طراحی بهینه مقطع کانال بتنی برای حداقل کردن هزینه تلفات آب، پوشش و عملیات خاکی

طراحی مقطع کانال با کمترین هزینه شامل کمینه کردن مجموع هزینه های هر متر از طول کانال تحت شرایط جریان یکنواخت است. این هزینه ها شامل هزینه های مربوط به پوشش هر متر از طول کانال، هزینه هر مترمکعب عملیات خاکی و هزینه مرتبط با تلفات آب (شامل تلفات نشت و تبخیر) هستند که به عنوان تابع هدف در این بررسی درنظر گرفته شده است. تلفات نشت به هندسه کانال و تلفات تبخیر از سطح آزاد آب بستگی دارد. در این بررسی از معادله مانینگ به عنوان قید اصلی مسئله استفاده شده است. علاوه بر این قید، در طراحی مقطع بهینه کانال ها از دو قید فرعی شامل حداقل سرعت مجاز و عدد فرود، استفاده شده است. برای بهینه سازی ابعاد کانال، از الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جستجوی مستقیم استفاده شد. با استخراج نتایج مدل بهینه سازی در قالب نمودارهای بی بعد، امکان طراحی ساده ابعاد بهینه کانال در جهت حداقل کردن هزینه های هر متر از طول کانال فراهم می شود. با بررسی نتایج این پژوهش می توان دریافت که کانال ذوزنقه ای با دبی مشخص در شیب جانبی ۷۵‎/۰ دارای بیشترین و در شیب جانبی ۵‎/۱ دارای کمترین عمق نرمال است. همچنین در طراحی بهینه کانال مثلثی، عمق نرمال کانال در شیب های جانبی بیشتر دارای مقدار کمتری است در حالیکه عرض سطح آب در این حالت افزایش می یابد.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی ، تلفات آب ، معادله مانینگ ، تابع هزینه ، کانال بتنی