ﺑﻬﻴﻨﻪ‌ﺳﺎزی مقطع کانال ذوزنقه‌ای مرکب با جنس پوشش غیریکنواخت

در هر سیستم مهندسی، مانند کانال‌های آبرسانی، مهم‌ترین مسئله در بخش طراحی، حداقل‌رسانی هزینه‌ها و نیز افزایش بازده است. از طرفی، کاهش احتمال سرریز به‌عنوان یک نکته ضروری در طراحی کانال‌ها بسیار حائز اهمیت است. کانال‌های آبی روباز به دو صورت مقاطع عرضی ساده یا مرکب هستند. مقاطع مرکب، دارای شیب‌های جانبی متفاوت در دو طرف یا ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف هستند. در تحقیق حاضر، هدف کاهش هزینه‌های ساخت شامل هزینه‌های خاکبرداری و پوشش و نیز به حداقل‌رساندن احتمال سرریز با در نظر گرفتن ارتفاع آزاد برای کانال با مقطع مرکب دارای شیب‌های جانبی یکسان و ضرایب زبری متفاوت در وجوه مختلف است. فرمول‌بندی مسئله با توجه به وجود قید معادله مانینگ، منجربه یک بهینه‌سازی غیرخطی می‌شود که با استفاده از نرم‌افزار ولفرام متمتیکا (wolfram mathematica) حل شده است. نتایج حاصل نشان داده است که با ضرایب زبری متفاوت در دیواره‌ها و کف کانال، زمانی که هزینه پوشش کانال نیز در دیواره‌ها و کف، متفاوت در نظر گرفته شود، نسبت به هزینه پوشش یکسان، شیب‌های جانبی بهینه تغییر می‌یابند ولی مقادیر بهینه سایر پارامترهای هیدرولیکی مانند حالت مقطع ساده است.

optimization of a composite trapezoidal channel cross section with non-uniform lining material

in any engineering system, such as water conveyance channels, the primary objectives in design are minimizing costs and maximizing efficiency. additionally, reducing the risk of overtopping is a critical consideration in channel design. open channels typically feature either simple or compound cross-sections. compound sections are characterized by varying side slopes on either side or different roughness coefficients across their surfaces. this study aims to reduce construction costs—including excavation and lining expenses—while minimizing overtopping risk by incorporating a freeboard allowance for a compound channel with identical side slopes but varying roughness coefficients on different surfaces. the problem formulation, constrained by manning's equation, leads to a nonlinear optimization problem solved using wolfram mathematica. the results demonstrate that when different roughness coefficients are applied to the channel walls and bed—and when lining costs also vary between these surfaces—the optimal side slopes differ compared to the uniform-cost scenario. however, the optimized hydraulic parameters (e.g., depth, velocity) remain similar to those of a simple trapezoidal section.