كاربرد روش‌ برنامه‌ريزي بيان ژن در تعيين ضريب هوادهي دريچه تخليه‌كننده تحتاني سدها

سابقه و هدف: استفاده از سدهاي مخزني، نقش مهمي را در توسعه صنعت، كشاورزي و اشتغال جوامع، بر عهده دارد. يكي از اجزاي جانبي اين سدها، تونل‌ تخليه‌كننده تحتاني است كه نقش مهمي را در تخليه و كنترل سيلاب بر عهده دارد. اين سازه‌، مشتمل بر يك مجراي ورودي، تونل اصلي انتقال و سازه‌هاي كنترل و تنظيم جريان، شامل دريچه‌ها و شيرها مي‌باشد. بروز فشارهاي منفي و پديده كاويتاسيون از جمله مشكلاتي است كه تخليه‌كننده‌هاي تحتاني سدها در دبي‌هاي بالا با آن مواجه هستند. اين پديده سبب بروز مشكلاتي از جمله تخريب سطح سازه خواهد شد. يكي از متداول‌ترين روش‌هاي كاهش و حذف خطر وقوع كاويتاسيون، هوادهي جريان مي‌باشد. در اين راستا، ميزان هوادهي و هواگيري جريان آب در سرريزها و پايين‌دست دريچه‌هاي تونل تخليه‌كننده تحتاني سدها، يكي از مباحث مهم مي‌باشد. با توجه به اهميت موضوع، در پژوهش حاضر پيش‌بيني و برآورد ضريب هوادهي دريچه تخليهكننده تحتاني مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر، روش برنامه‌ريزي بيان ژن (GEP) جهت برآورد ضريب هوادهي دريچه تخليه‌كننده تحتاني مورد استفاده قرار گرفت. براي آموزش و صحت‌سنجي مدل، از داده‌هاي آزمايشگاهي به‌دست آمده از مدل‌هاي فيزيكي و هيدروليكي چهار سد البرز، ژاوه، گتوند عليا و جره، كه در آزمايشگاه سازه‌هاي هيدروليكي موسسه تحقيقات آب تهران ساخته‌شده، استفاده گرديد. ضريب هوادهي تابعي از دو پارامتر عدد فرود جريان در محل فشردگي آن (Frc) و نسبت سطح مقطع هواده به سطح مقطع تونل در محل دريچه (Aa/Ag) در نظر گرفته‌شد. جهت اجراي مدل برنامه‌ريزي بيان ژن، 30 كروموزوم و 3 ژن انتخاب شد و توانايي اين روش به‌كمك دو پارامتر آماري مانند ضريب هم‌بستگي (R2) و جذر ميانگين مربعات خطا (RMSE) مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه روش برنامه‌ريزي بيان ژن با ضرايب همبستگي 0.803 و 0.639و جذر ميانگين مربعات خطا برابر با 0.096 و 0.125 به‌ترتيب در دو بخش آموزش و آزمون، ضريب هوادهي دريچه تخليه‌كننده تحتاني را برآورد نمود. مدل مذكور در مقايسه با نتايج رابطه رگرسيوني با ضرايب همبستگي 0.718 و 0.402 و جذر ميانگين مربعات خطا برابر با 0.114 و 0.171 در بخش‌هاي آموزش و آزمون نتايج بهتري را ارائه مي‌نمايد. به‌عبارتي، استفاده از روش برنامه‌ريزي بيان ژن موجب كاهش 28 درصدي خطاي پيش‌بيني ضريب هوادهي دريچه تخليه‌كننده تحتاني سدها شده‌است. نتيجه‌گيري: نتايج به‌دست آمده از اين پژوهش نشان داد مدل هوشمند برنامه‌ريزي بيان ژن، به‌خوبي توانسته است ضريب هوادهي دريچه‌هاي تخليه‌كننده تحتاني سدها را پيش‌بيني كند و استفاده از آن موجب بهبود نتايج پيش‌بيني در مقايسه با روش‌هاي مرسوم مدل‌هاي رگرسيوني شود. به‌عبارتي، نتايج به‌دست آمده، مويد توانايي روش برنامه‌ريزي بيان ژن در تعيين ضريب هوادهي دريچه‌هاي تخليه‌كننده تحتاني سدها، و در نتيجه برآورد صحيح اين پارامتر، به‌منظور جلوگيري از وقوع پديده كاويتاسيون مي‌باشد. بنابراين استفاده از اين روش در مسايل مرتبط با موضوع پژوهش پيشنهاد مي‌شود.