توسعه مدل شبیه‌ساز-بهینه‌ساز دو هدفه برای طراحی بهینه ابعاد هندسی و شیب سرریز پلکانی سد سیاه‌بیشه بالا با استفاده از الگوریتم NSGA-II

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد سازه‌های آبی گروه مهندسی آب، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه ایلام، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

چکیده

به منظور عبور ایمن جریان‌ سیلاب از بالادست به پایین‌دست سدها از سازه سرریز استفاده می‌شود. در بین انواع سرریز، در سرریزهای پلکانی جریان حین عبور از روی سازه نیز مستهلک می‌گردد. این امر موجب کاهش هزینه تاسیسات مستهلک کننده انرژی در پایین‌دست آن مانند حوضچه آرامش خواهد شد. علاوه بر استهلاک انرژی، عامل تاثیرگذار دیگر در طراحی سرریز پلکانی که در تحقیقات انجام شده کمتر بدان پرداخته شده است، حجم و هزینه سرریز پلکانی می‌باشد. بهترین حالت طراحی سرریز پلکانی آنست که انرژی باقیمانده حداقل و حجم و هزینه اجرای سرریز نیز حداقل گردد. بنابراین طراحی سرریزهای پلکانی یک مساله بهینه‌سازی چندهدفه است. در تحقیق حاضر از یک مدل شبیه‌ساز-بهینه‌ساز دوهدفه مبتنی بر الگوریتم NSGA-II به منظور رسیدن به کمترین انرژی باقی ‌مانده در پنجه سرریز و حصول کمترین حجم سرریز استفاده شد. نتایج حاصله بیانگر آن بود که با افزایش ارتفاع نسبی پله‌های سرریز، مقدار انرژی باقیمانده در پنجه سرریز ابتدا افزایش و بعد از رسیدن به یک نقطه اوج، کاهش می‌یابد تا به یک مقدار ثابت برسد. از منظر حجم و هزینه سرریز نیز، با افزایش ارتفاع نسبی پله‌های سرریز، حجم آن بصورت تابع خطی افزایش و با افزایش زاویه سرریز حجم آن کاهش می‌یابد. نتایج بهینه‌سازی چند هدفه نشان داد که در طرحی فعلی سرریز سد سیاه‌بیشه بالا، هم معیار انرژی باقیمانده و هم معیار هزینه و حجم سرریز به­خوبی لحاظ گردیده‌اند. بطوری‌که 7/83 درصد انرژی جریان عبوری از روی سرریز مستهلک می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Development a Two-objective Simulation - Optimization Model for Optimal Design of Geometric Dimensions and Slope of the Stepped Spillway of Upstream Siah-Bisheh Dam Using NSGA-II Algorithm

نویسندگان [English]

  • Zahra Sohrabi 1
  • Javad Sarvarian 2
  • Jafar Mamizadeh 2
1 Graduated Degree in Water structures, Department of Water Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
2 Assistant Professor of Department of Water Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
چکیده [English]

For safe pass of flood flow from upstream to downstream of dams, the spillways are used. Among the various spillways, in stepped spillways, the flow is dissipated when passing through the structure. This will reduce the cost of downstream energy-dissipaters structures such as stilling basin. In addition to energy dissipation, the volume and cost of stepped spillways can affect its design. The best design of the stepped spillway is that the remaining energy and the volume and cost of the spillway will be minimized. Therefore, the stepped spillway design is a multi-objective optimization problem. In the present study, a two-objective simulation-optimization model based on the NSGA-II algorithm was used to minimize the possible remaining energy and spillway volume. The results showed with increasing the relative height of spillway stairs, the amount of remaining energy is increased initially and after reaching a peak point, it would be reduced to a constant value. From the perspective of volume and cost of spillway, by increasing the relative height of the spillway stairs, its volume is increased linearly and by increasing the spillway angle, its volume decreased. The results of multi-objective optimization model showed that in the current plan of Siah-Bisheh Dam spillway, the remaining energy and the volume of spillway criteria were considered well. So that 83.7 percent of the flow energy is dissipated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NSGA-II Algorithm
  • Two Objective Optimization
  • Upstream Siah-Bisheh Dam
  • Stepped Spillway
  • Simulation-Optimization Model

مراجع

Azhdary Moghaddam, M., Shahheydari, H., & Jafari Nodushan, E. (2011), Investigation on effect of Discharge, spillway's slope and step's characteristics on the Ogee-stepped spillway on energy dissipation by applying numerical models, Journal of Irrigation and Water Engineering, 1(4), 23-34.
Chanson, H. (2002). The hydraulics of stepped chutes and spillways, A. A. Balkema Publishers, Tokyo.
Chatila, J. G., & Jurdi, B. R. (2004). Stepped spillway as an energy dissipater. Canadian Water Resources Journal, 29(3), 147-158.
Deb, K., Agrawal, S., Pratap, A., & Meyarivan, T. (2000). A fast elitist non-dominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II. In International conference on parallel problem solving from nature (pp. 849-858). Springer, Berlin, Heidelberg.
Frizell, K. W., Renna, F. M., & Matos, J. (2012). Cavitation potential of flow on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 139(6), 630-636.
Haddad, O. B., Sharifi, F., & Naderi, M. (2005). Optimum design of stepped spillways using genetic algorithm. In Proceedings of the 6th WSEAS Int. Conf. on Evolutionary Computing, Lisbon, Portugal (pp. 325-331).
Khatsuria, R. M. (2004). Hydraulics of spillways and energy dissipators. Marcel Dekker, New York, USA.
Mooselu, M. G., Nikoo, M. R., Rayani, N. B., & Izady, A. (2019). Fuzzy Multi-Objective Simulation-Optimization of Stepped Spillways Considering Flood Uncertainty. Water Resources Management, 1-15.
Ohtsu, I., Yasuda, Y., & Takahashi, M. (2004). Flow characteristics of skimming flows in stepped channels. Journal of Hydraulic Engineering, 130(9), 860-869.
Pegram, G. G., Officer, A. K., & Mottram, S. R. (1999). Hydraulics of skimming flow on modeled stepped spillways. Journal of hydraulic engineering, 125(5), 500-510.
Salmasi, F., & Arvanaghi, H. (2013), Effect of Slope on Energy Dissipation over Stepped Spillway, Iranian Journal of Water and Environmental engineering, 1(1), 47-56.
Shoja, F., Salmasi, F.,  Farsadizadeh, D.,  nazemi, A., &  Sadraddini, A. (2012), Optimal Design of Stepped Spillways for Maximizing Energy Dissipation Using Genetic Algorithm, Water and Soil Science, 22(4), 60-83.
Sori, N., & Mojtahedi, A. (2015), Investigation of Effects of the Geometry on Rate of Energy Dissipation of the Flow over the Stepped Spillway using Fuzzy Inference Systems, Journal of Civil and Environmental Engineering, 45(3), 25-40.
Tabari, M. M. R., & Tavakoli, S. (2016). Effects of stepped spillway geometry on flow pattern and energy dissipation. Arabian Journal for Science and Engineering, 41(4), 1215-1224.
Taguchi, G. (1986). Introduction to quality engineering: designing quality into products and processes, Quality Resources.
Water Research Institute of Ministry of Energy, (2005), Hydraulic Model of Flood Discharge System of Upstream and Downstream Siah-Bisheh Dams, Iran, Final Reports.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 2
اردیبهشت 1399
صفحه 469-478

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار