مقایسه‌ی فضای حالت بازسازی شده و آشوبناکی جریان رودخانه‌ی نازلوچای در مقیاس‌های زمانی مختلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ارومیه

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه

3 استادیار گروه مهندسی آب،دانشگاه ارومیه

چکیده

مطالعه‌ی رفتار جریان رودخانه یکی از نیازهای اساسی در برنامه‌ریزی منابع آب می‌باشد. اهمیت شناخت فرایند رودخانه با استفاده از نظریه‌ی آشوب در مقیاس‌های زمانی مختلف، جهت پیش‌بینی جریان رودخانه و انتخاب چارچوب مدل مناسب است. جریان رودخانه ماهیت دینامیکی و غیر خطی دارد. در سیستم‌های دینامیکی به فضایی که شامل تمامی حالات ممکن برای توصیف یک سیستم دینامیکی ‌باشد، فضای حالت گفته می‌شود. به دلیل عدم دسترسی به معادلات دقیق ریاضی حاکم بر سیستم، دستیابی به فضای حالت دشوار بوده و تمام اطلاعات در دسترس تنها یک سری زمانی اسکالر می‎باشد. لذا از روش محاط‌‌سازی با برقراری زمان‌های تاخیر بر روی سری زمانی دبی رودخانه برای بازسازی فضای حالت استفاده می‌گردد. در این تحقیق دبی‌های اندازه‌گیری شده‌ی روزانه، هفتگی و ماهانه رودخانه‌ی نازلوچای از مهر سال 69 تا شهریور سال 90 برای بازسازی فضای حالت مورد استفاده قرار گرفت. زمان تاخیر از روش میانگین اطلاعات متقابل در مقیاس روزانه 39، هفتگی 18 و ماهانه 9 محاسبه شد. بعد محاط به عنوان حداقل بعد بازسازی برای توصیف سیستم‌های دینامیکی، از روش شمارش نزدیکترین همسایه‌های کاذب به ترتیب روزانه، هفتگی و ماهانه برابر 26، 8 و 4 محاسبه گردید. آشوبناکی جریان رودخانه در مقیاس‌های زمانی روزانه، هفتگی و ماهانه با استفاده از روش بعد همبستگی و نمای هرست مورد ارزیابی قرار گرفت. بعد همبستگی برای سری روزانه 2.8، هفتگی 3.62 و ماهانه 5.52 محاسبه گردید. نمای هرست به ترتیب مقیاس روزانه، هفتگی و ماهانه برابر با 0.84، 0.77 و 0.76 بدست آمده است. نتایج دلالت بر آشوبناکی جریان رودخانه‌ی نازلوچای دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of reconstructed phase space and chaotic behavior of Nazloochay river flow at different temporal scales

نویسنده [English]

  • samin jabbari gharabgh 1

1 urmia university

چکیده [English]

The study of the behavior of river flow is the basic demand in water resources planning. The importance of identifying the river flow process at different temporal scales, by using chaos theory is to predict the river flow and select the proper model framework. River flow has dynamic and nonlinear nature. In dynamical systems, phase space is the space which includes all the possible conditions that are need to describe a system. Because of inaccessibility of exact mathematical equations of system, it is difficult to achieve the phase space. And all the available information is a scalar time series. Therefore, embedding method is used for reconstruction of phase space. In this study the daily, weekly and monthly measured discharges of Nazloochay river from 1990 to 2011 were used for reconstruction of phase space. Time delay was calculated by AMI method and it is 39 for daily, 18 for weekly and 9 for monthly scale. Embedding dimension as a minimum dimension for reconstruction of phase space for description of dynamical system was calculated by using FNN method for daily, weekly and monthly scale and that is 26, 8 and 4 respectively. Chaotic behavior of river flow for daily, weekly and monthly scale was evaluated by using correlation dimension and Hurst exponent methods. Correlation dimension is 2.8 for daily, 3.62 for weekly and 5.52 for monthly scale. Hurst exponent for daily, weekly and monthly scale is obtained 0.84, 0.77 and 0.76 respectively. The results imply that Nazluchay's river flow is chaotic.

کلیدواژه‌ها [English]

  • chaos theory
  • embedding dimension
  • correlation dimension
  • Hurst exponent