طراحی بهینه آبشکن‌های رودخانه‌ای با استفاده از مدل‌های فراابتکاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی آب - دانشکده کشاورزی - دانشگاه تبریز - تبریز- ایران

10.22034/jewe.2021.278160.1532

چکیده

استفاده از آبشکن‌ها به عنوان یکی از روش‌های سازه‌ای جهت حفاظت غیر مستقیم سواحل و کناره‌های رودخانه‌ها و در نهایت توسعه و تثبیت بیولوژیک دیواره‌های آن‌ها از اهمیت بسیاری برخوردارند. تاکنون پژوهشگران متعددی مطالعات زیادی در رابطه با پارامترهای مؤثر در طراحی آبشکن‌های رودخانه‌ای انجام داده‌اند که بیش‌تر پایه آزمایشگاهی داشته و برای شرایط محدودی کاربرد دارند. از این‌رو در پژوهش حاضر با استفاده از دو الگوریتم فراابتکاری بهینه‌ساز شامل الگوریتم گرگ خاکستری (GWO) و الگوریتم انتخابات (EA) به طراحی بهینه سازه‌ای و ارائه نتایج تحلیلی آبشکن‌های رودخانه زنجان‌رود (از نظر طول و فاصله بین دو آبشکن متوالی) پرداخته شد. نتایج با روش شبکه‌ی عصبی مصنوعی (ANN) مقایسه گردید. عملکرد روش‌های پیشنهادی با استفاده از شاخص‌های آماری ضریب تبیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) ارزیابی گردید. طول بهینه آبشکن‌‌ها با توجه به نتایج حاصل از الگوریتم‌های GWO و EA، به‌ترتیب برابر با 26/19 و 12/18 متر به‌دست آمد. هم‌چنین فاصله بهینه بین دو آبشکن متوالی در بهینه‌ترین حالت برابر با 56/52 متر محاسبه شد. به‌‌طور متوسط با توجه به نتایج حاصل از بهینه‌سازی انجام شده، به‌ترتیب بایستی افزایش 4/28 % و 35 % در طول و فاصله بین دو آبشکن متوالی در رودخانه‌ی زنجان‌رود انجام شود تا در محدوده معیار طراحی توصیه شده قرار گیرد. هم‌چنین بر اساس شاخص‌های آماری، نتایج حاصل از الگوریتم GWO در مقایسه با دو روش الگوریتم EA و شبکه‌ی عصبی مصنوعی (ANN)، با کسب مقادیر R2=0.96، RMSE=0.022 و MAE=0.016 از کارایی بالاتری برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimal Design of River Groynes using Meta-Heuristic Models

نویسندگان [English]

  • Somayeh Emami 1
  • Javad Parsa 2
1 Ph.D. Candidate of Hydraulic Structures, Department of Water Engineering, University of Tabriz
2 Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

One of the structural approaches for indirect protection of riverbank are groynes, which are of great importance in the development and biological stabilization of river banks. Several researchers have conducted many studies to find the optimal parameters in designing the river groynes, which are mostly laboratory-based and used for limited conditions. In the present study, using two optimization meta-heuristic algorithms, including the grey wolf algorithm (GWO) and the election algorithm (EA), an optimal design is proposed to identify optimum parameters of the groynes including length and distance. The results are compared with the artificial neural network (ANN) method. The data used were randomly divided into two parts: 75% for training and 25% for test. To evaluate the performance of the algorithms, three statistical measures consist of R2, RMSE and MAE were utilized. The statistical results show the optimal length is 18.12 m, and the optimal distance between two successive groynes is 52.56 m. According to the results, an increase of 28.4% and 35% in the length and distance between two consecutive groynes in the Zanjanrood river should be performed, respectively, within the recommended design criteria. Also, based on statistical measures, the results of GWO algorithm have higher efficiency compared to EA algorithm and artificial neural network (ANN), with R2=0.96, RMSE =0.022 and MAE = 0.016.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Election Algorithm
  • Grey Wolf Algorithm
  • Groyne
  • optimization
  • ANN

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 10 خرداد 1400
  • تاریخ دریافت: 02 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 09 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 10 خرداد 1400