علوم و مهندسی آبیاری

علوم و مهندسی آبیاری

ارزیابی ضریب دبی جریان سرریزهای با محیط متخلخل با استفاده از آزمایش‌های هیدرولیکی و مدل‌های داده مبنا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم ومهندسی آب دانشگاه بوعلی سینا همدان
2 گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بوعلی سینا همدان
چکیده
سرریزهای گابیونی لبه‌پهن مستطیلی به‌دلیل قابلیت بالای کنترل جریان، کاهش انرژی و سازگاری زیست‌محیطی، کاربرد گسترده‌ای در سازه‌های هیدرولیکی دارند. در این پژوهش، ضریب دبی جریان عبوری از این نوع سرریزها بر اساس داده‌های آزمایشگاهی و با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین پیش‌بینی شد. بدین منظور، پنج مدل یادگیری ماشین مبتنی بر رگرسیون نظیر RF، SR، SVR، XGBoost و CatBoost توسعه داده شد. نتایج نشان داد که مدل‌های CatBoost وXGBoost بالاترین دقت را در پیش‌بینی مقادیر ضریب سرریز ارائه می‌دهند. تحلیل کلی عملکرد مدل‌ها نشان داد که تقسیم‌بندی نظیر 80 درصد داده‌های خام برای آموزش مدل نتایج بسیار خوبی به همراه داشته است. به‌طوری که مدل‌های XGBoost و CatBoost با R2 به‌ترتیب برابر با 990/0 و 996/0 ، و RMSE معادل با 038/0و 019/0 بهترین نتایج را به همراه داشته است. اما مدل‌های RF، SR و SVR در تمامی سناریوها ضعیف‌ترین عملکرد را داشتند. همچنین استخراج رابطه تجربی با استفاده از الگوریتم GEP نشان داد که نسبت آموزش و آزمون مدل نقش تعیین‌کننده‌ای در دقت معادله نهایی دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of the Discharge Coefficient of Porous Weirs Using Hydraulic Experiments and Data-Driven Models

نویسندگان English

Seyed Alireza Esmaili 1
Majid Heydari 2
Saeed Gohari 2
1 Department of Water Science and Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamadan
2 Department of Water Science and Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamadan
چکیده English

Broad-crested rectangular gabion weirs are used as an effective means of regulating flow to an impoundment while conserving large amounts of energy and preventing adverse ecological impacts in hydraulic structures. This study aimed to develop various machine learning algorithms to estimate the coefficients of discharge for free-flowing water over the through-weir. Many of the machine learning regression algorithms were created from experimental data: RF, SR, SVR, XGBoost, and CatBoost, to find the best fit to model the coefficients of discharge from the dataset, with CatBoost and XGBoost providing the best overall performance. The total dataset was split so that 20% was used to test how well the models were performing, and the remaining 80% was used to train the models to provide the most accurate measure of performance for the models. The XGBoost model provided the best performance with an R2 of 0.96, NSE of 0.95, and RMSE of 0.029. The performance of the Simple Regression and Support Vector Regression models was less than desirable for each condition observed in comparison to that of the XGBoost model’s performance. Finally, the 80:20 ratio of training-testing data sets was shown to be a large contributor to the predictive accuracy of the empirical relationship of the final equation produced by the GEP models.

کلیدواژه‌ها English

Gabion Weir
Flow Over
Machine Learning
XGBoost
CatBoost
GEP

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 03 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 03 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 17 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 17 تیر 1405