ارزیابی عملکرد مدل برنامه‌ریزی بیان ژن و شبکه عصبی مصنوعی در برآورد پارامترهای هیدرولیکی سرریز پلان مثلثی

نویسندگان

1 علوم و مهندسی آب دانشگاه تبریز

2 Tabriz university

3 دانشگاه تبریز، گروه مهندسی آب

4 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22125/iwe.2021.138243

چکیده

هدف از این تحقیق، ارائه یک رابطه برای تعیین ضریب دبی سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی است که در نهایت یک رابطه رگرسیونی با استفاده از داده­های آزمایشگاهی بر اساس پارامترهای h/p و α با دقت زیاد ارائه شد. برای این منظور از دو مدل هوش مصنوعی ANN و GEP و نیز دو روش رگرسیونی MR-linear  و MR-nonlinear در تخمین پارامتر بی­بعد h/p و رابطه دبی – اشل این سرریزها استفاده شد. ارزیابی نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% به ترتیب 998/0، 0076/0، 997/0 و %74/1 برای مدل ANN، 983/0، 0301/0، 998/0 و% 86/6 برای مدل GEP،986/0، 0196/0، 985/0 و% 09/4 برای مدل MR-linear  و 987/0، 0197/0، 984/0 و % 09/4 برای مدل MR-nonlinear به دست آمد. نتایج معیارهای آماری، برتری ANN نسبت به سایر روش­ها را نشان می­دهد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که در سرریزهای پلان مثلثی بسته به زاویه قرارگیری، مقدار ضریب دبی جریان 1 الی 8 درصد نسبت به سرریزهای هم عرض کانال افزایش می­یابد. ضمنا در شرایطی که بار آبی روی تاج  این سرریز­ها کم باشد، کارایی بهتری از خود نشان خواهند داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation Performance of Gene Expression Programming and Artificial Neural Network Models in Estimation of Hydraulic Parameters in Triangular Plan Sharp-Crested Weirs

نویسندگان [English]

  • Bahram Nourani 1
  • Reza Norouzi 2
  • farzin salmasi 3
  • Hadi ARVANGHI 4
1 Department of water Engineering
2 Tabriz university
3 University of Tabriz,, Water engineering department, 29 Bahman boulevard,
4 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The purpose of this study is to provide an equation for prediction of discharge coefficient (Cd) for triangular plan sharp-crested weirs. Using laboratory data, a regression equation was presented based on h/p and α parameters with a reasonable accuracy. In addition, the performance of artificial neural network (ANN), gene expression programming (GEP) models and regression models (MR-linear and MR-nonlinear) in the estimation of the h/p was investigated. The stage-discharge relationship for triangular sharp-crested weirs was investigated. The results were evaluated using statistical criteria R2, RMSE, NSE and RE%. The values of the R2, RMSE, NSE and RE% were respectively, 0.998, 0.0076, 0.997 and 1.74% for ANN, 0.983, 0.0301, 0.998 and 6.86% for GEP, 0.986, 0.0196, 0.985 and 4.09% for MR-linear and 0.987, 0.0197, 0.984 and 4.09% for MR-nonlinear. The results of statistical criteria indicated the superiority of ANN as compared to other methods. In addition, results showed that based on the angle of the triangular sharp-crested weirs, the Cd is increased from 1 to 8 % respect to the normal sharp-crested weirs with identical width (suppressed weirs). In a situation where the head on the crest of these weirs is low, they will show better performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Triangular in plan sharp-crested weirs
  • Discharge coefficient
  • Stage-discharge
  • ANN
  • GEP
دهقانی، ر.، م.ع. قربانی، م. محمد تشنه لب، ا. ریخته گر غیاثی و ا. اسدی. 1394. مقایسه و ارزیابی مدل‌های شبکه عصبی بیزین، برنامه‌ریزی بیان ژن، ماشین بردار پشتیبان و رگرسیون خطی در تخمین بده جریان؛ مطالعه موردی حوضه صوفی چای. نشریه آبیاری و آب ایران، دوره 5، شماره 4، ص 85-65.
نیک پیک، پ. و م. کاشفی­پور. 1395. تأثیر شرایط هیدرولیکی و هندسه سرریز در مدل‌سازی ریاضی ضریب دبی سرریزهای نوک ‌اردکی و مایل. نشریه علوم و مهندسی آبیاری، دوره 39، شماره 1، ص 10-1.
نورانی، ب.، ر. نوروزی، ف. رضایی و ف. سلماسی. 1398. بررسی رابطه دبی- اشل و ضریب دبی در سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. جلد 53، شماره 5،   DOI:10.22060/CEEJ.2019.16931.6399
 
Carollo, F., V. Ferro and V. Pampalone. 2012. Experimental investigation of the outflow process over a triangular labyrinth weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(1): 73–90.
Crookston, B.M. and B.P. Tullis. 2012. Discharge efficiency of reservoir application specific labyrinth weirs. Irrig. Drain. Engr. ASCE. 138(6): 773-776.
Distefano, C and V. Ferro. 2013. A new approach for deducing the stage-discharge relationship of triangular in plan sharp-crested weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 32: 71-75.
Emami, S., H. Arvanaghi and J. Parsa. 2018. Numerical Investigation of Geometric Parameters Effect of the Labyrinth Weir on the Discharge Coefficient. Rehabilitation in Civil Engineering, 6(1): 1-9.
Gupta, K.K., S. Kumar and Z. Ahmad. 2014. Flow characteristics of sharp-crested W-planform weirs. International Journal of Advanced Technology and Engineering Research. 176-180.
Hay, N. and G. Taylor. 1970. Performance and design of labyrinth weirs. Hydraulic. Eng., ASCE, 96(11): 2337-2357.
Henderson, F.M.1996. Open channel flow, in:  Channel controls, MacMillan, New York, pp. 174–176.
Kumar, S., Z. Ahmad, T. Mansoor and S.K. Himanshu. 2017. A New Approach to An