سازه‌های آبی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

     آبگیرهای افقی از جمله سازه­های هیدرولیکی هستند که برای آبگیری از رودخانه­ها و مخازن سدها به­ منظور تأمین آب شرب و یا اهداف صنعتی نصب می‌گردند.عمق استغراق جریان در دهانه­ های ورودی این آبگیرها می‌تواند منجر به تشکیل جریان گرداب ‌شود. وقوع جریان گردابی در نتیجه اندرکنش بین عوامل مختلف باعث ایجاد مشکلاتی از جمله لرزش و ورود هوا به تأسیسات وابسته شده و کاهش ضریب تخلیه جریان را به­همراه دارد.بررسی­ها نشان می­دهد که عمق استغراق بحرانی در دهانه‌های آبگیر علاوه بر مشخصات هندسی دهانه آبگیر، به شدت آشفتگی و میزان تغییرات لحظه‌ای خصوصیات جریان نیز وابستگی شدید نشان می‌دهد. در این مقاله تلاش شده است تا با تلفیق نتایج آزمایشگاهی مختلف، دامنه تأثیر پارامترهای مؤثر بر تخمین عمق استغراق بحرانی در آبگیرهای افقی منشعب از مخازن گسترش یافته و در نهایت با اعمال اثر وزن کلیه عوامل هیدرولیکی و هندسی، رابطه‌ای غیر خطی برای تخمین عمق استغراق بحرانی معرفی گردد. نتایج حاصل از مدل پیشنهادی با مدلYildirim و معادله پیشنهادی Gurbuzdal، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه­سازی ژنتیک مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که هرچند نتایج حاصل از شبکه عصبی مصنوعی و برنامه­سازی ژنتیک از دقت بالاتری نسبت به معادله­های پیشنهادی توسط محققین قبلی و تحقیق جاری برخوردارند ولی در بین معادله­ های ارائه شده، سازگاری بهتری بین رابطه پیشنهادی و نتایج آزمایشگاهی ذکر شده وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Critical Submergence Estimation For Horizontal Intakes Derived From Reservoir Using Intelligent and Statistical Methods

نویسندگان [English]

  • Yaser Sheikhi 1
  • Babak Lashkar-Ara 2
  • Manoochehr Fathi-moghadam 3
  • Mahsa Valipour 1

1 Msc student, Civil Engineering Department, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran

2 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran.

3 Professor, Department of Water and Science Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.

چکیده [English]

Horizontal intakes are one of the most important parts of hydraulic sets such as rivers for irrigation or reservoirs for power generation and industrial purposes. Air entrainment, by means of a free air-core vortex occurring at intake pipes, is an important problem encountered in hydraulic engineering.
To develop and build the predictive models to estimate the critical submergence for a horizontal intake and evaluate the performance of these models, laboratory or field data are required. Gurbuzdal (2009) and Yildirim et al (2000) carried out an experimental study on critial submergence for horizontal intakes at a hydraulic laboratory. Yildirim et al ( 2000) experiments were performed at rectangular flume with 10m length and 0.5m width. Gurbuzdal (2009) was performed his experiments in a rectangular flume with 2.2m length and 0.63m width.
In this study, equations for estimating critical submergence are developed using experimental data. At first, the equation of present study was determined using dimensional analysis, nonlinear regression and SPSS software. In the next step, the artificial neural network and the genetic programming models were used to investigate the accuracy of the results. At first, a functional predictors for critical submergence using nonlinear regression was proposed. The proposed model includes the effect of relative width, horizontal distance of center point of intake to impervious dead, vertical distance of intake to bottom of canal, velocity and Froude number. Then the results of the proposed model were evaluated and compared with the previous studies. As well, with development of the hydroinformatics the Artificial Neural Network model and the genetic programming model are used. The results of these models are statically compared according to the root mean square error (RMSE), mean percentage error (MPE), standard error of the estimate (SEE), modeling efficiency (EF), correlation coefficient (R2) and The gradient of regression line between results and observations, m, is calculated for evaluating the performance of the model in a way that the intercept of the equation is zero. The results of previous research are used on this equation validation. The predicted results are close to the observations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Critical Submergence
  • Nonlinear Regression
  • Genetic Programming
  • Neural Network

1-    Bina, K., Faghfoor, M.M. and Abrishami, J., 2012. Experimental comparison of discharge coefficient for mesh panel bottom intakes with and without sediment. Irrigation Sciences and Engineering, 35(1): 35-47.(In Persian).

 

2-    Daemi, A., 1998. Study on effective parameters on vortex formation at horizontal intake. Proceeding of Water Resources Engineering Conference, (2): 1900- 1906.

 

3-    Gordon, J.L., 1970. Vortices at intakes. International Water Power & Dam Construction, (4): 137-138.

 

4-    Gurbuzdal, F., 2009. Scale effects on the formation of vortices at intake structures. Master Thesis, Ankara, Turkey, Middle East Technical University.

 

5- Hecker, G.E. 1987. Fundamentals of vortex intake flow, swirling flow problems at intakes. IAHR hydraulic structures design manual, Vol. 1, Balkema, Rotterdam, Netherlands, 13–38.

 

6- Knauss, J. 1987. Prediction of critical submergence, swirling flow problems at intakes. IAHR hydraulic structures design manual, Vol. 1, Balkema, Rotterdam, Netherlands, 57–76

 

5-    Koza, J.R., 1992. Genetic Programming: On the Programming of Computers by Natural Selection, Cambridge, MA.

 

6-    Sheikhi, Y., Lashkar-Ara, B., and Valipour, M. 2016. Evaluation of critical submergence for horizontal intakes derived from the channel. Journal of Water and Soil Conservation, 23(4): 331-338. (In Persian).

 

7-    Wang, Y., Jiang, C. and Liang, D., 2011. Study on the critical submergence of surface vortices and the design of anti-vortex intakes. Science China Technological Sciences, 54(4): 799-804.

 

8-    Yildirim, N. and Kocabaş, F., 1995. Critical submergence for intakes in open channel flow. Journal of Hydraulic Engineering, 121(12): 900-905.

 

9-    Yildirim, N. and Kocabaş, F., 2002. Prediction of critical submergence for an intake pipe. Journal of Hydraulic Research, 40(4): 507-518.

 

10- Yildirim, N., Kocabaş, F. and Gülcan, S.C., 2000. Flow-boundary effects on critical submergence of intake pipe. Journal of Hydraulic Engineering, 126(4): 288-297.