ارزیابی جریان رودخانه با استفاده از نظریه آشوب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

بررسی رفتار جریان رودخانه یکی از موارد اساسی در طراحی،‏ بهره برداری و مطالعات مربوط به مهندسی آب است. از این رو بکارگیری روش‌های نوین همچون نظریه آشوب در هیدرولوژی و منابع آب بدلیل نوآوری و قابلیت‌های آن،‏ اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یکی از کاربردهای نظریه آشوب،‏ تعیین خصوصیات کمی و آنالیز سری‎های زمانی هیدرولوژیکی همچون جریان رودخانه است. هدف از این تحقیق تعیین خصوصیات جریان روزانه رودخانه اهرچای در طی 19 سال با استفاده از مفاهیم نظریه آشوب و پیش‌بینی آن است. بازسازی فضای حالت سری زمانی بر اساس نظریه آشوب،‏ مبتنی بر انتخاب مناسب دو پارامتر زمان تأخیر و بعد محاط است و در این تحقیق از روش میانگین اطلاعات متقابل و روش نزدیکترین همسایگی کاذب برای برآورد این دو پارامتر استفاده شده است. جهت تعیین بعد فرکتالی و بررسی میزان آشوب‌پذیری سری زمانی (جریان روزانه رودخانه) روش بعد همبستگی استفاده شود. نتایج حاصل از محاسبات بیانگر بعد فرکتالی 4 (آشوبناکی کم)،‏ با زمان تأخیر 65 روز و بعد محاط 13 است که برای بازسازی فضای حالت دینامیکی جریان رودخانه می‌تواند استفاده شود. از الگوریتم پیش‌بینی موضعی جهت پیش‌بینی سری زمانی و از معیارهای ارزیابی ضریب همبستگی و نش ساتکلیف و مجذور مربعات خطا جهت سنجش دقت مدل استفاده شده است. نتایج حاصل حاکی از دقت قابل قبول و مناسب نظریه آشوب در پیش‌بینی جریان رودخانه اهر چای است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Stream flow using Chaos Theory

نویسندگان [English]

  • Dr A. Ghaheri
  • Dr-m ghorbani
  • H. Del Afrooz
  • L. Malekani
چکیده [English]

River flow behavior is one of the major problems considered in the design, operation and studies related to water resources. Recently, applying new techniques such as chaos theory in hydrology and water resources due to its innovation and ability has been considered. An application of chaos theory is characterization and quantitative analysis of river flow time series. The aim of this study is determining properties and prediction of Ahar-chai river daily flow during 19 years using the concepts of chaos theory. Chaos time series state space reconstruction is based on selecting two suitable parameters namely delay time and embedding dimension. In this study, average mutual information and false nearest neighbors method are implemented for estimating these two parameters. Correlation dimension method is used for determining the chaos ability and estimating the fractal dimension of daily river flow. The results of computations show that fractal dimension of 4 (chaotic low), with delay time of 65 days and embedding dimension of 13 for reconstruction the river flow dynamic state space, can be used. Local prediction algorithm for prediction of time series and correlation coefficient, and also Nash-Sutcliffe index and root mean square error are used for assessing the performance. Results illustrate good and acceptable accuracy of chaos theory in prediction of river flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • False Nearest Neighbors and Ahar
  • chai River
  • Chaos theory
  • Fractal Dimension
  • Embedding Dimension