بررسی جریان رودخانه با استفاده از نظریه ی آشوب

مطالعه ی رفتار جریان رودخانه یکی از نیازهای اساسی در برنامه ریزی منابع آب محسوب می گردد. مدل سازی تحلیلی جریان رودخانه به علت در دسترس نبودن معادلات ریاضی حاکم بر جریان رودخانه و طبیعت غیر خطی و دینامیک آن، بسیار دشوار است. لذا در این تحقیق از نظریه ی آشوب که به توصیف پدیده های دینامیکی غیر خطی می پردازد، به منظور بررسی و پیش بینی سیستم جریان رودخانه استفاده شده است. مطالعات بر روی سری زمانی جریان رودخانه ی نازلوچای در سه مقیاس روزانه، هفتگی و ماهانه انجام گرفته است. اهمیت براورد جریان رودخانه در مقیاس های زمانی مختلف، به منظور انتخاب چارچوب مدل مناسب جهت دستیابی به دینامیک سیستم و پیش بینی وضعیت آینده ی آن می باشد. جهت توصیف دینامیک جریان رودخانه به علت در اختیار داشتن تنها یک سری زمانی اسکالر، از بازسازی فضای حالت سیستم به روش محاط سازی با برقراری زمان های تاخیر بر روی سری زمانی دبی رودخانه (برای دوره آماری مهر 69 تا شهریور 90) استفاده گردید. سپس جهت تعیین وجود آشوب در جریان رودخانه روش های بعد همبستگی، نمای هرست و نمای لیاپانوف استفاده شد. نتایج حاکی از آشوبناک بودن جریان رودخانه در هر سه مقیاس زمانی بود. پس از بررسی و اثبات آشوبناکی جریان رودخانه ، شبیه سازی سری های زمانی با استفاده از مدل موضعی خطی به صورت گام به گام در فضای حالت بازسازی شده انجام گرفت. دقت مدل با توجه به معیارهای ارزیابی نظیر ضریب تبیین (r2) و جذر میانگین مربعات خطا (rmse)، بین مقادیر واقعی و محاسباتی دبی رودخانه برای سال آبی 91-90، مورد بررسی قرار گرفت. دقت مدل برای سری روزانه به مراتب بالاتر از سری های هفتگی و ماهانه ارزیابی گردید. لذا پیش بینی با استفاده از سری زمانی روزانه با بازسازی فضای حالت برای دوره ی مهر 69 تا شهریور 91، برای سال آبی 92-91 انجام پذیرفت. همچنین با توجه به وجود نویز در سری های هیدرولوژیکی، تأثیر نویز در روند تحلیل های آشوبی با کاهش نویز سری زمانی روزانه بررسی گردید. نتایج نشان از افزایش دقت مدل شبیه سازی برای سری نویز زدایی شده داشت.