طراحی بهینه ابعاد مقطع کانالهای روباز با استفاده از الگوریتم PSO

Subject Areas : Meta-heurestics

محسن منادی ¹ (Department of Civil Engineering (Hydraulic Structures Engineering), Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran)
میرعلی محمدی ² (Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Hydraulic Structure and River Mechanics Group, Urmia University, Urmia, Iran.)
Hamed Taghizadeh ³ (Department of Civil Engineering (Hydraulic Structures Engineering), Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran)

Received: 2018-10-08 Accepted : 2019-06-24 Published : 2019-12-01

Keywords: بهینه سازی, الگوریتم PSO, طراحی کانالهای باز, متغیرهای مقطع بهینه, نرم افزار متلب,

Abstract :

در این مقاله از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات جهت طراحی بهینه مقطع کانالهای روباز با مقاطع مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه ای استفاده شده است. متغیرهای مقطع کانالها شامل، عمق، شیب جانبی و عرض کف می باشند. تابع هدف کمینه سازی هزینه ساخت کانال می باشد. برای کدنویسی و بهینه سازی مسئله از نرم افزار MATLAB استفاده شده است. قید مسئله از طریق رابطه مانینگ برای جریان یکنواخت در کانالهای روباز اعمال شده است. تابع هزینه مسئله شامل هزینه عملیات خاکی، هزینه مازاد انجام حفاری و عملیات خاکی در اعماق زیر سطح زمین و هزینه اجرای روکش کانال می باشد. برای بیان مقادیر بهینه متغیرهای مقاطع از توابع ساده با عبارات هزینه واحد استفاده شده است. متغیرهای بهینه مقطع با در نظر گرفتن سطح مقطع حداقل یا محیط پیرامون حداقل به دست امده اند. کلیه برنامه های کامپیوتری در نرم افزار متلب نوشته شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که الگوریتم PSO معرفی شده برای طراحی مقطع بهینه کانالهای روباز الگوریتمی قدرتمند می باشد.

References:

Bhattacharjya, R. K., & Satish, M. G. (2007). Optimal design of a stable trapezoidal channel section using hybrid optimization techniques. Journal of irrigation and drainage engineering, 133(4), 323-329.

Bhattacharjya, R. K., (2012). Optimal design of open channel section considering freeboard. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 141-151, Published online.

Chow, V. T. (1959). Open channel hydraulics, McGraw-Hill, New York.

Dong, L., Yuxiang, H., Qiang, F., Imran, K. M., Song, C., & Yinmao, Z. (2016). Optimizing channel cross section in irrigation area using improved cat swarm optimization algorithm. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 9(5), 76-82.

Easa, S. M., Vatankhah, A. R., & Halim, A. A. E. (2011). A simplified direct method for finding optimal stable trapezoidal channels. International journal of river basin management, 9(2), 85-92.

Froehlich, D. C. (1994). Width and depth-constrained best trapezoidal section. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 120(4), 828-835.

Guo, C. Y., & Hughes, W. C. (1984). Optimal channel cross section with freeboard. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 110(3), 304-314.

Kaveh, A., Talatahari,  S., & Azar, B. F., (2011). Optimum design of composite open channels using charged system search algorithm, Journal of Science and Technology. Transactions of Civil Engineering, 36(1), 67-77.

Kentli, A., & Mercan, O. (2014). Application of different algorithms to optimal design of canal sections. Journal of applied research and technology, 12(4), 762-768.

Kentli, A., & Mercan, O. (2014). Application of different algorithms to optimal design of canal sections. Journal of applied research and technology, 12(4), 762-768.

Loganathan, G. V. (1991). Optimal design of parabolic canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 117(5), 716-735.

Monadjemi, P. (1994). General formulation of best hydraulic channel section. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 120(1), 27-35.

Niazkar, M., & Afzali, S. H. (2015). Optimum design of lined channel sections. Water Resources Management, 29(6), 1921-1932.

Ruben, E. P., Kamran, B., (2007). Particle swarm optimization in structural design. NTECH Open Access Publisher.

Shi, Y., & Eberhart, R A., (1998). Modified particle swarm optimizer. In: IEEE international conference on evolutionary computation. IEEE Press, Piscataway, NJ, 1998, 69–73.

Srinivas, N., & Deb, K. (1994). Muiltiobjective optimization using nondominated sorting in genetic algorithms. Evolutionary computation, 2(3), 221-248.

Swamee, P. K. (1995). Optimal irrigation canal sections. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 121(6), 467-469.

Swamee, P. K., Mishra, G. C., & Chahar, B. R. (2000). Minimum cost design of lined canal sections. Water Resources Management, 14(1), 1-12.

Tofiq, F. A., & Guven, A. (2015). Optimal design of trapezoidal lined channel with least cost: Semi-theoretical approach powered by genetic programming. Water SA, 41(4), 483-489.

Turan, M., & Yurdusev, M. (2011). Optimization of open canal cross sections by differential evolution algorithm. Mathematical and Computational Applications, 16(1), 77-86.

Zhang, J., Wu, Z., Cheng, C. T., & Zhang, S. Q. (2011). Improved particle swarm optimization algorithm for multi-reservoir system operation. Water Science and Engineering, 4(1), 61-73.

Zhang, Y., Wang, S., & Ji, G. (2015). A comprehensive survey on particle swarm optimization algorithm and its applications. Mathematical Problems in Engineering, 2015.