بررسی و مقایسه عملکرد سه روش داده کاوی ANN، GEP وRF در تخمین ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه‌پهن با مقطع طولی ذوزنقه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری - گروه علوم و مهندسی آب- دانشگاه تبریز

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

3 دانشگاه تبریز، گروه مهندسی آب

10.22125/iwe.2023.173240

چکیده

تعیین دقیق ضریب دبی نقش بسیار مهمی را در برآورد مقدار جریان از روی سرریزها دارد. لذا تخمین آن با روش­های دقیق مهم می­باشد. هدف از این تحقیق، مدل­سازی و تخمین ضریب دبی در سرریزهای لبه‌پهن با مقطع طولی ذوزنقه­ای می­باشد. برای این منظور پس از شبیه­سازی عددی جریان با نرم­افزار ANSYS FLUENT و استخراج نتایج، از سه مدل هوشمند ANN(MLP) ، GEP و RF در تخمین ضریب دبی استفاده شد و نتایج آن­ها مورد مقایسه قرار گرفت. ارزیابی نتایج با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE و KGE و هم‌چنین دیاگرام­های گرافیکی انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE  وKGE  به ترتیب 906/0، 016/0 و 927/0 برای مدل  ANN(MLP) 790/0، 025/0و780/0 برای مدل GEP و 898/0، 013/0 و 841/0 برای مدل RF به دست آمد. نتایج معیارهای آماری، برتری ANN(MLP) نسبت به سایر روش­ها را نشان می­دهد. محدوده درصد خطای نسبی (RE%) برای مدل برتر کمتر از حدود   حاصل گردید. دیاگرام ویولنی نشان داد که توزیع احتمال داده­های تخمینی با مدل  ANN(MLP)با داده­های حاصل از شبیه­سازی عددی به روش حجم محدود تطابق بسیار نزدیک و مشابهی دارد. هم‌چنین نمودار تابع چگالی احتمال باقی‌مانده­ها در مدل ANN(MLP) نسبت به سایر مدل­های مورد بررسی در تحقیق حاضر به توزیع نرمال نزدیکتر می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation and Comparison Performance Three Data Mining Techniques ANN, GEP and RF in Estimating Flow Discharge Coefficients of Trapezoidal Broad-Crested Weirs

نویسندگان [English]

  • Bahram Nourani 1
  • Hadi Arvanaghi 2
  • farzin salmasi 3
1 Phd Candidate/Water Engineering/Tabriz University
2 Associated Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 University of Tabriz,, Water engineering department, 29 Bahman boulevard,

کلیدواژه‌ها [English]

  • Broad-crested weirs
  • Intelligence models
  • Discharge coefficient
  • Finite volume method
  • ANSYS FLUENT

مراجع

دهقانی، ر.، قربانی، م. ع.، تشنه­لب، م.، ریخته­گر غیاثی، ا.، و اسدی، ا. 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. مرحله 5. شماره 4، 85-65.
عباسپور، ا.، عبداله­پور، م.، و سلماسی، ف. 1392. شبیه­سازی عددی جریان بر روی سرریزهای لبه پهن مستطیلی با وجوه شیب­دار بالادست و پایین­دست بوسیله نرم‌افزار فلوئنت. دانش آب و خاک. جلد 23. شماره 4، 265-276.
فرهودی، ج.، گودرزی، ا.، و شکری، ن. ۱۳۸۶. بررسی تاثیر شیب‌دار کردن وجه بالادست سرریزهای لبه‌پهن مستطیلی در ضریب تخلیه و مشخصات جریان، ششمین کنفرانس هیدرولیک ایران. شهرکرد. انجمن هیدرولیک ایران. دانشگاه شهرکرد.
فولادی­پناه، م.، ماجدی اصل، م.، و حق گویی، ا. 1399. کاربرد الگوریتم‌های هوشمند برای مدل‌سازی رابطه دبی-اشل در شرایط استغراق سرریزهای کنگره‌ای و خطی، نشریه علمی پژوهشی هیدرولیک. دوره 15. شماره2، 149-164.
نورانی، ب.، نوروزی، ر.، رضایی، ف.، و سلماسی، ف. 1398. ارزیابی عملکرد مدل برنامه ریزی بیان ژن و شبکه عصبی مصنوعی در برآورد پارامترهای هیدرولیکی سرریز پلان مثلثی. نشریه آبیاری و آب ایران. دوره 12. شماره 1، 1-17.
ورجاوند، پ.، فرسادی زاده، د.، و خسروی­نیا، پ.، رفیعی، ز. 1389، شبیه‌سازی جریان بر روی سرریز استوانه­ای با استفاده از مدل فلوئنت و مقایسه نتایج با مدل فیزیکی. دانش آب و خاک، دوره20، شماره 2، 59-69.
 
