علوم آب و خاک

در این مطالعه دقت مدل¬های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی¬ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با ۴ شیب معکوس، ۴ قطر زبری بستر، ۴ ارتفاع پله مثبت انتهایی، ۳ عدد فرود و ۴ دبی اندازه¬گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R۲ برای برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به‌ترتیب ۰/۰۵۹، ۰/۰۰۱- و ۰/۹۸۹ بدر این مطالعه دقت مدل¬های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی¬ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با ۴ شیب معکوس، ۴ قطر زبری بستر، ۴ ارتفاع پله مثبت انتهایی، ۳ عدد فرود و ۴ دبی اندازه¬گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R۲ برای برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به‌ترتیب ۰/۰۵۹، ۰/۰۰۱- و ۰/۹۸۹ بود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به‌ترتیب ۰/۱۸۵، ۰/۰۰۲ و ۰/۹۵۷ بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل¬ها قادرند ویژگی¬های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.ود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به‌ترتیب ۰/۱۸۵، ۰/۰۰۲ و ۰/۹۵۷ بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل¬ها قادرند ویژگی¬های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.

پرش هیدرولیکی برای از بین بردن انرژی در پایین‌دست سازه‌های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب‌ها و دریچه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و همچنین شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی آزاد با استفاده از نرم‌افزار Flow ۳D در ۶ حالت مختلف شیب معکوس، بستر زبر و پله انتهایی با هم مقایسه شد. گفتنی است، برای شبیه‌سازی عددی از دو مدل‌ آشفتگی k-ε و RNG استفاده شد. بر اساس نتایج، دقت شبیه‌سازی با کاربرد مدل RNG بیشتر از مدل k-ε بود. شاخص‌های آماری NRMSE، ME، NS و R۲ برای مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از کاربرد مدل RNG به‌ترتیب ۴/۳۴، ۰/۰۰۵۲، ۰/۹۹۵ و ۰/۹۸۳ بدست آمد. همچنین مقدار این شاخص‌ها برای نتایج پروفیل سرعت با استفاده از مدل مذکور به‌ترتیب ۱۴/۹۲، ۰/۱۲۷، ۰/۹۸۲ و ۰/۹۶۲ محاسبه شد. بطور کلی میزان خطای حاصل از شبیه‌سازی پروفیل سطح آب و سرعت به‌ترتیب برابر ۵/۳۱ و ۱۲/۴ درصد بدست آمد. همچنین بیشینه خطای نتایج شبیه‌سازی عددی D۲/D۱، Lj/D۲ و Lr/D۱ به‌ترتیب برابر ۱۲± ، ۱۲± و ۱۶± درصد بود. بنابراین استفاده از نرم‌افزار Flow-۳D همراه با کاربرد مدل آشفتگی RNG برای شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف پیشنهاد می‌شود.

یکی از روش‌های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه‌ ‌آرامش، استفاده از زبری‌های طبیعی و مصنوعی است. اخیراً به‌دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری‌های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده‌است. در این مقاله تأثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °۴۵، °۷۵ و °۹۰ بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق ‌مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده‌است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تأثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق ‌مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به‌ترتیب برابر ۹/۴، ۲۴/۶ و ۲۸/۴ درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی ۵/۵ درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد ۹۰ درجه صفحات مستغرق با مقدار ۶/۵ درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به‌کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه‌های اقتصادی از میان انتخاب‌های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °۷۵ گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش است.