تخمین عمق آبشستگی حوضچه استغراق جت‌های متقاطع متقارن به روش ماشین بردار پشتیبان

آب و توسعه پایدار

مقاله 2، دوره 9، شماره 4 - شماره پیاپی 26، اسفند 1401، صفحه 1-12   

نوع مقاله: پژوهشی کاربردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v9i4.2206.1154

نویسندگان

محمد باقرزاده¹؛ میرعلی محمدی^{* 2}

¹دانشجوی دکترا ، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ارومیه، ایران

²دانشیار مهندسی عمران-آب و سازه‌های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشکاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در پایین‌دست سرریز سدهای بلند به ‏منظور افزایش میزان استهلاک انرژی جریان از حوضچه‌های استغراق استفاده می‌شود. این نوع سازه‌ها یک گودال آبشستگی در پایین‌دست سد بوده که به بررسی مسئله آبشستگی نیازمند است. تحقیق حاضر با هدف بررسی عملکرد روش ماشین بردار پشتیبان (SVM) به‏ عنوان یکی از تکنیک‌های شناخته شده محاسبات نرم که در برآورد عمق آبشستگی حوضچه استغراق برآمده از جت‌های متقاطع متقارن به ‏کار برده می‌شود. در ابتدا با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی به تعیین درصد اجرا و کرنل مناسب روش SVM پرداخته شد. سپس پارامترهای کارآ در عمق آبشستگی دربرگیرنده عدد فرود دنسیمتریک، عمق نسبی پایاب، زاویه قائم جت، زاویه برخورد جت و فاصله نسبی محل برخورد جت تا سطح آب (Fr_d90 ،T_w ،α_v ،α_c ،δ)، به مدل‌های مختلف تقسیم‌بندی و اجرا شدند. مقادیر عددی معیارهای ارزیابی RMSE ،R و NRMSE مربوط به نتایج مرحله آزمون برای مدل برتر در برآورد عمق آبشستگی به ‏ترتیب برابر 0/9563، 0/688 و 18/47% به‏ دست آمد. نتایج خروجی از این مدل، عملکرد قابل  قبول SVM در برآورد عمق آبشستگی این پژوهش را می‌‏پذیرد. همچنین نتایج آنالیز حساسیت بر روی مدل برتر در تحقیق حاضر نیز آشکار نمود که پارامترهای T_w و α_v به‌ترتیب بیشترین و کمترین کارآیی در میزان درستی پیش‌بینی عمق آبشستگی را دارند.

کلیدواژه‌ها

آبشستگی؛ استهلاک انرژی؛ عدد فرود دنسیمتریک؛ عمق پایاب؛ محاسبات نرم

مراجع

Armaghani A., Lashkarara B. and Akhond A. A. M. 2017. The Process of Plunge Pool Bed Form Changes by a Vertical Jet Impinging Upon Non-Cohesive Sediment. Irrigation Sciences and Engineering, 40(3): 77-85.
Bollaert E. 2002. The influence of plunge pool air entrainment on the presence of free air in rock joints.Rock scour due to falling high-velocity jets Conference. Lisse, The Netherlandshttp://infoscience.epfl.ch/record/103498. 
Bagherzadeh M., Mousavi F. Manafpour M. Mirzaee R. and Hoseini K. 2022. Numerical simulation and application of soft computing in estimating vertical drop energy dissipation with horizontal serrated edge. Water Supply, 22(4): 4676-4689.
Daneshfaraz R., Bagherzadeh M. Esmaeeli R. Norouzi R. and Abraham J. 2021a. Study of the performance of support vector machine for predicting vertical drop hydraulic parameters in the presence of dual horizontal screens. Water supply, 21(1): 217-231.
Daneshfaraz R., Aminvash E. Ghaderi A. Abraham J. and Bagherzadeh M. 2021b. SVM performance for predicting the effect of horizontal screen diameters on the hydraulic parameters of a vertical drop. Applied sciences, 11(9): 4238.
Daneshfaraz R., Aminvash E. Mirzaee R. and Abraham J. 2021c. Predicting the energy dissipation of a rough sudden expansion rectangular stilling basins using the SVM algorithm. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 8(2): 98-106.
Daneshfaraz R., Bagherzadeh M. Ghaderi A. Di Francesco S. and Asl M. M. 2021d. Experimental investigation of gabion inclined drops as a sustainable solution for hydraulic energy loss. Ain Shams Engineering Journal, 12(4): 3451-3459.
Dasineh M., Ghaderi A. Bagherzadeh M. Ahmadi M. and Kuriqi A. 2021. Prediction of Hydraulic Jumps on a Triangular Bed Roughness Using Numerical Modeling and Soft Computing Methods. Mathematics, 9(23): 3135.
Epely-Chauvin G., De Cesare G. and Schwindt S. 2014. Numerical modelling of plunge pool scour evolution in non-cohesive sediments. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 8(4): 477-487.
Jia Y., Kitamura T. and Wang S. S. 2001. Simulation of scour process in plunging pool of loose bed-material. Journal of Hydraulic Engineering, 127(3): 219-229.
Khalifehei K., Azizyan G. Shafai-Bajestan M. and Chau K. W. 2020. Experimental modeling and evaluation sediment scouring in riverbeds around downstream in flip buckets. International Journal of Engineering, 33(10): 1904-1916.
Lee T. L., Jeng D. S. Zhang G. H. and Hong J. H. 2007. Neural network modeling for estimation of scour depth around bridge piers. Journal of hydrodynamics, 19(3): 378-386.
Majedi-Asl M., Daneshfaraz R. Fuladipanah M. Abraham J. and Bagherzadeh M. 2020. Simulation of bridge pier scour depth base on geometric characteristics and field data using support vector machine algorithm. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 7(2): 137-143. doi: 10.22126/arww.2021.5747.1189
Pagliara S., Hager W. H. and Minor H. E. 2006. Hydraulics of plane plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 132(5): 450-461.
Pagliara S. and Palermo M. 2008. Plane plunge pool scour with protection structures. Journal of Hydro-environment Research, 2(3): 182-191.
Pagliara S., Roy D. and Palermo M. 2011a. Scour due to crossing jets at fixed vertical angle. Journal of irrigation and drainage engineering, 137(1): 49-55.
Pagliara S., Palermo M. and Carnacina I. 2011b. Scour process due to symmetric dam spillways crossing jets. Intl. J. River Basin Management, 9(1): 31-42.
Pal M., Singh N. K. and Tiwari N. K. 2011. Support vector regression-based modeling of pier scour using field data. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 24(5): 911-916. 
Pagliara S., Palermo M. and Roy D. 2012. Stilling basin erosion due to vertical crossing jets. Journal of Hydraulic Research, 50(3): 290-297.
Roushangar K. and Koosheh A. 2015. Evaluation of GA-SVR method for modeling bed load transport in gravel-bed rivers. Journal of Hydrology, 527: 1142-1152.
Roushangar K., Alami M. T. Shiri J. and Asl M. M. 2018. Determining discharge coefficient of labyrinth and arced labyrinth weirs using support vector machine. Hydrology research, 49(3): 924-938.
Taştan K., Koçak P. P. and Yildirim N. 2016. Effect of the bed-sediment layer on the scour caused by a jet. Arabian Journal for Science and Engineering, 41(10): 4029-4037.
Yan X., Mohammadian A. and Rennie C. D. 2020. Numerical modeling of local scour due to submerged wall jets using a strict vertex-based, terrain conformal, moving-mesh technique in Open FOAM. International Journal of Sediment Research, 35(3): 237-248.