تأثیر بازه بندی هیدرولیکی در تخمین بار بستر رودخانه های با بستر شنی با استفاده از ماشین بردار پشتیبان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانش‌آموختة کارشناسی‌ارشد مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانش آموختة کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

ارزیابی و برآورد انتقال رسوب و فرایندهای همراه با آن، از دیرباز یکی از مسائل عمده و اصلی مهندسان هیدرولیک و رودخانه بوده است. رودخانه­های با بستر شنی، ویژگی­هایی دارند که آنها را از رودخانه‌های با بستر ماسه­ای متمایز کرده و باعث ایجاد مسائل و چالش‌هایی در تحلیل آن­ها می‌شود. تعیین میزان بار بستری که در رودخانه‌ها حمل می­شود، به عوامل متفاوتی ازجمله پارامترهای هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و رسوبی بستگی داشته و همین عامل سبب پیچیدگی و همچنین دشواری برآورد این پدیده شده است. در پژوهش حاضر پس از تعیین پارامترهای تأثیرگذار در تخمین بار بستر انتقالی در 20 رودخانه با بستر شنی، داده‌های به­کار گرفته­شده در بازه‌های مختلفی براساس پارامترهای هیدرولیکی و رسوبی به­صورت آزمون و خطا دسته­­بندی شده و دقّت ماشین بردار پشتیبان در برآورد بار بستر در هر بازه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد مدل با چهار ورودی شامل عدد فرود، نسبت سرعت متوسّط به سرعت برشی جریان ( )، نسبت شعاع هیدرولیکی به متوسّط اندازة ذرّات رسوبی ( ) و عدد شیلدز ( ) و با معیار ناش-ساتکلیف برابر با 806/0 = NSE از دقّت بالاتری در برآورد بار بستر برخوردار است؛ همچنین ارزیابی­های صورت­گرفته نشان داد که فرایند برآورد بار بستر در بازة 1 تا 4/1 میلی­متر، مربوط به قطر متوسّط ذرّات عبوری بار بستر و بازة 65/0 تا 75/0، مربوط به عدد فرود به­ترتیب با دارابودن معیار ناش-ساتکلیف به­­ترتیب برابر با 952/0 = NSE و 925/0 =NSEاز دقّت بالاتری برخوردار هستند؛ افزون بر این، در بازه­بندی براساس هرکدام از پارامترهای عدد رینولدز برشی و شیب کف رودخانه بازه­هایی بررسی شد که شرایط حاکم بر جریان در آن­ها موجب افزایش قابلیت پیش­بینی بار بستر می­شود.
 

کلیدواژه‌ها


رضازاده جودی، علی؛ ستاری، محمدتقی (1395) ارزیابی عملکرد روش­های مبتنی بر کرنل در تخمین میزان بار رسوبی معلّق رودخانه (مطالعة موردی: رودخانه صوفی­ چای مراغه)، پژوهش­های جغرافیای طبیعی، (97) 48، صص. 429-413.

مصفایی، جمال؛ صالح­پور جم، امین؛ طباطبائی، محمودرضا (1396) مقایسه کارآیی مدل سنجه رسوب و شبکه عصبی مصنوعی در برآورد بار کف رودخانه­ ها، جغرافیا و پایداری محیط، (7) 24، صص. 44-33.

Azamathulla, H. M., Chang, C. K., Ghani, A. A., Ariffin, J., Zakaria, N. A., Hasan, Z. A. (2009) An ANFIS-Based Approach for Predicting the Bed Load for Moderately Sized Rivers, Journal of Hydro-Environment Research, 3 (1), pp. 35-44.

Barry, J. J., Buffington, J. M., King, J. G. (2004) A General Power Equation for Predicting Bed Load Transport Rates in Gravel Bed Rivers, Water Resources Research, 40 (10), pp. 1-22.

Bathurst, J. C. (2007) Effect of Coarse Surface Layer on Bed-Load Transport, Journal of Hydraulic Engineering, 133 (11), pp. 1192-1205.

