کاربرد روش برنامه ریزی بیان ژن در تعیین ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی سدها

استفاده از سدهای مخزنی، نقش مهمی را در توسعه صنعت، کشاورزی و اشتغال جوامع، بر عهده دارد. یکی از اجزای جانبی این سدها، تونل تخلیه کننده تحتانی است که نقش مهمی را در تخلیه و کنترل سیلاب بر عهده دارد. این سازه ، مشتمل بر یک مجرای ورودی، تونل اصلی انتقال و سازه های کنترل و تنظیم جریان، شامل دریچه ها و شیرها می باشد. بروز فشارهای منفی و پدیده کاویتاسیون از جمله مشکلاتی است که تخلیه کننده های تحتانی سدها در دبی های بالا با آن مواجه هستند. این پدیده سبب بروز مشکلاتی از جمله تخریب سطح سازه خواهد شد. یکی از متداول ترین روش های کاهش و حذف خطر وقوع کاویتاسیون، هوادهی جریان می باشد. در این راستا، میزان هوادهی و هواگیری جریان آب در سرریزها و پایین دست دریچه های تونل تخلیه کننده تحتانی سدها، یکی از مباحث مهم می باشد. با توجه به اهمیت موضوع، در پژوهش حاضر پیش بینی و برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه-کننده تحتانی مورد بررسی قرار گرفت.
در پژوهش حاضر، روش برنامه ریزی بیان ژن (GEP) جهت برآورد ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی مورد استفاده قرار گرفت. برای آموزش و صحت سنجی مدل، از داده های آزمایشگاهی به دست آمده از مدل های فیزیکی و هیدرولیکی چهار سد البرز، ژاوه، گتوند علیا و جره، که در آزمایشگاه سازه های هیدرولیکی موسسه تحقیقات آب تهران ساخته شده، استفاده گردید. ضریب هوادهی تابعی از دو پارامتر عدد فرود جریان در محل فشردگی آن (Frc) و نسبت سطح مقطع هواده به سطح مقطع تونل در محل دریچه (Aa/Ag) در نظر گرفته شد. جهت اجرای مدل برنامه ریزی بیان ژن، 30 کروموزوم و 3 ژن انتخاب شد و توانایی این روش به کمک دو پارامتر آماری مانند ضریب هم بستگی (R2) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که روش برنامه ریزی بیان ژن با ضرایب همبستگی 803/0 و 639/0و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 096/0 و 125/0 به ترتیب در دو بخش آموزش و آزمون، ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی را برآورد نمود. مدل مذکور در مقایسه با نتایج رابطه رگرسیونی با ضرایب همبستگی 718/0 و 402/0 و جذر میانگین مربعات خطا برابر با 114/0 و 171/0 در بخش های آموزش و آزمون نتایج بهتری را ارائه می نماید. به عبارتی، استفاده از روش برنامه ریزی بیان ژن موجب کاهش 28 درصدی خطای پیش بینی ضریب هوادهی دریچه تخلیه کننده تحتانی سدها شده است.
نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان داد مدل هوشمند برنامه ریزی بیان ژن، به خوبی توانسته است ضریب هوادهی دریچه های تخلیه کننده تحتانی سدها را پیش بینی کند و استفاده از آن موجب بهبود نتایج پیش بینی در مقایسه با روش های مرسوم مدل های رگرسیونی شود. به عبارتی، نتایج به دست آمده، موید توانایی روش برنامه ریزی بیان ژن در تعیین ضریب هوادهی دریچه های تخلیه کننده تحتانی سدها، و در نتیجه برآورد صحیح این پارامتر، به منظور جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون می باشد. بنابراین استفاده از این روش در مسایل مرتبط با موضوع پژوهش پیشنهاد می شود.