کاربرد الگوریتم نزدیک ترین همسایگی در پیش بینی میزان آسیب پذیری سرریز سدها در اثر پدیده کاویتاسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد ، بخش مهندسی عمران، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران

2 استاد ، بخش مهندسی عمران، دانشگاه شهید باهنر، کرمان ، ایران

3 استاد یار ، بخش مهندسی عمران، دانشگاه شهید باهنر، کرمان ، ایران

چکیده

 در تحقیق حاضر با استفاده الگوریتم نزدیک ترین همسایگی، روشی برای پیش بینی آسیب ناشی از پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها ارائه میشود. در این مطالعه برمبنای سرعت جریان و شاخص کاویتاسیون پنج سطح مختلف برای خسارت کاویتاسیون در نظر گرفته شده، که شامل "خطر کاویتاسیون وجود ندارد" تا "حداکثر آسیب" می باشد. در ابتدا خصوصیات هیدرولیکی جریان روی سرریز سد شهید عباسپور به ازای مقادیر مختلف دبی جریان محاسبه و تعیین گردید. سپس با استفاده از الگوریتم نزدیک ترین همسایگی، محتمل ترین وضعیت خطر کاویتاسیون در این سرریز به ازای مقادیر مختلف دبی جریان و با در نظر گرفتن اثر توامان پارامترهای سرعت جریان و شاخص کاویتاسیون تخمین زده شده است. مقایسه نتایج حاصل از مدل با مشاهدات آسیب بر سرریز این سد طی سیلاب های سال های گذشته، نشان داد که الگوریتم نزدیک ترین همسایگی پیشبینی های قابل قبولی از سطح آسیب و نیز موقعیت آسیب ناشی از کاویتاسیون در سرریز این سد ارائه کرده است. در نهایت با استفاده از ضرایب آماری مختلف میزان دقت و کارایی مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. مقادیر مناسب و قابل قبول ضریب همبستگی پیرسون (896/0r=)، میانگین خطای مطلق (101/0MAE=)، ریشه میانگین مربعات خطا (108/0RMSE=) و ضریب کارایی مدل (813/0EF=)، نشان داد که این مدل قابل قبول و توانمند می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of the Nearest Neighbor Algorithm to Predict Cavitation Damage on Spillways

نویسندگان [English]

  • Ehsan Fadaei 1
  • Gholam abbas Barani 2
  • Mahnaz M.ghaeeni 3
چکیده [English]

In this paper, the Nearest Neighbor Algorithm has been applied to predict cavitation damage on dam spillways. In this research, based on flow velocity and cavitation index, five different damage levels from ‘no cavitation damage’ to ‘major cavitation damage’ have been determined. The hydraulic characteristics of flow over the Shahid Abbaspour dam spillway were calculated for different flow rates. Then, the Nearest Neighbor Algorithm has been applied to predict cavitation damage levels and locations on this dam spillway for different flow rates. Comparison of the model results with the observed damages occurred during past floods on this spillway structure, shows that this algorithm predict damage levels and locations appropriately. Finally, the efficiency and precision of the model results have been evaluated by some statistical coefficients. Appropriate values of the correlation coefficient (r=0.896), the Mean Absolute Error (MAE=0.101), the Root Mean Square Error (RMSE=0.108) and Efficiency of model (EF=0.813) confirm that the present model can be suitable and efficient.       

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Cavitation Damage
  • Shahid Abbaspour Dam Spillway
  • Flow Velocity
  • Cavitation Index
  • Nearest Neighbor Algorithm
Charles, C. S., and F.  Zhou. 1999. Simulation of free surface flow over spillway.  J. Hydraulic Eng. 125(9), 959–967.
Cheng, X., Y., Chen, and L. Luo. 2006. Numerical simulation of air-water two-phase flow over stepped spillways.  SCI CHINA SER E. 49(6), 674–684.
Dong, Z. Y., and P. L. Su. 2006. Cavitation control by aeration and its compressible characteristics.  J. Hydrodyn. 18(4), 499–504.
Dong, Z., Z., Liu, Y., Wu, and D.Zhang. 2008. An experimental investigation of pressure and cavitation characteristics of high velocity flow over a cylindrical protrusion in the presence and absence of aeration.  J. Hydrodyn. 20(1), 60–66.
Fadaei-Kermani., E, G. A., Barani, and M. Ghaeini-Hessaroeyeh. 2013. Investigation of Cavitation Damage Levels on Spillways.  WASJ. 21(1), 73–78.
Fadaei-Kermani., E., and G. A. Barani. 2014. Numerical simulation of flow over spillway based on the CFD method.  SCI IRAN. 21(1),.
Fadaei-Kermani, E., G. A. Barani, and M. Ghaeini-Hessaroeyeh. 2016., "Numerical Detection of Cavitation Damage on Dam Spillway." Civil Engineering Journal 2 (9), pp 484-490.
Falvey, H. T. 1990. Cavitation in chutes and Spillways. Engineering monograph No. 42,
Felder, S. and H., Chanson. 2014. Effects of step pool porosity upon flow aeration and energy dissipation on pooled stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 140(4), p.04014002.
Frizell, K., F., Renna, and J. Matos. 2013. "Cavitation Potential of Flow on Stepped Spillways." J. Hydraulic. Eng., 139 (6), pp. 630-636.
United States Department of the Interior –Bureau of Reclamation, Denver, Colorado.
Ghorbani Dashtaki, S., M. Homaee, M. H. Mahdian and M. Kouchakzadeh. 2009, Site-Dependence Performance of Infiltration Models, Water Resour. Manag, 23, pp. 2777-2790.
Hastie, T., R.Tibshirani, and J. Friedman. 2008. The Elements of Statistical Learning. Springer series, California.
Hay, D. 1988. Model prototype correlation: Hydraulic structures.  J. Hydraulic Eng. 113(8), 899–907.
Khatsuria, R. M. 2005. Hydraulics of Spillways and Energy Dissipators. Marcel Dekker, New York, USA.
Mahab Ghodss Consulting Engineers. (1984). Karun Model Spillway. Hydraulic Department, Tehran.
Momber., M. W. 2000. Short Time Cavitation on Concrete.  Comput. Struct. 24(1), 47–52.
Nie., M. 2001. Cavitation Prevention with Roughened Surface.  J. Hydraulic Eng. 127(10), 47–52.
Valero, D. and García-Bartual, R., 2016. Calibration of an air entrainment model for CFD spillway applications. In Advances in Hydroinformatics (pp. 571-582). Springer Singapore.
Xindung, W. and V. Kumar. 2009. Top Ten Algorithm in Data Mining. Taylor & Francis Group, USA.
Xu, W., S., Luo, Q. Zheng, and J., Luo. 2015. Experimental study on pressure and aeration characteristics in stepped chute flows. Science China Technological Sciences, 58(4), pp.720-726.