رویکرد شبیه سازی-بهینه‌سازی جهت تعیین مشخصات بهینه ی سدهای تأخیری پاره سنگی در شرایط سیلابی

الموضوعات :

نفیسه خرم شکوه ¹ (دانش‌آموخته کارشناس ارشد سازه‌های آبی، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز)
محمدرضا نیکو ² (هیئت علمی دانشگاه شیراز)
سید محمد علی زمردیان ³ (دانشیار بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز)

تاريخ الإرسال : 10 الجمعة , ذو الحجة, 1438 تاريخ التأكيد : 01 الأحد , جمادى الثانية, 1441 تاريخ الإصدار : 24 الأربعاء , صفر, 1441

الکلمات المفتاحية: سد تأخیری پاره‌سنگی, شبکه عصبی پرسپترون چند‌لایه, فرامدل, مدل بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک, مخلوط رسوبات چسبنده و غیرچسبنده,

ملخص المقالة :

سدهای تأخیری پاره­سنگی از جمله روش­های سازه­ای مهار کردن سیلاب هستند که هیچ هسته یا غشاء نفوذ­ناپذیری نداشته و به طور عمده جهت مهار سیلاب به کار می­روند. این سدها بده­ی اوج سیلاب عبوری را کاهش­ داده و در زمان وقوع آن تأخیر ایجاد می­نمایند؛ بدین­ترتیب خسارات جانی و مالی سیل را در پایین­دست، کمتر می­کنند. شاید بتوان گفت برای اولین­بار، روش­شناسی جدیدی برای تدوین یک نمونه­ی شبیه‌سازی-­بهینه‌سازی جهت تعیین مشخصات بهینه­ی سدهای تأخیری پاره‌سنگی در این پژوهش ارائه گردیده است. نمونه­ی مذکور، برمبنای فرانمونه­ی شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه، و نمونه­ی بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک استوار است. بدین‌منظور، در ابتدا، از داده­های منتج از آزمایش­های مربوط به نمونه­ی آزمایشگاهی محیط متخلخل پاره­سنگی، مربوط­ به خرم­شکوه (1391) جهت آموزش و اعتبارسنجی نمونه­ی شبکه­ی عصبی پرسپترون چند­لایه استفاده شده است. در ادامه، با اتصال نمونه­ی شبکه­ی عصبی مصنوعی صحت‌سنجی شده به عنوان یک فرانمونه­ی شبیه­ساز رفتار هیدرولیکی سد پاره­سنگی، به نمونه­ی بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک، نمونه­ی شبیه‌سازی- بهینه‌سازی، به­منظور تعیین مشخصات بهینه­ی سد تأخیری پاره­سنگی با لحاظ تعامل بین متغیرهای طراحی و آب­­نگار سیل عبوری از سد تأخیری پاره­سنگی، تدوین گردید. نتایج حاصل از روش­شناسی پیشنهاد­شده، نشان می­دهند که ضخامت بهینه­ی محاسبه­شده مربوط به محیط متخلخل پاره­سنگی، بازاء جمیع بده­ی سیلاب‌های محتمل، 6/17 سانتیمتر بوده و همچنین قطر متوسط بهینه­ی سنگدانه­های تعبیه شده در بدنه، 2 سانتیمتر حاصل گردیده است. همچنین، بازاء مقادیر بهینه­ی طراحی، بده­ی اوج آب­نگار سیل عبوری از محیط متخلخل پاره­سنگی %18/47 کاهش یافته است و طول مدت سیلاب نیز در شرایط بهینه، %94/39 افزایش داشته است.

المصادر:

1)       Barton, J.M.h. and Buchberger, S.G. 2007. Effect of Media Grain Shape on Particle Straining During Filtration. Journal of Environmental Engineering. ASCE. 2:211-219. 

2)       Ding, Y. and Wang, S.S.Y. 2012. Optimal Control of Flood Diversion in Watershed Using Nonlinear Optimization. Advances in Water Resources. 44:30-48.

3)       Dudgeon, C.R. 1967. Flow of Water Through Coarse Granular Materials. University of New South Wales Water Research Laboratory Report. No. 76.

4)       Forchheimer P.H. 1901. Wasserbewegun durch boden, zeitschrift des vereins deutscher ingenieure. 49:1736-1749 and 50:1781-1788.

5)       Franca M.J. and Almeida A.B. 2004. A Computational Model of Rockfill Dam Breaching Caused by Overtopping (RoDaB). Journal of Hydraulic Research. 2:197-206.

6)       Khorramshokouh, N. 2013. Optimal Thickness and Transmission Capacity of Cohesive and Non-Cohesive Sediment in Detention Rockfill Dam. School of Agriculture, Shiraz University (In Persian).

7)       Leps, T.M. 1973. Flow Through Rockfill Embankment Dam Engineering Casagrande. Edited bschfeld, R.C. and Poulos, S.J. John Wiley & Sons. PP. 87-107.

8)       Nikoo, M.R. and Khorramshokouh, N. 2017. Multi-Objective Optimization of Detention Rockfill Dam Characteristics Considering Hydraulic Conditions and Application of Borda Count Social Choice and Nash- Harsanyi Bargaining Models. Water and Soil Knowledge. 26(2): 13-25 (In Persian).

9)       Nikoo, M.R., Khorramshokouh, N. and Monghasemi, S. 2015. Optimal Design of Detention Rockfill Dams Using a Simulation-based Optimization Approach With Mixed Sediment In The Flow. Water Resources Management, 29(15): 5469-5488.

10)   Park, C.H., Joo, J.G. and kim, J.H. 2012. Integrated Washland Optimization Model for Flood Mitigation Using Multi-Objective Genetic Algorithm. Journal of Hydro-Environment Research. 6:119-126.

11)   Samani, J. M.V., Samani, H.M.V. and Shaiannejad, M. 2004. Reservoir Routing With Outflow Through Rockfill Dams. IAHR Journal of Hydraulic Research. 42:435-439.

12)   Scheidegger, A.E. 1974. The Physics of Flow Through Porous Media (3rd edn). University of Toronto Press. PP. 152-170.

13)   Wilkins, J.K. 1956. Flow of Water Through Rockfill and Its Application to The Design of Dam. Proceedings of the second Australian New Zealand conference on soil mechanic and foundation engineering. pp. 141-149.         

14)   Yazdi, J. and Salehi Neyshabouri, S.A.A. 2014. Identifying Low Impact Development Strategies for Flood Mitigation Using A Fuzzy-Probabilistic Approach. Environmental Modeling & Software. 60:31-44.

Zomorodian, S.M.A. and Zahed, M. 2007. Optimization of Rockfill Dam Thickness Using Monte Carlo method. International River Engineering