تخمین عمق بحرانی در کانال‌های ذوزنقه‌ای: روابط پیشنهادی، ارزیابی دقت و عملکرد

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.

10.22034/hws.2026.71640.1049

چکیده

محاسبه عمق بحرانی در کانال‌های ذوزنقه‌ای که به‌طور گسترده در شبکه‌های انتقال و توزیع آب مورد استفاده قرار می‌گیرند، همواره مورد توجه محققان مهندسی هیدرولیک بوده است. روش متداول برای محاسبه عمق بحرانی در این کانال‌ها، روش سعی و خطا است؛ اما امروزه راه‌حل‌های صریح به‌عنوان روشی توانمند و جایگزینی مناسب مطرح شده‌اند. در این تحقیق، با استفاده از آنالیز ابعادی، فرم‌های مختلف سری‌های ریاضی و روش دو مثلث، روابطی برای تخمین عمق بحرانی کانال‌های ذوزنقه‌ای ارائه و دقت آن‌ها در مقایسه با روابط موجود ارزیابی شد. در استخراج روابط پیشنهادی، فرم ساده با تعداد تکرار کمتر سری ریاضی مدنظر قرار گرفت. محدوده وسیعی از داده‌های هندسی و هیدرولیکی مقطع ذوزنقه‌ای در شرایط عمق بحرانی استفاده شد. دقت و عملکرد روابط پیشنهادی و موجود با استفاده از شاخص قدر مطلق خطای نسبی (ARE) و شاخص کارایی (NSE) ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که روابطA ، B و E با متوسط قدرمطلق خطای نسبی به ترتیب برابر 0.314 0.173 و 0.078 درصد، بهترین عملکرد را در تخمین عمق بحرانی کانال‌های ذوزنقه‌ای دارند. همچنین دقت روابط پیشنهادی در مقایسه با روابط موجود ارزیابی گردید و نتایج حاصل گزارش شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Akan AO, and Iyer SS, 2021. Open Channel Hydraulics (2nd edition). Butter worth Heinemann, Oxford.
Arvanaghi H, Mahtabi G, and Rashidi M, 2015. New solutions for estimation of critical depth in trapezoidal cross section channel. Journal of Materials and Environmental Science, 6(9), 2453–2460.
Chen C, 2025. Novel method for calculating flow depth in open channels combining the iteration theory and the curvefitting technique. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 18(4), 190–194, doi.org/10.25165/j.ijabe.20251804.9037.
Das A, 2007. Flooding probability constrained optimal design of trapezoidal channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133(1), 53–60, doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2007)133:1(53).
Elhakeem M, 2017. Explicit solution for flow depth in open channels of trapezoidal cross-sectional area: classic problem of interest. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 143(7), 04017011, doi.org/10.1061/ (ASCE)IR.1943- 4774. 0001179.
French RH, 1987. Open-channel hydraulics. New York: McGraw-Hill.
Swamee PK, 1993. Critical depth equations for irrigation canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 119(2), 400–409, doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-9437 (1993) 119:2 (400).
Salmasi F. (2020). Critical depth of trapezoidal open channel using explicit formula and ANN approach. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 44 (3): 1023-1029, doi.org/10.1007/s40996-020-00416-7
Varandili SA, Arvanaghi H, Ghorbani MA, and Yassen ZM, 2019. A novel and exact analytical model for determination of critical depth in trapezoidal open channels. Flow Measurement and Instrumentation, 68, 101575, doi.org/10.1016 /j.flowmeasinst. 2019. 101575.
Vatankhah AR, 2013. Explicit solutions for critical and normal depths in trapezoidal and parabolic open channels. Ain Shams Engineering Journal, 4(1), 17–23, doi.org/10.1016/j.asej.2012.05.002.
Vatankhah AR, and Easa SM, 2011. Explicit solutions for critical and normal depths in channels with different shapes. Flow Measurement and Instrumentation, 22(1), 43–49, doi.org/10.1016/ j.flowmeasinst. 2010.12.003.
Vatankhah AR, Kouchakzadeh S, 2007. Discussion of exact equations for critical depth in a trapezoidal canal. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133(5), 508, doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-9437 (2007) 133:5 (508).
Wang ZZ, 1998. Formula for calculating critical depth of trapezoidal open channel. Journal of Hydraulic Engineering, 124(1), 90–91, doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-9429(1998)124:1(90).