Neuro-Fuzzy Approach for Estimating Energy Dissipation in Skimming Flow over Stepped Spillways

Abstract

En un aliviadero escalonado, la cara del aliviadero está provista de una serie de escalones desde cerca de la cresta hasta el dedo del pie. La disipación de energía causada por los escalones reduce el tamaño del disipador de energía, generalmente proporcionado en la punta del aliviadero. La hidráulica de los aliviaderos escalonados se investiga mediante la realización de experimentos de laboratorio, la construcción de modelos para explicar los datos y la prueba de la robustez de los modelos desarrollados aquí utilizando un enfoque neurofuzzy. Los experimentos consisten en veinte aliviaderos escalonados diferentes probados en un canal de laboratorio horizontal, un amplio rango de valores de descarga, tres pendientes de vertedero de 15°, 25° y 45° y diferentes números de paso de 3 a 50 en la superficie de la cuña. El objetivo principal de este trabajo fue investigar la aplicabilidad y precisión del enfoque neurofuzzy en la estimación de los valores adecuados de disipación de energía del régimen de flujo de desnatado sobre aliviaderos escalonados debido a los datos imprecisos, insuficientes, ambiguos e inciertos disponibles. Se desarrolló un enfoque neurofuzzy para relacionar las variables de entrada y salida (disipación de energía). Se desarrollaron ecuaciones de regresión múltiple basadas en la teoría del análisis dimensional para calcular la disipación de energía sobre aliviaderos escalonados. Los coeficientes de determinación para el modelo neurofuzzy sugerido en el proceso de entrenamiento y prueba son 0.974 y 0.966, respectivamente. Se encontró que la formulación del enfoque neurofuzzy del problema de resolver la disipación de energía en aliviaderos escalonados es más exitosa que la de las ecuaciones de regresión.Dans un déversoir à marches, la face du déversoir est pourvue d'une série de marches allant de la crête à la pointe. La dissipation d'énergie causée par les marches réduit la taille du dissipateur d'énergie, généralement prévu au niveau de la pointe du déversoir. L'hydraulique des déversoirs étagés est étudiée en réalisant des expériences en laboratoire, en construisant des modèles pour expliquer les données et en testant la robustesse des modèles développés ici en utilisant une approche neuro-fuzzy. Les expériences se composent de vingt déversoirs étagés différents testés dans un canal de laboratoire horizontal, d'une large gamme de valeurs de décharge, de trois pentes de déversoir de 15°, 25° et 45° et de différents numéros de marche de 3 à 50 sur la surface de l'ogee. L'objectif principal de cet article était d'étudier l'applicabilité et la précision de l'approche neuro-fuzzy dans l'estimation des valeurs appropriées de la dissipation d'énergie du régime d'écoulement d'écrémage sur les déversoirs étagés en raison des données imprécises, insuffisantes, ambiguës et incertaines disponibles. Une approche neurotoxique a été développée pour relier les variables d'entrée et de sortie (dissipation d'énergie). Des équations de régression multiples basées sur la théorie de l'analyse dimensionnelle ont été développées pour calculer la dissipation d'énergie sur les déversoirs étagés. Les coefficients de détermination pour le modèle neuro-flou suggéré dans le processus de formation et de test sont 0,974 et 0,966, respectivement. Il a été constaté que la formulation de l'approche neuro-fuzzy du problème de résolution de la dissipation d'énergie sur les déversoirs étagés est plus réussie que celle des équations de régression.In a stepped spillway, the spillway face is provided with a series of steps from near the crest to the toe. The energy dissipation caused by the steps reduces the size of the energy dissipator, generally provided at the toe of the spillway. The hydraulics of stepped spillways is investigated by carrying out laboratory experiments, building models to explain the data, and testing the robustness of the models developed here using a neuro-fuzzy approach. The experiments consist of twenty different stepped spillways tested in a horizontal laboratory flume, a wide range of discharge values, three weir slopes of 15°, 25°, and 45° and different step numbers from 3 to 50 on the ogee surface. The main objective of this paper was to investigate the applicability and accuracy of the neuro-fuzzy approach in estimating the proper values of energy dissipation of skimming flow regime over stepped spillways because of the imprecise, insufficient, ambiguous and uncertain data available. A neuro-fuzzy approach was developed to relate the input and output (energy dissipation) variables. Multiple regression equations based on dimensional analysis theory were developed for computing energy dissipation over stepped spillways. The determination coefficients for the suggested neuro-fuzzy model in training and testing process are 0.974 and 0.966, respectively. It was found that the neuro-fuzzy approach formulation of the problem of solving for the energy dissipation over stepped spillways is more successful than that by regression equations.في قناة تصريف متدرجة، يتم تزويد وجه قناة التصريف بسلسلة من الخطوات من بالقرب من القمة إلى إصبع القدم. يؤدي تبديد الطاقة الناجم عن الخطوات إلى تقليل حجم مبدد الطاقة، والذي يتم توفيره بشكل عام عند مقدمة قناة التسريب. يتم التحقيق في المكونات الهيدروليكية للمجاري المتدرجة من خلال إجراء تجارب معملية، وبناء نماذج لشرح البيانات، واختبار متانة النماذج التي تم تطويرها هنا باستخدام نهج عصبي ضبابي. تتكون التجارب من عشرين قناة متدرجة مختلفة تم اختبارها في مجرى معملي أفقي، ومجموعة واسعة من قيم التصريف، وثلاثة منحدرات سد 15درجة و 25درجة و 45درجة وأرقام خطوات مختلفة من 3 إلى 50 على سطح الأوجي. كان الهدف الرئيسي من هذه الورقة هو التحقيق في قابلية تطبيق ودقة النهج العصبي الغامض في تقدير القيم المناسبة لتبديد الطاقة لنظام تدفق القشط على قنوات الانسكاب المتدرجة بسبب البيانات غير الدقيقة وغير الكافية والغامضة وغير المؤكدة المتاحة. تم تطوير نهج عصبي ضبابي لربط متغيرات المدخلات والمخرجات (تبديد الطاقة). تم تطوير معادلات الانحدار المتعددة بناءً على نظرية تحليل الأبعاد لحساب تبديد الطاقة عبر قنوات الانسكاب المتدرجة. معاملات التحديد للنموذج العصبي الضبابي المقترح في عملية التدريب والاختبار هي 0.974 و 0.966 على التوالي. وجد أن صياغة النهج العصبي الغامض لمشكلة حل تبديد الطاقة عبر قنوات الانسكاب المتدرجة أكثر نجاحًا من ذلك من خلال معادلات الانحدار.