Bhattacharya, B., Price, R. K., Solomatine, D. P. (2007) Machine learning approach to modeling sediment transport, Journal of Hydraulic Engineering, 133 (4), pp. 440-450.

Dawson, C. W., Wilby, R. (1998) An Artificial Neural Network Approach to Rainfall-Runoff Modelling, Hydrological Sciences Journal, pp. 43 (1), pp. 47-66.

Dibike, Y. B., Velickov, S., Solomatine, D., Abbott, M. B. (2001) Model Induction with support Vector Machines: Introduction and Applications, Journal of Computing in Civil Engineering, 15 (3), pp. 208-216.

Gao, P. (2011) An Equation for Bed-Load Transport Capacities in Gravel-Bed Rivers, Journal of Hydrology, 402 (3-4), pp. 297-305.

Goel, A., Pal, M. (2009) Application of Support Vector Machines in Scour Prediction on Grade-Control Structures, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 22 (2), pp. 216-223.

Khorram, S., Ergil, M. (2010) Most Influential Parameters for the Bed‐Load Sediment Flux Equations Used in Alluvial Rivers1, JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 46(6), pp. 1065-1090.

King, J. G., Emmett, W. W., Whiting, P. J., Kenworthy, R. P., Barry, J. J. (2004) Sediment transport Data and Related Information for Selected Coarse-Bed Streams and Rivers in Idaho, Gen. Tech. Rep. RMRS-GTR-131. Fort Collins, CO: US Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station.

Kitsikoudis, V., Hrissanthou, V. (2013) Artificial Neural Network modeling of the Fractional Transport Rate of Bed-Load in Gravel-Bed Streams, In Proceedings of the 6th International Conference on Water Resources and Environment Research, Koblenz, Germany, pp. 231-255.

Kitsikoudis, V., Sidiropoulos, E., Hrissanthou, V. (2014) Machine Learning Utilization for Bed Load Transport in Gravel-Bed Rivers, Water Resources Management, 28 (11), pp. 3727-3743.

Pektaş, A. O. (2015) Determining the Essential Parameters of Bed Load and Suspended Sediment Load, International Journal of Global Warming, 8 (3), pp. 335-359.

Roushangar, K., Ghasempour, R. (2017) Prediction of Non-Cohesive Sediment Transport in Circular Channels in Deposition and Limit of Deposition States Using SVM, Water Science and Technology: Water Supply, 17 (2), pp. 537-551.

Roushangar, K., Koosheh, A. (2015) Evaluation of GA-SVR Method for Modeling Bed Load Transport in Gravel-Bed Rivers, Journal of Hydrology, 527, pp. 1142-1152.

Sasal, M., Kashyap, S., Rennie, C. D., Nistor, I. (2009) Artificial Neural Network for Bedload Estimation in Alluvial rivers, Journal of Hydraulic Research, 47 (2), pp. 223-232.

Schneider, J. M., Rickenmann, D., Turowski, J. M., Schmid, B., Kirchner, J. W. (2016) Bed Load Transport in a Very Steep Mountain Stream (Riedbach, Switzerland): Measurement and Prediction, Water Resources Research, 52 (12), pp. 9522-9541.

Singh, A., Lanzoni, S., Foufoula-Georgiou, E. (2009) Nonlinearity and Complexity in Gravel Bed Dynamics, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 23 (7), pp. 967-975.

Sinnakaudan, S. K., Sulaiman, M. S., & Teoh, S. H. (2010) Total Bed Material Load Equation for High Gradient Rivers, Journal of Hydro-environment Research, 4 (3), pp. 243-251.

Török, G. T., Józsa, J., Baranya, S. (2018) A Shear Reynolds Number Based Investigation Method of the Bed Load Transport in Large Rivers with Complex Morphodynamics, Preprints, 2018080028.

Wang, T., Liu, X. (2009) The Breakup of Armor Layer in a Gravel-Bed Stream with no Sediment Supply, In Advances in Water Resources and Hydraulic Engineering (pp. 919-923), Springer, Berlin, Heidelberg.