بهینه‌سازی چند هدفه سرریزهای پلکانی با استفاده از الگوریتم نوین شاهین هریس (مطالعه موردی: سد سیاه‌بیشه پایین)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دکتری مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی ،گروه مهندسی عمران، دانشگاه آیت اله بروجردی(ره)، بروجرد، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازههای هیدرولیکی، دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی، ایران

3 استادیار، گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه آیت‌الله بروجردی، ایران

10.22125/iwe.2023.376267.1693

چکیده

سرریزهای پلکانی نمونه‌ای از این سازه‌های هیدرولیکی حجیم می‌باشند که علاوه بر عبور دادن آب اضافی سدها، موجب استهلاک انرژی جریان در پائین دست سدها نیز می‌شوند. با توجه به هیدرولیک پیچیده جریان بر روی این سرریزها و وجود محدودیت‌های غیرخطی، طراحی بهینه آن‌ها یک مسئله بسیار سخت می‌باشد. در این پژوهش یک چارچوب نوین بر اساس الگوریتم‌های فراکاوشی، شامل شاهین هریس (HHO)، گرگ خاکستری (GWO)، علف‌های هرز مهاجم (IWO) و چرخه آب (WCA) با در نظر گرفتن کمینه‌سازی حجم بتن مصرفی سرریز و بیشینه‌سازی میزان استهلاک در پنجه سرریز به عنوان توابع هدف، برای طراحی این سرریزها توسعه داده شد. عملکرد الگوریتم‌ها، ابتدا بروی توابع پایه مورد بررسی و صحت‌سنجی قرار گرفت. سپس، برای دستیابی به اهداف مطالعه، سرریز سد سیاه‌بیشه به عنوان سد مورد مطالعه انتخاب شده و کارآیی مدل‌های توسعه داده شده بر اساس چهار الگوریتم مذکور بر روی آن ارزیابی گردید. نتایج نشان داد، مدل مبتنی بر HHO علاوه بر بهبود طرح سرریز کنونی از نظر هزینه‌های احداث و انرژی مستهلک شده، در مقایسه با سایر الگوریتم‌های فراکاوشی نیز از دقت و همگرایی مناسبی برخوردار است. به‌گونه‌ای که مقایسه طرح به دست آمده از HHO با طرح اجرا شده سرریز نشان داد، علاوه بر کاهش 35 درصدی حجم بتن مصرفی، میزان استهلاک انرژی 15% افزایش یافت که نشان‌دهنده موفقیت مدل طراحی توسعه داده شده به‌صورت چندهدفی و با استفاده از HHO می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Multi-objective optimization of stepped spillways using Harris Hawks Optimization algorithm (Case study: Down Siah Bisheh Dam)

نویسندگان [English]

  • mahdi komasi 1
  • Mehdi Lak 2
  • Massoud Ahmadi 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Ayatollah Ozma Boroujerdi, Boroujerd, Iran
2 Master student of water engineering and hydraulic structures, Department of Civil Engineering, Faculty Engineering, Ayatollah Boroujerdi University, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty Engineering, Ayatollah Boroujerdi University, Iran,
چکیده [English]

Step spillways are an example of these massive hydraulic structures that, in addition to passing the excess water of the dams, also cause the consumption of flow energy downstream of the dams. Considering the complex hydraulics of the flow on these spillways and the presence of nonlinear limitations, their optimal design is a very difficult problem. In this study, a new framework based on Metaheuristic algorithms, including Harris's hawk Optimization (HHO), gray wolf Optimizer (GWO), invasive weeds Optimization (IWO) and water cycle Algorithm (WCA), considering the minimization of the amount of concrete used in spillway and the maximization of energy dissipation in Spillway toe were developed as objective functions to design these spillways. Algorithms' performance was first checked and validated on basic functions. Then, to achieve the objectives of the study, the spillway of the Siah Bisheh dam was selected as the study dam and the efficiency of the developed models based on the four mentioned algorithms was evaluated on it. The results showed that, in addition to improving the current spillway design in terms of construction costs and dissipation energy, the HHO-based model has good accuracy and convergence compared to other Metaheuristic algorithms. As the comparison of the design obtained from HHO with the current spillway design showed, in addition to a 35% reduction in the volume of concrete consumed, the amount of energy dissipation increased by 15%, which indicates the success of the design model developed in a multi-objective manner using HHO.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stepped Spillway
  • multi-objective optimization
  • Metaheuristic algorithms
  • energy Dissipation