Aksoy, A., and Doğan, M. 2016. Experimental investigation of the approach angle effects on the discharge efficiency for broad crested weirs. Anadolu University Journal of Science and Technology .Applied Sciences and Engineering, 17 (2): 279 – 286.
Azimi, A H., Rajaratnam, N., and David Z Zhu, M. 2013. Discharge Characteristics of Weirs of Finite Crest Length with Upstream and Downstream Ramps. J. Irrig. Drain Eng., 139(1): 75-83.
Azimi, A. H., and Rajaratnam, N. 2009. Discharge characteristics of weirs of finite crest length. J. Hydraul. Eng., 135(12): 1081– 1085.
Bayon A and Valero D. 2016. Performance assessment of OpenFOAM and FLOW-3D in the numerical modeling of a low Reynolds number hydraulic jump. Environ. Model. Softw., 80, 322–335.
Bos, M G., 1989. Discharge Measurements structures. J. Irrig. Drain Eng., 120(1): 13-26.
Breiman, L. 2001. Random Forests. Machine Learning, 45(1): 5–32.
Bowden, G.J., Dandy, G.C., and Maier, H.R. 2005. Input determination for neural network models in water resources applications. Part 1 – background and methodology. Journal of Hydrology, 301(1): 75–92.
Goguse, M., Defne, Z., and Ozkandemir, V. 2006. Discharge Broad crested weirs with rectangular compound cross sections. J. Irrig. Drain Eng., 132(3): 272-280.
Hager, H., and Schwalt. M. 1989. Broad crested weir. Intl. Institute for LandReclamation and Improvement, Wageningen NL.
Hager, H., and Fritz, M. 1998. Hydraulics of Embankment weirs. J.  Hydra Eng. ASCE, 124(9).
Horton, R.E., and Murphy, E.C. 1906. Weir experiments, coefficients, and formulas; US government printing Office: Washington, DC, USA.
Hirt, C.W., and Nichols B.D. 1981.Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. J. Comput. Phys, 39: 201–225.
Kling, H., Fuchs, M., and Paulin, M. 2012. Runoff conditions in the upper Danube basin under an ensemble of climate change scenarios. J. Hydrol., 424-425: 264–277.
Lei, J., Mingjun D., Haomiao, S., Yu, R. 2018. Numerical modeling of flow over a rectangular broad-crested weir with a sloped upstream face, Water, 10 (11), 1663; doi: 10.3390/w10111663.
Madadi, M.R., Farsadizadeh, D., and Hosseinzadeh Dalir, A. 2014. Investigation of flow characteristics above trapezoidal broad-crested weirs, Flow Measurement and Instrumentation 38: 139 – 148.
Norouzi, R., Daneshfaraz, R., and Ghaderi, A. 2019. Investigation of discharge coefficient of trapezoidal labyrinth weirs using artificial neural networks and support vector machines. Applied Water Science, 9: 148.
Roushangar, K., Alami, M.T., Shiri, J., and Majedi Asl, M. 2018. Determining discharge coefficient of labyrinth and arced labyrinth weirs using support vector machine. Hydrology Research, 49 (3): 924–938.
Roushangar, K., Alami, M.T Majedi Asl, M., and Shiri, J. 2017. Modeling discharge coefficient of normal and inverted orientation labyrinth weirs using machine learning techniques, ISH Journal of Hydraulic Engineering, 23(3): 331-340.
Sarker, M.A., and Rhodes, D G. 2004. Calculation of free surface profile over a rectangular broad-crested weirs, Flow Measurement and Instrumentation, 15: 215 – 219.
Sargison, J.E., and Percy, A. 2009. Hydraulics of broad-crested weirs with varying side slopes, Journal of irrigation and drainage engineering, 135(1): 115-118.
Simsek, O., Sami Akoz, M., and Goksu Soydan, N. 2016. Numerical validation of open channel flow over a curvilinear broad-crested weir, Progress in Computational Fluid Dynamics, 16(6): 364-378.
Toro, J.P., Bombardelli, F.A., and Paik, J. 2017. Detached Eddy Simulation of the No narrated Skim Flow over a Stepped Spillway. J. Hydraul. Eng., 143(9): 04017032.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار