شبیه‌سازی شبکه عصبی مصنوعی در برآورد ماکزیمم دبی خروجی شکست سدهای خاکی و زمان شکست

نویسندگان

چکیده

تاکنون مدل‌های زیادی جهت تشریح فرآیند پیچیدة شکست سدهای خاکی و سیل ناشی ازآن پیشنهاد شده است. این مدل ها شامل مدل های فیزیکی، ریاضی ویا کامپیوتری می باشند. از جملة این مدل‌ها، مدل BREACH می‌باشد که بطور وسیع درقرن اخیر مورد استفاده قرارگرفته است. این مدل بر مبنای روابط فرسایش، قوانیـن هیـدرولیـک، انتقـال رسوب و مکـانیـک خاک پایـه‌گـذاری شده است و توانایی محاسبه ابعاد نهایی مقطع شکست و هیدروگراف خروجی شکست را دارد. لیکن پیچیدگی و مشکلات ناشی از جمع‌آوری داده‌ها در استفاده از مدل‌های موجود، باعث استفاده از روش‌های نوین دیگری شده است. در این تحقیق یک روش جدیدبااستفاده از شبکه عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی ماکزیمم دبی خروجی شکست سدهای خاکی و زمان شکست که در محاسبات مربوط به روندیابی سیل و زمان اخطار در پایین‌دست سد حائز اهمیت فراوانی می‌باشد ارائه گردیده است. برای این کار پارامترهای شکست 115 سد بطور مصنوعی بوسیله مدل BREACH محاسبه وازآنها برای آموزش وآزمون شبکه عصبی مصنوعی استفاده گردید. عملکرد مدلهای شبکه عصبی مصنوعی با تغییر پارامترهای ورودی موردبررسی قرارگرفت، موثرترین مدل برای تعیین پتانسیل شکست و پارامترهای موثرورودی بطورخلاصه ارائه گردید. بهترین ساختار حاصله بدست آمده برای ماکزیمم دبی خروجی دارای ضریب همبستگی برای آموزش و آزمون به ترتیب 992/0 و 909/0 و برای زمان شکست ساختاری با ضریب همبستگی بـرای آموزش و آزمون به ترتیب 993/0 و 884/0 حاصل گـردید. در پایان نیز مطالعة موردی بروی سد ملاصـدرا صورت گرفته و پارامترهای شکست سد با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی حاصله، مدل BREACH و روابط پیشنهادی محققین مختلف تعیین و نتایج مورد ارزیابی قرار گرفت. بامقایسه بین نتایج بدست آمده، ماکزیمم دبی خروجی شکست و زمان شکست سد ملاصدرا بدست آمده از شبکه عصبی مصنوعی همخوانی خوبی را با مقادیر بدست آمده از مدل BREACH و روابط پیش‌بینی محققین مختلف نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Neural Network for Prediction of Earthen Dam Peak Breach Outflow, and Breach Time

نویسندگان [English]

  • S. Mohammad Ali Zomorodian
  • Sattar Alinaghizadeh behbahani
چکیده [English]

Numerous models have been developed in the past decades to explain the complicated earth dams' berach phenomena. These have included physical as well as mathematical and computer models. Among the more widely used dam breach computer models over decades is the BREACH model. It is based upon erosion and soil mechanics equations, hydraulic and sediment transport laws. The difficulty in gathering data motivates one to use other powerful methods. In this study a new method has been developed for prediction of peak breach outflow and breach time through Artificial Neural Networks (ANNs). Toward this end, synthetic breach parameters of about 115 dams were developed by BREACH model, and then employed to train and test the neural networks. The performance of the network model is investigated through a change of input parameters. A most efficient and global model for assessing a dam breach potential is presented. Later, the most significant input parameters affecting dam breach are investigated. Best results were found with back propagation neural network using multiple hidden layers. The most compatible structure for breach outflow prediction possesses the correlation coefficients of 0.992 and 0.909 for training and testing, respectively. As for breach time, a structure was obtained with the correlation coefficients of 0.993 and 0.884 for training and testing, respectively. A forecast study was performed for the case of Mollasadra Dam. Comparisons between the artificial neural network results and dam BREACH model were made, the results indicating that neural networks are appropriate for predicting dam breach parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artificial Neural Network
  • BREACH mathematical model
  • Breach time
  • Embankment dams breach
  • Peak breach outflow