بررسی ماهیت آشوبناکی جریان در بالادست و پایین‌دست مخزن سد زاینده‌رود با استفاده از معیارهای سیستم‌های آشوبناک

دبی جریان رودخانه‌ها از جمله عوامل تاثیرگذار بر بهره‌برداری منابع آب و طراحی سازه‌های هیدرولیکی از جمله سدها بوده که مطالعه آن از اهمیت بالایی برخوردار است. عوامل متعدد تاثیرگذار بر این پدیده غیرخطی باعث شده ‌که دبی جریان، تصادفی فرض شود. بنا بر اصول نظریه آشوب، سیستم‌های به ظاهر تصادفی و بی‌نظم دارای الگوی منظم و قابل پیش‌بینی هستند. در این پژوهش، با استفاده از روش‌های ترسیم فضای فاز، بُعد همبستگی، بزرگ‌ترین نمای لیاپانوف و توان طیف فوریه، دبی رودخانه زاینده‌رود از دیدگاه نظریه آشوب طی 43 سال (1350 تا 1392) بررسی و تحلیل شده است. بر اساس نتایج، ﻣﻘﺪار غیر صحیح ﺑُﻌﺪ ﻫﻤﺒﺴﺘﮕﯽ برای ایستگاه‌های اسکندری و قلعه شاهرخ (به‌ترتیب 3/34 و 3/6)، حاکی از رﻓﺘﺎر آﺷﻮﺑﻨﺎک دبی جریان در بالادست مخزن سد زاینده‌رود ‌است. از سوی دیگر، در ایستگاه سد تنظیمی، نمودار بُعد همبستگی نسبت به بُعد محاط، سیر صعودی دارد که مبین تصادفی بودن سری زمانی مورد مطالعه در پایین‌دست مخزن سد زاینده‌رود است. شیب نمودار‌های نمای لیاپانوف که نشان‌دهنده حساسیت به شرایط اولیه سیستم است، برای ایستگاه‌های اسکندری، قلعه شاهرخ و سد تنظیمی به‌ترتیب برابر 0/014، 0/017 و 0/0192 و افق پیش‌بینی قابل اعتماد در ایستگاه‌های آشوبناک به‌ترتیب برابر با 96 و 59 روز به‌دست آمد. واکاوی غیرتناوبی بودن سری‌های زمانی نیز با استفاده از آنالیز توان طیف فوریه انجام ‌شد. پهنای وسیع باند، افزون بر شاخص‌های دیگر، بر صحت آشوبناکی دبی رودخانه در ایستگاه‌های بالادست مخزن سد زاینده‌رود دلالت دارد.

Investigating the Chaotic Nature of Flow the Upstream and Downstream of Zayandehrud-Dam Reservoir Using Chaotic Systems’ Criteria

River discharge is among the influential factors on the operation of water resources systems and the design of hydraulic structures, such as dams; so the study of it is of great importance. Several effective factors on this nonlinear phenomenon have caused the discharge to be assumed as being accidental. According to the basics the chaos theory, the seemingly random and chaotic systems have regular patterns that are predictable. In this research, by using methods of phase space mapping, correlation dimension, largest Lyapunov exponent and Fourier spectrum power, a period covering 43 years of Zayandehrud River discharge (19712013) was evaluated and analyzed based on the chaos theory. According to the results, the noninteger value of the correlation dimension for Eskandari and Ghale Shahrokh stations (3.34 and 3.6) showed that there was a chaotic behavior in the upstream of ZayandehrudDam Reservoir. On the other hand, in the TanzimiDam station, the correlation dimension curve was ascending with respect to the embedding dimension, showing that the studied timeseries in the downstream of ZayandehrudDam Reservoir was random. The slope of the Lyapunov exponent curve for Eskandari, Ghale Shahrokh and TanzimiDam stations was 0.0104, 0.017 and 0.0192, respectively, and the prediction horizon in the chaotic stations was 96 and 59 days. The nonperiodical feature of time series was studied by using the Fourier spectrum power. The wide bandwidth, besides other indices, showed that river discharge in the upstream stations of Zayandehrud Reservoir was chaotic.