تحقیق با موضوع هیدرولیک، ضریب همبستگی، درخت تصمیم

دانلود پایان نامه ارشد

) (27)

که در این رابطه γوزن مخصوص آب (نیوتن بر متر مکعب) و بقیه پارامترها قبلا تعریف شدهاند.

3-9-3-5 روش يانگ29
يانگ دو رابطه، یکی براي نرخ انتقال ماسه و دیگري براي نرخ انتقال شن در سال 1982 به صورت زیر ارائه نموده که از جمع مقادیر حاصل از دو رابطه می توان بار کل (بارمواد بستر)جريان رودخانه را تعیین نمود (Culberston, 1967، Janse., 1983).
رابطه نرخ انتقال ماسه (برای اندازه دانههای 062/0 تا 2 میلیمتر):
logC_tss=5.435-0.286log wd/v-0.457log U_*/w
+((1.799-0.409log wd/v-0.314log U_*/w) log⁡((V.S)/W-(V_cr.S)/w) )
در صورتی که محدوده 1.2070 U_*/V مقدار V_cr/w از رابطه زیر تعیین میشود:

V_cr/W=2.5/(log(U_* d/v)-0.06)+0.06
وبرای 70≤(U_* d)/v مقدار V_cr/W=2.05 خواهد بود.
که در روابط فوق:
Ctss: غلظت ماسه (بار بستر و بار معلق) برحسب میلیگرم در لیتر، Vcr: سرعت آستانه حرکت مواد رسوبی (متر در ثانیه) و بقیه عوامل قبلا ذکر شده است.
رابطه نرخ انتقال شن (اندازههای 2 تا 64 میلیمتر):

logC_tsg=6.681-0.633log wd/v-4.816log U_*/w
+((2.784-0.305log wd/v-0.282log U_*/w) log⁡((V.S)/W-(V_cr.S)/w) )
که در این رابطه C_tsg غلظت شن (میلیگرم در لیتر) میباشد، بقیه عوامل قبلاٌ تعریف شدهاند.
با مشخص شدن غلظت ماسه و شن غلظت بار کل (Cst) از رابطه زیر تعیین میشود.
C_st=C_tss+C_(tsg ) (28)
براساس کمیت C_st مقدار بار کل بر حسب تن در روز از رابطه زیر بهدست مي آید:
(29)
Q_st=0.0864Q_d C_st

پارامترهای معادله قبلا تعریف شدهاند.

3-9-3-6 روش لارسن30
معادله لارسن برای تعیین بار کل به صورت زیر میباشد (Culberston, 1967، Janse., 1983):
C_st=0.01γ∑_i▒P_i (d_i/h)^7.6 (τ ́/τ_cr -1)f(U_*/W_i ) (30)
τ ́=18V^2 (d_50/h)^1.3 (31)

Q_st=8.64Q_d C_st (32)

که در روابط فوق :
Cst: غلظت بار کل (نیوتن بر متر مکعب)، di: اندازه دانههای بستر در کلاس i (متر)، pi: درصد دانههای بستر در کلاس i، τ تنش برشی مؤثر (نیوتن بر متر مربع)، wi: سرعت سقوط دانهها در کلاسi (متر در ثانیه)، Qst: بار کل رسوب (تن در روز) و بقیه پارامترها قبلا ذکر شدهاند. تابع f(U_*/W_i ) با استفاده از گراف ارائه شده در شکل (3-4) تعیین میشود.

