نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

پتانسیل‌سنجی مدل‌های یادگیری ماشین در شبیه‌سازی میزان دبی انحرافی به کانال آبگیر متاثر از آبشکن‌های L-شکل و T-شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد سواحل، بنادر و سازه‌های دریایی، گروه مهندسی عمران ، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
2 گروه علوم مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
3 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
10.22125/iwe.2025.479523.1831
چکیده
آبشکن‌ها یکی از سازه‌های هیدرولیکی مهم در مهندسی رودخانه‌ها و مدیریت منابع آب هستند که به منظور کنترل و هدایت جریان آب و همچنین جلوگیری از فرسایش سواحل رودخانه به کار می‌روند. طراحی و بهینه‌سازی این سازه‌ها نیازمند درک دقیقی از رفتار هیدرولیکی و هندسی آنها تحت شرایط مختلف جریان است. در این پژوهش، کارکرد سه مدل یادگیری ماشین شامل شبکه عصبی (ANN-MLP)، مدل پشتیبان بردار ماشین (SVM) و برنامه‌ریزی بیان ژن (GEP) برای شبیه‌سازی مقدار دبی انحرافی در یک کانال در مدل فیزیکی شامل دو آبشکن L-شکل و T-شکل مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع 96 دادة آزمایشگاهی به صورت ترکیبی از سه پارامتر عدد فرود (Fr)، طول نسبی آبشکن (L/B) و زاویه کانال آبگیری (α) به عنوان متغیرهای مستقل ورودی برای مدل‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. ارزیابی عملکرد مدل‌ها با استفاده از سه سنجة RMSE، MAE و R2 انجام گرفت. نتایج ضمن تأیید پتانسیل هر سه مدل برای شبیه‌سازی میزان دبی انحرافی نشان داد مدل GEP با ساختار سه ژن برای هر دو نوع آبشکن از دقت بیشتری نسبت به دو مدل دیگر برخودار است به طوری که مقدار (RMSE, MAE, R2) در گام آموزش و آزمون برای آبشکن L-شکل به ترتیب برابر با (9325/0، 9878/0، 2536/1) و )9836/0، 4102/0، 6325/0) و برای آبشکن T-شکل به ترتیب (9025/0، 2534/1، 8502/1) و (9873/0، 3337/0، 4972/0) محاسبه شدند. رتبه‌های دوم و سوم به ترتیب متعلق به مدلMLP 3-8-1 و SVM بود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluating the Efficacy of Machine Learning Models in Quantifying Diverted Flow to Inlet Canal Influenced by L- and T-Shaped Groynes

نویسندگان English

Behzad Nasiri 1
Mohammad Heidarnejad 2
Aslan Egdernezhad 3
1 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2 Department of water Science Engineering,, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Assistant professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده English

Groynes are essential hydraulic structures in river engineering and water resources management, employed to regulate, diversion and direct water flow while mitigating riverbank erosion. The design and optimization of these structures necessitate a comprehensive understanding of their hydraulic and geometric behavior across varying flow conditions. This research examines the efficacy of three machine learning models (MLMs)—Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine (SVM), and Gene Expression Programming (GEP)—in simulating the diverted discharge in a channel within a physical model incorporating L-shaped and T-shaped groynes. A total of 96 experimental data points were utilized, considering three independent input variables: Froude number (Fr), relative length of grpyne (L/B), and angle of the water intake channel (α). The models' performance was assessed using three evaluation metrics: RMSE, MAE, and R². The results, while confirming the potential of all three MLMs for simulating diverted discharge, indicated that the GEP model with a three-gene structure exhibited superior accuracy compared to the other two models for both types of groynes. The values of RMSE, MAE, and R² during the training and testing phases for the L-shaped groyne were 0.9325, 0.9878, 1.2536 and 0.9836, 0.4102, 0.6325, respectively, and for the T-shaped groyne were 0.9025, 1.2534, 1.8502 and 0.9873, 0.3337, 0.4972, respectively. The second and third ranks were attributed to the MLP 3-8-1 and SVM models, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Artificial Intelligence
Diverted Flow
Groyne
Performance Assessment