##common.pageHeaderLogo.altText##
Tạp chí Vật liệu & Xây dựng - Bộ Xây dựng

ISSN:

Website: www.jomc.vn

Application of artificial neural networks for predicting hydraulic jump characteristics on right triangular prism rough beds

Trịnh Công Tý , Lê Đình Hùng , Phạm Quỳnh Anh , Nguyễn Khánh Ly

Abstract

Hydraulic jump is a crucial hydraulic phenomenon in the design of energy dissipation structures. Until recently, studies on main hydraulic jump characteristics, such as the conjugate depth and the jump length, were based on theoretical and experimental studies. For hydraulic jumps with boundary conditions differing from traditional hydraulic jumps, the determination of these two characteristics has mainly relied on regression methods based on experimental results. Nowadays, the rapid advancement of computer science has introduced new approaches to solving regression problems, notably artificial neural networks, and other machine learning models. Among these, artificial neural networks stand out due to their superior effectiveness in classification and regression tasks. This study applies a three-layer artificial neural network, consisting of an input layer, a hidden layer, and an output layer, to predict two hydraulic jump characteristics on a rough bed with right-angled triangular prism elements, having the network structure only a single hidden layer, with the number of neurons varying from 3 to 8. The research results indicated that the neural network model with a single hidden layer containing 8 and 10 neurons provides highly accurate predictions for the subsequent depth and jump length, achieving high R² correlation coefficients of 0.992 and 0.912, respectively.

References

  1. Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng, Công trình tháo lũ trong đầu mối hệ thống thủy lợi. Nhà xuất bản Xây dựng, 2005.
  2. S. Ead and N. Rajaratnam, "Hydraulic jumps on corrugated beds," Journal of Hydraulic Engineering, vol. 128, no. 7, pp. 656-663, 2002. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:7(656).
  3. F. Izadjoo and M. Shafai-Bejestan, "Corrugated bed hydraulic jump stilling basin " Journal of Apply Sciences, pp. 1164-1169, 2007. Doi: 10.3923/jas.2007.1164.1169.
  4. A. Abbaspour, A. H. Dalir, D. Farsadizadeh, and A. Sadraddini, "Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics," Journal of Hydro-environment Research, vol. 3, no. 2, pp. 109-117, 2009. Doi: 10.1016/j.jher.2009.05.003.
  5. H. Samadi-Boroujeni, M. Ghazali, B. Gorbani, and R. F. Nafchi, "Effect of triangular corrugated beds on the hydraulic jump characteristics," Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 40, no. 9, pp. 841-847, 2013.
  6. E. Elnikhely, "Effect of staggered roughness elements on flow characteristics in rectangular channel," Int. J. Res. Eng. Technol, vol. 23, pp. 359-370, 2014.
  7. S. A. Jalil, S. A. Sarhan, and S. M. Ali, "Characteristics of hydraulic jump on a striped channel Bed," Journal of Duhok University, pp. 654-661, 2017. Doi: 10.26682/sjuod.2017.20.1.57.
  8. A. Ghaderi, M. Dasineh, F. Aristodemo, and A. Ghahramanzadeh, "Characteristics of free and submerged hydraulic jumps over different macroroughnesses," Journal of Hydroinformatics, vol. 22, no. 6, pp. 1554-1572, 2020. Doi: 10.2166/hydro.2020.298.
  9. S. Nikmehr and Y. Aminpour, "Numerical Simulation of Hydraulic Jump over Rough Beds," Periodica Polytechnica Civil Engineering, vol. 64, no. 2, pp. 396-407, 2020. Doi: 10.3311/ppci.15292.
  10. T. C. Ty, Z. J. Min, and T. C. Trieu, "Influence of Right Triangular Prism Rough Beds on Hydraulic Jumps," Applied Sciences, 2024. Doi: https://doi.org/10.3390/app14020594.
  11. Vũ Văn Tuấn, "Lựa chọn cấu trúc mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chỉ số nén của đất," Địa kỹ thuật-Trắc địa, vol. Số 3, pp. 67-74, 3/2020.
  12. Nguyễn Quốc Long, "Đánh giá khả năng ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo dự báo lún bề mặt mỏ do khai thác hần lò," KHoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, vol. 55, 2016.
  13. Lê Trọng Nghĩa và nnk, "Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo dự báo công xuất phát của nhà máy nhiệt điện," Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, vol. 17, 2019.
  14. Tạ Quốc Dũng và nnk, "Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) trong dự báo độ rỗng," Dầu Khí, vol. 7, 2019.
  15. Trần Cảnh Dương, "Nghiên cưu, ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để dự báo, chỉnh biên tài liệu mực nước sông không bị ảnh hưởng bởi thủy triều," Khoa học Tài nguyên và Môi trường, vol. 36, 2021.
  16. Hồ Việt Hùng, "Thiết lập mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) tính toán độ sâu sau nước nhảy trong kênh lăng trụ mặt cắt chữ nhật," Khoa học công nghệ thủy lợi, vol. 75, 2022.
  17. M. H. Omid, M. Esmaeeli Varaki, M. Omid, "Modelling hydraulic jumps with artificial neural networks," Water Management 158, vol. WM2, 2005.
  18. Houichi, Larbi, et al, "An evaluation of ANN methods for estimating the lengths of hydraulic jump in U-shaped channel," Journal of Hydroinformatics, vol. 15.1, 2013.
  19. M. F. Sauida, "Prediction of hydraulic jump length downstream of multi-vent regulators using Artificial Neurlal Networks," Ain Shams Engineering Journal, 2016.