شکل(3-4)-نمودار لارسن براي تعیین تابع f(U_*/W_i ) (Janse., 1983)
برای انجام محاسبات انتقال رسوب کاربر باید فایلهای مربوط به مقاطع هندسی با پسوند( .gxx)، یک فایل رسوب با پسوند (.zxx) و یک فایل جريان با پسوند (.qss) را داشته باشد. باید توجه داشت که محاسبات انتقال رسوب میتواند با حساسیت بیشتری به تغییرات محلی در شرایط هیدرولیکی کانال صورت گیرد. این حساسیت میتواند ناپایدار و بیثبات باشد. که با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی متوسط مثل (شیب و عمق و …) از چندین مقطع کنترل و تعدیل صورت گیرد.
3-10- محاسبات هیدرولیک جريان
تعیین مشخصه هاي هیدرولیک جريان در شرایط عدم وجود داده هاي آماري آبدهی با استفاده از مقطع هندسی رودخانه و با بهره گیري از معادله مانینگ انجام میگیرد. معادله مانینگ براي تعیین بده جرين به صورت زیر میباشد:
Q=1/n AR^(2⁄3) S^(1⁄2) (33)
که در این رابطه Q: بده جريان(مترمکعب بر ثانیه)، A: سطح مقطع جريان به ازای عمق مورد نظر(m2)، R: شعاع هیدرولیکی يا نسبت مساحت سطح مقطع جريان به محیط تر شده(m)، S: شیب رودخانه (شیب خط انرژی) در محدوده مورد نظر و، n ضریب مانینگ میباشد.
Exner 5: در این روش سه لایه فعال وجود دارد که مدل فرسایش را به سطوح سطحی بیشتر ربط داده و لایه عمقی کمترین میزان تأثیر را خواهد داشت، در اینجا از این روش استفاده شد.
active Layer: این روش که برای رودخانههای با بستر گراولی استفاده میشود که توسطWilacock ارائه شد. در این روش دو لایه زیرین را فعال در نظر میگیرد.
در روش کاهش سرعت نیز ازمیان 4 روش موجود در نرمافزار از روش توفالتی استفاده شد. برای تعیین شرایط مرزی در اینجا به دلیل اینکه از میزان ته نشست رسوب در مسیر اطلاعی وجود ندارد نرمافزار در مقطع بالادست با پیش فرض اینکه شرایط انتقال و ته نشست به حالت تعادل رسیده و مواد رسوبی در مقاطع دیگر به صورت انتقال قرار دارند را انتخاب میکند. در مقطع پایین نیز منحنی سنجه رسوب انتخاب شد که دبی جریان همراه با رسوب اندازهگیری شده آن وارد پنجره مربوطه شدند. در ادامه تنظیمات مربوط به محاسبات تلورانس انتقال رسوب، شیب انتقال انرژی، تعداد تکرارهای مربوط به محاسبه تکرار انتقال در کف بستر، کمترین تغییرات در کف بستر، نوع محاسبه بار رسوبی (جرم یا حجم)، ضرایب مربوط به کالیبره معادلات انتقال رسوب مشخص شدند (به علت تبدیل سیستم انگلیسی به سیستم متریک نرمافزار این ضرایب را دارد).
برای روش Ackers-White و MPM ضرایب و توان به صورت زیر نشان دادهشدهاند. که مرکزیت در فرمول Ackers-White رابطه زیر میباشد.
G_gr=C[(F_gr-A)/A]^m (34)
که در آنG_gr انتقال رسوب،F_gr پارامتر عدم تحرک رسوب، A جنبش بحرانی، m و C ضرایب تجربی هستند.
رابطه ساده شده توسط MPM به صورت زیر میباشد:
q_b^*=8(τ^*-τ_c^* )^(3/2) , τ_c^*=0.047
که اندازه بیبعد انتقال، تنش برشی بی بعد( عدد شیلدز)، و تنش بحرانی بیبعد. 8 و 3⁄2 ضرایب هستند. Wong و Parker(2006) اخیراٌ با توسعه معادله MPM به رابطه زیر دست یافتند.
q_b^*=4.93(τ^*-τ_c^* )^1.6 , τ_c^*=0.047
برای تعیین شیب انرژی نیز از محاسبه شیب انرژی در هر مقطع استفاده شد.
3-11- مدل GEP 4.3
مدل GEP یک برنامه کامپیوتری است که به نوعی تعمیم يافته الگوریتم ژنتیک است که اولین بار توسط Koza(1992) ارائه شد که شامل چهار بخش (برنامهریزی رياضی، درخت تصمیم، جمع چند جملهای، برنامه ریزی لگاریتمی و امثال آن) میباشد. برنامه کامپیوتری GEP کروموزومهای کد داده شده است، که در واقع از درخت تصمیم توسعه يافته است. برنامههای پیچیده کامپیوتری معمولاٌ برای حل بخشی از مشکلات مورد استفاده قرار میگیرند. عملکرد GEP در مهندسی هیدرولیک محدود شده است. Davidson et al (1999) و Babovic Keijzer & (2000) ارتباطهای تجربی را برای اصطکاک در جريانهای گلآلوده در لوله بيان کردند. Kizhisseri et al (2005) یک ارتباط بهتر بین جريان دبی و دما و انتقال رسوب بهوسیله مدلهای رياضی يافتند همچنینGuven Gunal & (2008 a,b) نمودار و شکل بین محل ذرات در پایین دست وسازههای هیدرولیکی ارائه دادند. اخیراٌ Guven (2009) نرخ جريان را به صورت خطی با استفاده از تکنیک برنامهریزی خطی نشان دادند. یکی از کاربردهای GEP در بحث رسوب و انتقال آن میباشد که به صورت شبیهسازی شرایط و وضعیت رودخانه میباشد. که دادههای مورد نیاز آن در بحث رسوب دبی آب، شیب کف رودخانه، شعاع هیدرولیکی رودخانه، بار معلق، مقاطع عرضی رودخانه و عرض رودخانه در مقاطع میباشد.
این الگوریتم قابلیت برآورد رسوب در رودخانه را به صورت شبیهسازی شرایط رودخانه و انجام مطالعات مربوط دارد، و با استفاده از معیارهای ارزیابی کارآیی مدل مانند ناش ساتکلیف (Nash-sutcliff) و R-mod (ضریب همبستگی) ارزیابی میشود.

