بررسی تاثیرشرایط هیدرولیکی در بهینه‌سازی کانال های انتقال آب با مقاطع متفاوت

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

2 دکتری سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

طراحی کانال با هدف به حداقل رساندن هزینه ساخت کانال، یکی از مسائل مهم بهینه‌سازی است. در این تعریف مقادیر متغیرهای مقاطع یعنی شیب کناری، عرض کف، عمق جریان و شعاع کانال دایروی با مینیمم کردن هزینه کانال­ها با در نظر گرفتن قید جریان هیدرولیکی محاسبه می‌شود. در تحقیق کنونی طراحی بهینه در یک چارچوب بهینه‌سازی غیر خطی با تابع هدف که تابع هزینه در واحد طول کانال بر اساس هزینه­ پوشش، هزینه خاکریزی و خاکبرداری واحد حجم و هزینه­ هدر رفت آب فرموله شده است، می‌باشد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک پارامترهای چهار مقطع بهینه شده کانال از جمله مقاطع کانال‌های ذوزنقه‌ای، مستطیلی، مثلثی و دایروی محاسبه گردیدند. از نتایج حاصله برای محدودیت معادله جریان در مقایسه هزینه کل ساخت مقاطع، مقطع دایروی از هزینه ساخت کمتری برخوردار است. با استفاده از روش پیشنهادی که از دقت خوبی برخوردار بوده چندین حالت با محدودیت اضافی سرعت جریان، عدد فرود و عرض سطح آزاد جریان جهت طراحی مطلوب کانال در شرایط ویژه مورد بررسی قرار گرفتند که به ترتیب سبب افزایش 40%، 30% و کاهش هزینه ساخت در حدود 48%  برای مقاطع کانال‌های ذوزنقه‌ای، مستطیلی و مثلثی شدند. برای مقطع دایروی محدودیت عدد فرود، عرض سطح آزاد و سرعت سبب افزایش هزینه ساخت شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of Hydraulic Conditions on Optimization of Water Conveyance Channels with Different Sections

نویسندگان [English]

  • K roshangar 1
  • Aida Nouri 2
1 Prof., Faculty of Civil Engin., Univ. of Tabriz, Iran
2 Ph.D. of Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engin., Univ. of Tabriz, Iran
چکیده [English]

طراحی کانال به عنوان یکی از مسائل بهینه سازی می باشد که هدف به حداقل رساندن هزینه ساخت و ساز کانال است. Channel design is one of the optimization issues aiming to minimize the cost of channel construction. In this definition, the amounts of sections variables, namely radius, slope side, bottom width and flow depth are calculated by minimizing cost of channels with regard to indicating the hydraulic flow constraint. In the current study, the optimal design problems are formulated in a nonlinear optimization framework with the objective function being a cost function per unit length of the channel has been expressed as the cost per unit length of the channel for lining, the depth-dependent unit volume earthwork cost and the cost of water lost. Using genetic algorithm, the parameters of four optimized channel sections including trapezoidal, rectangular, triangular and circular sections of channels were calculated. From the results obtained for restricting the flow equation in comparison with the total cost of construction of sections, circular section has less cost of construction. Using the proposed method, which has more precision and accuracy, several models with additional restriction of velocity, Froude number, and top width were considered for optimal design of the channel under special conditions. Restriction of velocity and Froude number caused increasing by %40 and %30 respectively, but restricted top width decrease about %48 of construction cost for trapezoidal, rectangular, and triangular sections. Restriction of Froude number, top width and velocity caused increasing, the cost construction of circular section.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Constraint
  • Cost
  • Design
  • Open channel section
  • Optimization
Abrishami J and Hoseini M, 2005. Hydraulics of Open Channel Flow. Astane Ghodse Razavi,                       Mashhad, Iran. (In Persian with English abstract)         
Aksoy B and Altan-Sakarya AB, 2006. Optimal lined channel design. Canadian Journal of Civil Engineering, 33(5): 535–545.
Akkuzu E, 2012. Usefulness of Empirical Equations in Assessing Canal Losses through Seepage in Concrete-          Lined Canal. Journal of Irrigation and Drainage Engineering.138 (5): 455-460.
Bahramloo R, 2011. Evaluation of leakage losses in irrigated channels with rock cover in cold regions and its effect on water resources (Case study in Hamadan province). Iranian Water Research Journal, 5(9): 141-150. (In Persian with English abstract)
 Babaeyan-Koopaei K, Valentine EM and Swailes DC, 2000. Optimal design of parabolic-bottomed triangle canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(6): 408–411.
Bhattacharjy RK, 2006. Optimal design of open channel section incorporating critical flow condition. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 132(5): 513-518.
Chahar BR, 2001. Extension of Vederikov’s graph for seepage from canals. Ground Water, 39(2):272–5.
Chahar BR, 2007. Optimal design of a special class of curvilinear bottomed channel section. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 133(5):571-6.
Chow VT, 1959. Open-channel Hydraulics. McGraw-Hill: New York.
Das A, 2007. Optimal design of channel having horizontal bottom and parabolic side. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133(2): 192-197.
French RH, 1994. Open-channel hydraulics. McGraw-Hill, New York.
Ghazaw YM, 2010. Design charts of optimal canal section for minimum water loss. Journal of
Engineering and Computer Sciences, 3(2): 73-95.
Goldberg DE, 1989. Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. MA: Addision Wesely, Boston.
Guo CY and Hughes WC, 1984. Optimal channel cross section with free board. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 110(3): 304–313.
Hajialilue-Bonab, M and Behrouz Saranda F, 2012. Optimization of cross section of channels located on expansive soils with the help of executive joints and wall slope. Third National Seminar on Geotechnical Issues of Irrigation and Drainage Networks. Kraj, Iran. (In Persian with English abstract)
Jain A, Bhattacharjya RK and Sanaga S, 2004.  Optimal design of composite channels using genetic algorithm. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 130(4): 286–295.
Swamee PK, Mishra GC and Chahar R, 2000. Design of Minimum Seepage Loss Canal Section. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(1): 28-32.
Trout TJ, 1982. Channel design to minimize lining material costs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 108(4): 242–249.