نشریه مهندسی دریــا سال دهم/ شماره19 / بهار و تابستان 1393(66 -59)
-27432-452871

یادداشت فنی
تخمین آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل با استفاده ازمدلهاي محاسباتی نرم

طیب صادقی فر1، سید علی آزرم سا*2

کارشناس ارشد فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس؛ [email protected]
مسئول مکاتبات و دانشیار گروه فیزیک دریا، دانشکده علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس؛ [email protected]

اطلاعات مقاله

چکیده

چکیده

تاریخچه مقاله:
تاریخ دریافت مقاله: 28/11/1392 تاریخ پذیرش مقاله: 13/05/1393 تاریخ انتشار مقاله: 31/06/1393

کلمات کلیدي:

Estimated Alongshore Sediment Transport Rates Using Soft Computing (SF) Models

Tayeb Sadeghifar1, Seyed Ali Azarmsa2*

department of marine physics, factulty Department of Marine physics,Faculty of Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor 46417-76489, Iran; [email protected]
Corresponding Author, Department of Marine physics, Faculty of Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor 46417-76489, Iran; [email protected]

ARTICLE INFO

ABSTRACT

ARTICLE INFO

ABSTRACT

آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل فرمول هاي نیمه تجربی ساحل نور شبکه عصبی مصنوعی سامانه استنتاج عصبی- فازي
طی دهههاي اخیر فرمولهاي تجربی مختلفی جهت برآورد آهنگ انتقال رسوب ساحلی توسط محققان زیادي ارائه شده است که هریک از روشها تحت شرایط محدود نیمرخ بستر و براي محدوده مشخصی از دانهبندي رسوب کالیبره و استفاده شدهاند. روابط تجربی موجود عمدتاً براساس روشهاي برازشی بر روي دادههاي مشاهداتی و اندازهگیري شده ارائه شده، بنابراین میتوان با استفاده از ابزارهاي محاسباتی هوشمند و با کاربرد دادههاي موجود، مدل دقیقتري براي پیشبینی این پدیدهها ارائه نمود. روشهاي محاسباتی نرم، نظیر شبکه عصبی مصنوعی و سامانه استنتاج فازي- عصبی، روشهاي غیر خطی هستند که در مواردي که سایر روشها قادر نیستند روش محاسباتی دقیق از مسئله ارائه دهند مورد استفاده قرار میگیرند. عدم نیاز به جزئیات کامل و دقیق مسئله مهترین مزیت روشهاي محاسباتی نرم است. یک مقایسه جامع بین دو مدل شبکه عصبی مصنوعی، سامانه استنتاج فازي- عصبی و فرمولهاي نیمه تجربی حاضر نشان دهنده توانایی بالا شبکه عصبی در پیشبینی آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل میباشد.

Many empirical methods for estimating LSTR have been introduced by scientists during the recent decades, but these methods have been calibrated and applied under limited conditions of bed profile and specific range of bed sediment size. The existing empirical relations are linear or exponential regressions based on the observation and measurements data and there’s a great potential to build more accurate models to predict sediment transport phenomena by means of Soft computation approach . Contemporarily soft computing (SF) models, Artificial Neural Networks (ANN), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) have been accepted as potentially valuable tool for modeling and forecasting complex nonlinear systems. In other words, SF is very helpful when the mathematical and physical scheme couldn’t propose accurate solution to the encountered problem. The main advantage of SF model is that the accurate detail of the problems is not required. A comprehensive comparison between both ANN and ANFIS models and the existing empirical formulae will be presented to demonstrate capacity of ANNs.

Article History:
Received: 17 Feb. 2013
Accepted: 4 Aug. 2014
Available online: 22 Sep. 2014

Keywords:
Alongshore Sediment Transport
Rate
Semi-Empirical Formulas
Noor Coastal Zone
ANN
ANFIS