3-12 اجرای مدل GEP
در دهههای اخیر تلاشهای وسیعی برای پیبردن به مکانیسم انتقال رسوب در جريانهای طبیعی صورت گرفته است. در سیر تکاملی علم رسوب رودخانه کارهای زيادی برای تخمین رسوبی صورت گرفته است. اهمیت این موضوع از تأثیرات شدید آن بر کارهای مهندسی رودخانه و مدیریت رودخانه و طراحی سازههای آبی مشخص است. بسياری از روابط رسوبی تعریف شده بر اساس روابط خطی بین متغیرها استوار است که به خوبی رفتار پیچیده و واقعی رسوب را پیشبینی نمیکند. این مدل دارای دو مرحله يادگیری و آموزش میباشد. الگوریتم يادگیری شبکه به گونهای است که در طی آن مقادیر وزنها، گام به گام تا به حداقل رسیدن مقدار خطای پیشبینی تعدیل میگردد. نخست یکسری داده شامل متغیرهای مستقل و متغیر وابسته اندازهگیری شده (دبی و رسوب) با پراکندگی مناسب به مدل معرفی میشود. در اینجا مدل ابتدا مقادیر اولیه برای وزنها در نظر میگیرد و با استفاده از دادههای ورودی به آن مقدار متغیرهای وابسته را محاسبه میکند. سپس مقادیر محاسبه شده را با مقادیر اندازهگیری شده مقایسه میکند. در صورت اختلاف آن دو، مقادیر وزنها در جهت مناسب تعدیل میشود و مجدداٌ محاسبات تکرار میگردد. فرآیند تعدیل وزنها تا به حداقل رسیدن اختلاف مقادیر پیشبینی شده و اندازهگیری شده ادامه میيابد. در این صورت مدل آموزش يافته است.
یکی از مهمترین الگوریتمهای يادگیری مدل، الگوریتم آموزش پس از انتشار خطا (Error Backpropagation Training Method) است، (مدل اختلاف را با روش پس انتشار خطا سرشکن میکند یعنی وزنهای اولیه را تصحیح میکند و عدد دیگری پیدا میکند که جواب نزدیکتر شود این عمل را با تکراری که کاربر برای مدل معرفی میکند مدل انجام میدهد). تعداد تکرارها مرز دارند نباید هم آنقدر زياد شوند که RMS error زياد شود میتوانR2 یا ضریب همبستگی را مبنا قرار داد. RMS error ياخطا وقتی به حد مطلوب و قابل قبولی برسد محاسبات قطع میشود، نباید مدل را زياد آموزش داد چون در این صورت فقط برای اعداد داده شده مدل درست کار میکند برای اعداد دیگری تخمین اشتباه میزند که این عمل را اصطلاحاٌ over training گویند دراین صورت مسئله localized شده است. در مرحله آموزش انتخاب دامنه و نوع اعداد ثابت انتخاب میشوند. الگوریتم آموزش با تغییر تعداد ژنها و سر ژنها صورت میگیرد که با تغییر در معادلات یکسری از پارامترها ثابت و سری دیگر تغییر خواهند کرد و در نهایت بردار مربوط به اختلاف بین پاسخ مطلوب و پاسخ شبکه بدست مي آید.
یکی از مزیتهای عمده روش GEP توانایی تجزیه و تحلیل رگرسیون سنتی است که روابط را به صورت صحیح استخراج میکند. این مدل دارای دقت واسنجی بالاست و مبتنی بر رگرسیون چند متغیره است. دیگر اینکه از دادههای تجربی به جای مفروضات استفاده میکند. و میتوان آن را به راحتی بازآموزی کرد و بهبود بخشید. در واقع این مدل ماتریسی از ژنهاست. یکی دیگر از مزیتهای این روش اجازه نظارت کاربر بر تغییرات است که به کاربر اجازه میدهد که اگر بعضی از پارامترها امکان تغییر ندارند مدل را متوقف کرده و با شرایط اعداد ثابت مجدداٌ اجرا شود. (هرجا روند تکاملی مدل مطابق با واقعیت پیش رفت، روند تکاملی متوقف شود). همچنین مدل دارای قسمتی به نام بهینه سازی است که میتواند بهترین روند تکاملی را بهینه سازیکند. لازم به ذکر است که شرایط مرزی مربوط به جریان ، بازه رودخانه، ریخت شناسی و ضریب زبری مانینگ به کار برده شده در این نرم افزار طبق موارد به کار برده شده در نرمافزار HEC RAS 4.1 میباشد. مراحل اجرا در نرمافزار GEP 4.3 به شکل (3-4) است.

شکل(3-4)- نمودار روند اجرای مدل GEP (User manual)

متغیرهای پیوسته در هیدرولیک رودخانه شامل دبی در واحد عرضq، عمق جريانh، شیب طولیs، تنش برشی کفτ، بار رسوبی در

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع هیدرولیک، علوم تجربی، رسوب معلق Next Entries منبع پایان نامه ارشد درباره  ،   ، تو،