مدیریت آب و آبیاری

مدیریت آب و آبیاری

پیش‌بینی سطوح آسیب کاویتاسیون در سرریز اوجی با استفاده از مدل یادگیری عمیق: مطالعه موردی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار گروه علوم و مهندسی آب- سازه های آبی- دانشگاه بوعلی سینا
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
10.22059/jwim.2026.417189.1316
چکیده
پدیده کاویتاسیون در سرریزهای اوجی از جمله مهم‌ترین عوامل تهدیدکننده ایمنی و کاهش عمر مفید سازه‌های هیدرولیکی محسوب می‌شود. در این پژوهش، یک مدل یادگیری عمیق مبتنی بر شبکه عصبی پرسپترون چندلایه برای پیش‌بینی سطوح مختلف آسیب کاویتاسیون در سرریز سد گلوردنکا توسعه داده شد. به منظور دستیابی به عملکرد بهینه، تأثیر پارامترهای کلیدی نظیر نحوه تقسیم‌بندی داده‌ها، الگوریتم آموزش، تابع فعال‌سازی و نرخ یادگیری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تقسیم‌بندی ۷۰-۱۵-۱۵ درصد به‌ترتیب برای آموزش، اعتبارسنجی و آزمون، همراه با الگوریتم لوونبرگ-مارکوارت ، تابع فعال‌سازی تانژانت سیگموئید در لایه‌های مخفی و نرخ یادگیری ۰۰۱/۰، بیشترین دقت را ارائه می‌دهد. مدل نهایی با سه لایه مخفی (۱۰، ۸ و ۵ نورون) توانست با ضریب همبستگی ۹۹۸/۰ در مرحله آموزش و ۹۹۶/۰ در مرحله آزمون و مقادیر RMSE به‌ترتیب ۰۱۵۸/۰ و ۰۲۸/۰، روابط غیرخطی حاکم بر پدیده کاویتاسیون را با دقت بالا شبیه‌سازی کند. نتایج پیش‌بینی نشان داد که شدت آسیب در طول سرریز روند افزایشی داشته و از ایستگاه ۹۰ متر به بعد به حداکثر میزان خود می‌رسد. مقایسه با مدل ماشین بردار پشتیبان حاکی از برتری چشمگیر مدل یادگیری عمیق در هر دو مرحله آموزش و آزمون بود. مدل توسعه‌یافته می‌تواند به عنوان ابزاری کارآمد در شناسایی نواحی بحرانی، اولویت‌بندی اقدامات نگهداری و افزایش ایمنی سازه‌های هیدرولیکی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Prediction of Cavitation Damage Levels in Ogee Spillways Using a Deep Learning Model: A Case Study

نویسندگان English

Kazem Shahverdi 1
Saghi bagherzadeh 2
Sharareh yari 3
1 Assistant Professor, Water Science and Engineering Department, Bu-Ali Sina University
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Department of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده English

Cavitation in ogee spillways is one of the most critical factors threatening the safety and reducing the service life of hydraulic structures. In this study, a deep learning model based on a multilayer perceptron (Deep MLP) was developed to predict different levels of cavitation damage on the Golvandak Dam spillway. To achieve optimal performance, the influence of key parameters such as data splitting strategy, training algorithm, activation function, and learning rate was systematically investigated. The results indicated that a data split of 70-15-15% for training, validation, and test, respectively, combined with the Trainlm algorithm, Tansig activation function in hidden layers, and a learning rate of 0.001, provided the highest accuracy. The final model with three hidden layers (10, 8, and 5 neurons) was able to simulate the nonlinear relationships governing cavitation with high precision, achieving correlation coefficients of 0.998 in training and 0.996 in testing, with RMSE values of 0.0158 and 0.028, respectively. The prediction results revealed that damage severity increases along the spillway and reaches its maximum level from station 90 m onward. Comparison with the Support Vector Machine (SVM) model demonstrated the significant superiority of the deep learning model in both training and testing phases. The developed model can serve as an efficient tool for identifying critical zones, prioritizing maintenance actions, and enhancing the safety of hydraulic structures.

کلیدواژه‌ها English

Cavitation
Deep learning
Damage prediction
Neural networks

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 شهریور 1405