1 – مقدمه
انتقال رسوب هنوز یک علم در حال تکامل است، زیرا به فرآیندهايپیچیدهاي وابسته است. شایان ذکر است تعدادي از این فرآیندهااندازهگیري نشده و یا بهطور کامل درك نشدهاند، بنابراین توجه مهندسان به این مطلب ضروري است که حتی بهترین پیشبینی -هاي موجود در زمینه انتقال رسوب نیز نسبت به پیشبینیهاي مورد انتظار در دیگر رشتهها و زمینههاي علوم و مهندسی داراي حاشیه خطاي وسیعتري میباشند[1].
مدلهاي انتقال رسوب که مدلهاي عددي می باشند، بر پایه حل عددي معادلات انتقال رسوب بر روي شبکه محاسباتی با در نظر گرفتن معادله پیوستگی و مومنتوم عمل می کنند. در مدلهاي دو بعدي انتقال رسوب از سرعت میانگین گیري شده در عمق استفاده می شود و مفاهیم آشفتگی، تنش هاي برشی، انتقال رسوبات معلق و بار بستر، به همراه تاثیر موج بهکار می روند.
امواج یکی از مهمترین پدیدههاي موثر بر انتقال رسوب در مناطق دریایی و از جمله دریاي خزر می باشند. با توجه به موقعیت جغرافیایی و ابعاد این دریاچه، بر خلاف دریاهاي جنوب کشور ،نوسانات کشندي (جزر و مدي) قابل توجهي در آن مشاهده نمی -شود، ولی در عوض طول بادگیر کافی براي تشکیل امواج مرتفع وجود دارد. امواج تشکیل شده در نزدیکی ساحل می شکنند و در آب کم عمق باعث رخداد انتقال رسوب در امتداد ساحل و عمود بر ساحل می گردند.
باویري و مسدد( 2012) آهنگ انتقال رسوب را در دریاي خزر محاسبه کردند و بیشترین آهنگ انتقال را 45/3927 مترمکعب در روز، در فصل سرد در بندر انزلی و کمترین آهنگ انتقال را 53/122 مترمکعب در روز، در طی فصل گرم در بندر نوشهر گزارش نمودند[2]. نیک منش( 1380) روابط نیمه تجربی کومار و اینمان سال 1970، گالوین سال 1972، فرمول سرك سال 1977، رابطه دیگارد و همکارانش سال 1986 و کمفیوس سال 1991 را براي سواحل ایران مورد ارزیابی قرار داد[3]. طالب بیدختی و نیک منش(1380) یک مدل رایانهاي براي پیشبینی آهنگ انتقال رسوب ساحلی در بندر انزلی در دریاي خزر را با استفاده از برنامه رایانهايPLSTP و از طریق کنترل نیمرخهاي غلظت، سرعت جریان ساحلی و توزیع انتقال رسوب در ناحیه ساحلی ارائه نمودند[4]. کبیري سامانی و همکاران( 2010) با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و منطق فازي آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل در ایران را مورد ارزیابی قرار داده و در بین مدلهاي شبکه عصبی مصنوعی، منطق فازي و الگوریتم شیب نزولی خطا1 این الگوریتم عملکرد بهتري داشته است[5]. هاشمی و همکاران (2008) با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدلسازي تغییرات فصلی در پروفیل ساحل در خلیج ترومادوك در ایرلند را مورد مطالعه قرار دادند[6]. بختیار و همکاران( 2008) تخمین آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل در سواحل ارگی2 در کشور هندوستان را با استفاده از سامانه استنتاج فازي عصبی بهدست آوردند[ 7]. صادقیفر و همکاران(1392) با استفاده از فرمولهاي نیمهتجربی و شبکه عصبی مصنوعی آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل در سواحل جنوبی دریاي خزر (شهرستان نور) را مورد مطالعه قراردادند[ 8]. کراوس و همکاران( 1989) در گزارش نهایی در مورد پژوهشهاي انتقال رسوب در منطقه خیزآب ساحلی در داك 85 3 در ویسبورگ میسیسیپی در ایالات متحده با استفاده از تلهگیر ستونی رسوب قابل حمل به نتایج قابل اعتماد و سازگار با جریان دست یافتند. در این گزارش تلهگیرها به مدت 10 تا 15 دقیقه در بازه زمانی 6 روزه آهنگ انتقال رسوب در منطقه خیزآب ساحلی را محاسبه نمودند[ 9].
کشور ایران داراي سواحل طولانی و پر اهمیت در مرزهاي شمالی و جنوبی است. از این رو شناخت دقیق رفتار تغییرات فصلی و اندرکنش سواحل با سازههاي ساحلی، در طراحی سازههاي دریایی؛ نظیر اسکلهها، دیوارهاي ساحلی، موج شکن؛ از اهمیت بسیار بالایی برخودار است. همچنین جهت تخمین میزان دقیق نقل و انتقالات ساحل و تعادل رسوبی در سواحل، نیاز مبرم به شناخت کافی از پدیده انتقال رسوب در امتداد ساحل میباشد .
در این پژوهش با بهرهگیري از مشاهدات و اندازهگیريهاي میدانی انجام شده با تلهگیر رسوب و استفاده از مدلهاي ANN، ANFIS، آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل تعیین و مورد مقایسه قرار گرفته است تا ضمن بررسی دقت هر یک از روشها ،امکان استفاده از روشهاي نرم ،که معمولاً کاربرد آنها راحتتر میباشد، مورد بررسی قرار گیرد .

مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
این پژوهش در منطقه ساحلی نور در جنوب دریاي خزر به طول 2400 متر واقع در عرض جغرافیایی ˝20/5΄ 52˚36 تا
˝93/40΄17˚37 شمالی و طول جغرافیایی˝18/37΄27˚53 تا˝16/17΄32˚50 شرقی در 4 ایستگاه از اول فروردین تا آخر تیرماه سال 1390 انجام شد. خصوصیات و موقعیتهاي ایستگاه -هاي اندازهگیري در تحقیق صادقیفر و همکاران( 1392) آورده شده است[8].

دادهها اندازهگیري شده
خلاصه اطلاعات مربوط به دادههاي اندازهگیري شده در جدول 1 ارائه شده است .

2-3- اندازهگیري آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل
در این پژوهش آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل با استفاده ازتلهگیرهاي رسوب اندازهگیري گردید (شکل 1). این تلهگیرهاتوسط محققین این تحقیق طراحی و ساخته شده است.

2-3-1- تله گیر رسوب4
تلهگیر رسوب اساساً براي اندازهگیري آهنگ انتقال رسوب در امتداد ساحل در منطقه خیزآب ساحلی طراحی شده است .چهارچوب تلهگیر از جنسP.V.C ساخته شد. بخش مستطیلی، در دهانه تلهگیر رسوب دوخته شده است .شش میله فلزي قرار گرفته در داخل لولهها براي نصب تلهگیر در بستر دریا استفاده شد .
بنابراین، دهانه تلهگیر در جریانات بالا و در طول توزیع جریان نگه داشته میشود. فاکتورهاي کنترل شامل، سرعت جریان در امتداد ساحل، ارتفاع موج ، (2)عمق آب، اندازه دانهها و طول مدت نمونه -برداري میباشد، وابستگی این فاکتورها قابل بررسی است. طول تلهگیر معلق درحدود 2/1 متر است. بیشترین رسوب جمعآوري شده در تلهها براثرکاهش جریانها است.

2-3-2- تحلیل آهنگ انتقال رسوب
از تلهگیرها جهت اندازهگیري شار رسوب، به عنوان مثال، وزن شن و ماسه عبوري از نازل در سطح مقطع خاصی در زمان نمونهبرداري استفاده شد. اگر نمونهبرداري در یک جریان یک سویه انجام شود که در اینجا بدین صورت بوده است، شار میتواند مستقیماً با جریان توسعه یافته با استفاده از فرمولهاي پیشبینی به صورت نسبی به دست آید [9].
شار رسوب در ستون با استفاده از معادله1بهدست آمد:

() =∆

∆( )∆ (1)
= شار رسوب( .

) ، = تعداد تلهگیر، افزایش تعداد در بستر
(1 =) و با کاهش ستونها( =) ، = وزن رسوب خشک شده (بر حسب کیلوگرم) ،h∆ = ارتفاع ستون نازل( 15/0متر در این پژوهش) ،w∆= عرض نازل تلهگیر( 25/0 متر در این پژوهش) ، ∆ = فاصله زمانی نمونهبرداري (بر حسب ثانیه.)

جدول 1 – پارامترهاي آماري داده ها اندازهگیري شده در ساحل شهر
نور

ضریب
تغییرات انحراف
معیار میانگین کمینه بیشینه تعداد پارامترها
0/6 0/18 0/3 0/01 0/87 123 H(m)
0/2 0/9 4/56 2/3 7 123 T(sec)
0/41 11/5 27/8 5 45 123 α(Deg)
0/38 31/6 83/3 30 170 123 W(m)
0/45 0/09 0/2 0/1 0/5 123 V(m/s)
0/32 0/045 0/14 0/08 0/26 123 m
1/02 1/25 1/22 0/2 5/12 123 D(φ)

2-3-3- آهنگ انتقال کلی رسوب توزیعهاي عمود بر ساحل بهدست آمده در آبهاي کم عمق در تلهگیرها و یا در نقطه شکست (جایی که در آن آهنگ انتقال صفر در نظر گرفته میشود) در مجموع آهنگ کلی انتقال رسوب گفته میشود. اندازهگیري آهنگ کلی انتقال رسوب تبدیل به نرخ وزن غوطهوري انتقال، که با نماد نشان داده میشود بهنام پارامتر دبی5 بهصورت معادله2 تعریف میشود [ 10، 11].
R= V



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید