کاربرد روش‌ برنامه‌ریزی بیان ژن در تعیین ضریب هوادهی دریچه تخلیه‌کننده تحتانی سدها

Abstract

سابقه و هدف: استفاده از سدهای مخزنی، نقش مهمی را در توسعه صنعت، کشاورزی و اشتغال جوامع، بر عهده دارد. یکی از اجزای جانبی این سدها، تونل‌ تخلیه‌کننده تحتانی است که نقش مهمی را در تخلیه و کنترل سیلاب بر عهده دارد. این سازه‌، مشتمل بر یک مجرای ورودی، تونل اصلی انتقال و سازه‌های کنترل و تنظیم جریان، شامل دریچه‌ها و شیرها می‌باشد. بروز فشارهای منفی و پدیده کاویتاسیون از جمله مشکلاتی است که تخلیه‌کننده‌های تحتانی سدها در دبی‌های بالا با آن مواجه هستند. این پدیده سبب بروز مشکلاتی از جمله تخریب سطح سازه خواهد شد. یکی از متداول‌ترین روش‌های کاهش و حذف خطر وقوع کاویتاسیون، هوادهی جریان می‌باشد. در این راستا، میزان هوادهی و هواگیری جریان آب در سرریزها و پایین‌دست دریچه‌های تونل تخلیه‌کننده تحتانی سدها، یکی از مباحث مهم می‌باشد. با توجه به اهمیت موضوع، در پژوهش حاضر پیش‌بینی و برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه-کننده تحتانی مورد بررسی قرار گرفت.<br /> مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر، روش برنامه‌ریزی بیان ژن (GEP) جهت برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه‌کننده تحتانی مورد استفاده قرار گرفت. برای آموزش و صحت‌سنجی مدل، از داده‌های آزمایشگاهی به‌دست آمده از مدل‌های فیزیکی و هیدرولیکی چهار سد البرز، ژاوه، گتوند علیا و جره، که در آزمایشگاه سازه‌های هیدرولیکی موسسه تحقیقات آب تهران ساخته‌شده، استفاده گردید. ضریب هوادهی تابعی از دو پارامتر عدد فرود جریان در محل فشردگی آن (Frc) و نسبت سطح مقطع هواده به سطح مقطع تونل در محل دریچه (Aa/Ag) در نظر گرفته‌شد. جهت اجرای مدل برنامه‌ریزی بیان ژن، 30 کروموزوم و 3 ژن انتخاب شد و توانایی این روش به‌کمک دو پارامتر آماری مانند ضریب هم‌بستگی (R2) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد ارزیابی قرار گرفت.<br /> یافته‌ها: نتایج نشان داد که روش برنامه‌ریزی بیان ژن با ضرایب همبستگی 803/0 و 639/0و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 096/0 و 125/0 به‌ترتیب در دو بخش آموزش و آزمون، ضریب هوادهی دریچه تخلیه‌کننده تحتانی را برآورد نمود. مدل مذکور در مقایسه با نتایج رابطه رگرسیونی با ضرایب همبستگی 718/0 و 402/0 و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 114/0 و 171/0 در بخش‌های آموزش و آزمون نتایج بهتری را ارائه می‌نماید. به‌عبارتی، استفاده از روش برنامه‌ریزی بیان ژن موجب کاهش 28 درصدی خطای پیش‌بینی ضریب هوادهی دریچه تخلیه‌کننده تحتانی سدها شده‌است.<br /> نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست آمده از این پژوهش نشان داد مدل هوشمند برنامه‌ریزی بیان ژن، به‌خوبی توانسته است ضریب هوادهی دریچه‌های تخلیه‌کننده تحتانی سدها را پیش‌بینی کند و استفاده از آن موجب بهبود نتایج پیش‌بینی در مقایسه با روش‌های مرسوم مدل‌های رگرسیونی شود. به‌عبارتی، نتایج به‌دست آمده، موید توانایی روش برنامه‌ریزی بیان ژن در تعیین ضریب هوادهی دریچه‌های تخلیه‌کننده تحتانی سدها، و در نتیجه برآورد صحیح این پارامتر، به‌منظور جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون می‌باشد. بنابراین استفاده از این روش در مسایل مرتبط با موضوع پژوهش پیشنهاد می‌شود.