بهینه‌سازی با الگوریتم‌های فراکاوشی جهت تخمین ضریب پخش طولی رودخانه-ها

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 دانشیار گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 گروه مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

10.22125/iwe.2021.138262

چکیده

در سراسر جهان، رودخانه‌ها از اصلی‌ترین شریان­های تأمین نیازهای شرب، صنعت و کشاورزی به شمار می‌آیند. از این رو، در سال‌های اخیر شناخت و مطالعه‌ی فرایندهای انتقال آلودگی در رودخانه‌ها اهمیت خاصی پیدا کرده است. ضریب پخش طولی مهم­ترین پارامتر تأثیرگذار در معادله انتقال است که تاکنون روش­های مختلفی جهت تخمین و محاسبه آن ارائه شده است. از جمله رویکردهای مطرح جهت تخمین ضریب پخش طولی رودخانه­ها استفاده از روش­های بهینه­سازی فراکاوشی می­باشد. در این تحقیق توانایی 5 الگوریتم فراکاوشی شامل الگوریتم ژنتیک (GA)، کلونی زنبورهای عسل مصنوعی (ABC)، ازدحام ذرات (PSO)، گرگ خاکستری (GWO) و رقابت استعماری (ICA) در تخمین پارامتر مذکور مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. رابطه محاسبه ضریب پخش طولی با استفاده از هر یک از الگوریتم­ها ارائه و نتایج با داده­های مشاهداتی مقایسه شده است. طبق نتایج، الگوریتم بهینه­سازی ژنتیک در شرایط تکرار یکسان، از دقت و سرعت بالاتری نسبت به سایر الگوریتم­های مورد بررسی برخوردار است. سپس از پارامترهای آماری شامل خطای مجذور میانگین مربعات، میانگین خطای مطلق و ضریب همبستگی جهت بررسی دقت الگوریتم­ها استفاده شده است. که این مقادیر برای الگوریتم ژنتیک به ترتیب برابر با 1052/0 ، 4354/0 و 8288/0 بدست آمد. در نتیجه می­توان با دقت مناسبی، معادله حاصل از این الگوریتم را در محاسبه ضریب پخش طولی کارآمد معرفی نمود.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Longitudinal Dispersion Coefficient of Rivers by Using Meta-Heuristic Algorithms

نویسندگان [English]

  • sima ohadi 1
  • Seyed Arman Hashemi Monfared 2
  • Mohammad Givehchi 3
1 Department of Civil Engineering, University of Sistsn and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 University of Sistan and Baluchestan
3 Department of Civil Engineering, Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
چکیده [English]

Across the world, rivers are the main supply arches for drinking, industry and agriculture. Hence, in recent years, the identification and study of the processes of transport of pollution in rivers has become very important. Longitudinal dispersion coefficient is the most important parameter in the transport equation, and various methods for its estimating and calculating have been presented so far. Considering the nature of the problem, Meta-Heuristic Optimization methods are the important approaches for estimating the longitudinal dispersion coefficient. In this research, the ability of five Meta-Heuristic Algorithms to estimate the parameter was evaluated and compared. The equation of calculating the longitudinal dispersion coefficient using each of the algorithms was presented and the results were compared with the observational data. According to the results, the genetic optimization algorithm has the best accuracy and speed compared to the other algorithms under the same iteration conditions. Then statistical parameters including the mean of the absolute error, root mean squared error and correlation coefficient were used to check the accuracy of the algorithms. These values for the genetic algorithm were 0.4354, 0.1052 and 0.8288, respectively. As a result, it can be safely introduced the equation derived from this algorithm effective in calculating the longitudinal dispersion coefficient. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Contaminant transport
  • Longitudinal Dispersion Coefficient
  • timization
  • Meta-Heuristic methods
. امامی، ح. و س. امامی، 1398. ارائه روشی جدید برای ارزیابی کیفیت هیدروژئوشیمیایی آب­های زیرزمینی با استفاده از الگوریتم­های هوش جمعی، نشریه اکوهیدرولوژی، دوره 6، شماره 1، ص 190-177.
پیاده کوهسار، ج.، ح. مازتدرانی­زاده و س. م. ک. صدر، 1398. ارزیابی الگوریتم­های بهینه­سازی GA و PSO در بهره­برداری از سیستم­های چندمخزنه، مطالعه موردی: سدهای حوضه گرگان­رود، نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 26، شماره 2، ص 250-239.
جعفری­اصل، ج.، ب. سامی­کشکولی و م. بهرامی، 1394، مدیریت بهینه فشار در جهت حداقل سازی نشت در سیستم­های توزیع آب با استفاده از الگوریتم بهینه­سازی رقابت استعماری، دو فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، سال 5، شماره 12، ص 82-69.
حجتی، س. ح.، س. ه. حجتی و س. ع. ا. صالحی نیشابوری، 1395. بهینه­سازی زاویه جام پرتابی مثلثی و عرض سرریز شوت با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مجله عمران مدرس، دوره 16، شماره 2، ص 90-81.
سامی­کشکولی، ب.، م. بهرامی و م. انصاری­جابری، 1395. بهره­برداری بهینه از ایستگاههای پمپاژ سیستم­های تأمین آب با استفاده از الگوریتم جامعه زنبورهای عسل مصنوعی (ABC)، نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد 23، شماره 5، ص 189-175.
گیوه چی, م.، م. فغفور مغربی و ج. ابریشمی، ۱۳۸۸. کاربرد سرعت متوسط عمقی در تخمین ضریب پخش طولی آلودگی در رودخانه ها، مجله آب و فاضلاب، دوره 20، شماره 4، ص 96-91.
هاشمی­منفرد، س. آ.، ف. حسین­زاده و ب. پیرزاده، 1396. کاربرد الگوریتم رقابت استعماری در بهینه­سازی بهره­برداری مخزن با هدف حداکثر سازی تأمین نیاز (مطالعه موردی: سد پیشین)، مجله هیدرولیک، دوره 12، شماره 2، ص 67-59. 
Alizadeh, M.J., Ahmadyar, D. and Afghantoloee, A., 2017. Improvement on the existing equations for predicting longitudinal dispersion coefficient. Water resources management, 31(6), pp.1777-1794.
Alizadeh, M.J., Shahheydari, H., Kavianpour, M.R., Shamloo, H. and Barati, R., 2017. Prediction of longitudinal dispersion coefficient in natural rivers using a cluster-based Bayesian network. Environmental Earth Sciences, 76(2), p.86.
Atashpaz-Gargari. E., Hashemzadeh. F., Rajabioun. R. and Lucas. C., 2008.