معرفی مقطع چرخزاد وارونه به منظور طراحی بهینه کانال ها با استفاده از هوش مصنوعی

شکل مقطع کانال­های مصنوعی و طراحی بهینۀ آن با روش­های هوشمند، می­تواند تاثیری چشمگیر در کاهش هزینۀ ساخت این کانال­ها داشته باشد. در پژوهش حاضر، برای نخستین بار به معرفی کانال مصنوعی با مقطع چرخزاد وارونه و طراحی بهینۀ آن با الگوریتم خفاش پرداخته شده است. مقطع پیشنهادی، در دو طرح شامل چرخزاد وارونه بدون بستر افقی و چرخزاد وارونه با بستر افقی در نظر گرفته شده است. به­منظور طراحی بهینۀ مقاطع معرفی شده، دو سناریو شامل کانال با ارتفاع آزاد ثابت و کانال با ارتفاع آزاد متغیر، تعریف شده است. در هر دو سناریو از معادلۀ مانینگ به­عنوان محدودیت و از معادلۀ هورتون برای در نظر گرفتن ضریب زبری معادل استفاده شد. بر اساس روش آنالیز حساسیت، مقادیر بهینۀ پارامترهای الگوریتم پیشنهادی تعیین و پس از آن، الگوریتم خفاش برای هر مقطع و سناریو به­صورت تصادفی پانزده بار اجرا و مقدار ضریب تغییرات و سرعت همگرایی محاسبه شده است. به­منظور بررسی دقت الگوریتم خفاش در تعیین مقدار بهینۀ مطلق،  بین جواب­های این الگوریتم و نرم­افزار لینگو مقایسه صورت ­گرفته ­است. نتایج طراحی بهینه مقاطع پیشنهادی، با کانال­های ذوزنقه­ای، سهمی با بستر افقی، بیضوی و بیضوی عمومی نیز مقایسه شد. نتایج اجراهای تصادفی الگوریتم خفاشنشان می­دهد ضریب تغییرات برای مقاطع و سناریو­های معرفی شده حدود 0002/0 تا 0013/0 است. با توجه به نمودار­های همگرایی، الگوریتم مذکور برای همۀ­ مقاطع و سناریو­ها در 1000 تکرار همگرا شده است. مقایسۀ نتایج الگوریتم خفاش و نرم­افزار لینگو نیز بیان کنندۀ دقت بالای الگوریتم مذکور در تعیین بهینۀ مطلق مسئله است. استفاده از مقاطع پیشنهادی در مقایسه با دیگر مقاطع متداول، موجب می­شود هزینۀ ساخت کانال مصنوعی تا 7/34 درصد کاهش یابد. در میان مقاطع و سناریو­های بررسی شده، استفاده از مقطع چرخزاد وارونه تحت سناریوی دوم تا 15/17 درصد اقتصادی­تر است.