نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

2 استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور

3 مربی دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول.

چکیده

فرسایش عمومی و پایین افتادن بستر رودخانه بالارود منجر به آشکار شدن سازه‌ی مدفون سیفون معکوس بالارود شده است. اختلاف به­وجود آمده در بالادست و پایین دست آن باعث تشکیل یک حوضچه­ی استغراق در پایاب آن شده است. جریان عبوری از روی لبه­ی پهن تاج سیفون معکوس منجر شده تا این سازه مانند یک شیب­شکن عمل نماید. در این تحقیق نتایج یک مطالعه مشابه درخصوص اثر دانه­بندی مصالح بستر حوضچه استغراق، عمق پایاب، پتانسیل کل و همچنین اثر عرض جت جریان ریزشی از روی تاج بدنه یک سیفون معکوس بر الگوی آبشستگی پایین­دست آن مورد بررسی قرار گرفته است.برای این منظور با استفاده از تحلیل­ابعادی و رگرسیون غیرخطی روابطی بدون بعد برای تخمین حداکثر عمق و مکان حفره آبشستگی و همچنین حداکثر ارتفاع و موقعیت مکانی تپه رسوبی در پایین‌دست این نوع سازه‌ها ارائه شده است. در بخش دوم تحقیق با استفاده ازسیستم داده کاوی برنامه­سازی ژنتیک و مدل شبکه­عصبی مصنوعی نسبت به تدقیق روابط اقدام گردید و در بخش سوم با استفاده از تحلیل حساسیت، تأثیر پارامترهای مؤثر بر ابعاد آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل نتایج نشان داد رگرسیون غیر­خطی به روش گام­به­گام پیشرو در مقایسه با مدل ارائه شده توسط برنامه­سازی ژنتیک و مدل شبکه­عصبی در تخمین پارامتر نسبی حداکثر عمق آبشستگی به­ترتیب از ضریب همبستگی 962/0، 971/0 و 991/0برخوردار است. از طرفی شیب خط برازش شده از بین مقادیر  نتایج مشاهداتی و محاسباتی هر سه مدل برای پارامترهای بدون بعد s/z، XS/z، hd/z، XD/zحاکی از برتری پیش­بینی انجام شده توسط شبکه عصبی مصنوعی می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Estimating Scour Below Inverted Siphon Structures using Stochastic and Soft Computing Approaches

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Fatahi 1
  • Babak Lashkarara 2
  • Leila Najafi 3

1 Grajuate Student, Civil Engineering Department, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran.

2 Assistant professor

3 Instructor, Civil Engineering Department, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran.

چکیده [English]

Hydraulic structures that change the  flow pattern around themselves may cause local scouring, since changing the flow characteristics (velocities or turbulence) can lead to changes in sediment transport capacity. The difference in height between the upstream and downstream bed levels of the river-intersecting structures will form a vertical waterfall in the tail-water that plays an important role in grade-control structures. An example of these structures is the Balaroud inverted siphon structure in Dez irrigation and drainage network in the south of Andimeshk county, Khuzestan province, Iran. Various experimental studies on downstream scour of hydraulic structures are available in the literature. The main objectives of this study were to investigate the scour process, estimating the maximum depth and location of the scour hole, and evaluating the maximum height and location of the sedimentary mound at the downstream of the grade-control structure. In this study, the experimental data obtained by the previous researchers was used, and the equations were reviewed and re-written using the D’Agostino and Ferro (2004) studies in order to improve the accuracy of the existing relationships. In the next step, the hydroinformatic science and the soft computing technique were used to achieve more accuracy for the relationships of the hole’s characteristic and the sedimentary mound in alluvial ducts containing non-cohesive sediments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scour
  • Inverted Siphon
  • Neural Network
  • Genetic Programming

1-Bormann, N.E. and Julien, P.Y., 1991. Scour Downstream of Grade-Control Structures. Journal of Hydraulic Engineering, 117(5), pp.579-594.

 2-Christopher Frey, H. and S.R. Patil, 2002. Identification and review of sensitivity analysis methods. Risk analysis, 22(3): 553-578.

3-Coello, C.A.C., Lamont, G.B. and Van Veldhuizen, D.A., 2007. Evolutionary Algorithms for Solving Multi-Objective Problems New York: Springer. (5),131-154.

 4-D’Agostino, V., 1996. La progettazione delle controbriglie. XXV Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Politec. di Turin, Turin, Italy, pp.16-18.

5-D'Agostino, V., 1994. Indagine Sullo Scavo a Valle Di Opere Trasversali Mediante Modello Fisico a Fondo Mobile. L'Energia elettrica, 71(2), pp.37-51.

6-Doddiah, D., Albertson, M.L. and R.K. Thomas, 1953. Scour from jets. CER; 54-4.

7-D’Agostino, V. and Ferro, V., 2004. Scour on Alluvial Bed downstream of Grade-Control Structures. Journal of Hydraulic Engineering, 130(1), pp.24-37.

8- Falciai, M. and Giacomin, A., 1978. Indagine Sui Gorghi Che Si Formano a Valle Delle Traverse Torrentizie. Italia Forestale Montana, 23(3), pp.111-123.

9-Koza, J.R., 1994. Genetic Programming: on the Programming of Computers by Means of Natural Selection, Cambridge, Bradford Book.

10-Lenzi, M.A., Marion, A., Comiti, F. and Gaudio, R., 2000. Riduzione Dello Scavo a Valle di Soglie Di Fondo Per Effetto Dell’interferenza Tra le Opere. Proc., 27th Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Genova, 3, pp.271-278.

11-Mason, P.J. and Arumugam, K., 1985. Free Jet Scour Below Dams and Flip Buckets. Journal of Hydraulic Engineering, 111(2), pp.220-235.

12-McCulloch, W.S. and Pitts, W., 1943. A logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity. The Bulletin of Mathematical Biophysics, 5(4), pp.115-133.

13-Mossa, M. "Experimental study on the scour downstream of grade-control structures." Proc., 26th Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Catania 3 (1998): 581-594.

14-Robinson, K.M., Cook, K.R. and G.J., 2000. Velocity field measurements at an overfall, Transactions of the ASAE. 43(3):665-670.

15-Rouse, H., 1940. Criteria for Similarity in the Transportation of Sediment. University of Iowa Studies in Engineering, 20, pp.33-49.

16- Soltani, A., Gorbani, M., Fakheri Fard, A., Darbandi, S., Farsadizadeh, D. (2011). 'Genetic Programming and Its Application in Rainfall-Runoff Modeling', Water and Soil Science, 20(4), pp. 62-71. (In Persian).

17- Veronese, A., 1937. Erosioni di fondo a valle di uno scarico. Annal. Lavori Pubbl, 75(9), pp.717-726.

18- Yen, C.L. 1987. Discussion on ‘Free jet Scour Below Dams and Flip Buckets, by Peter J. Mason and Kanapathypilly Arumugam, Journal of Hydraulic Engineering, 113(9): 1200–1202.