بررسی تغییرات دینامیک رواناب با بهره گیری از نظریه آشوب و مدل اتومای سلولی

مطالعه دینامیک رواناب در حوضه های آبریز و نیز چگونگی تاثیرپذیری آن از خصوصیات مورفولوژیکی و اقلیمی، از اهمیت بالایی در مسائل مهندسی آب برخوردار است. در این رساله رفتار دینامیکی رواناب حوضه های آبریز لیقوان واقع در شمال غرب کشور و حوضه میدل فورک واقع در ایالات متحده با استفاده از اتومای سلولی و نظریه آشوب مورد بررسی قرار گرفته است. روش اتومای سلولی یک مدل شبیه سازی است که بدلیل توانایی ها و ویژگی های جالب توجه اش، در زمینه های مختلفی از علوم از جمله هیدرولوژی و هیدرولیک مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش با استفاده از تعریف چگونگی ارتباط میان اجزای یک سیستم که در مجاورت هم قرار گرفته اند،اندرکنش بین آنها مرحله به مرحله شبیه سازی می شود. یک مدل سلولی، شبکه ای منظم از سلول ها برای نمایش حوضه های رودخانه ای است که هر سلول دارای ویژگی هایی مانند ارتفاع، پوشش گیاهی، گروه هیدرولوژیک خاک، شیب، ارتفاع بارش و غیره می باشد و از طریق تکرار یک سری از قوانین روی هر کدام از این سلول ها، مقدار دبی رواناب در سلول های مرکزی محاسبه می گردد. شبیه سازی رواناب از بالادست به پایین دست با توجه به یکسری قوانین شناخته شده مانند معادلات پیوستگی و بقای انرژی انجام گرفته و درنهایت رواناب ناشی از بارش در تمامی سلول ها (کل حوضه) مشخص می گردد. در این رساله از اطلاعات پایه بر مبنای نقشه های رستری ایجاد شده در محیط gis استفاده گردیده است. بارش ماهانه محدوده مورد مطالعه در طول دوره های آماری با روش oidw و نقشه شماره منحنی رواناب تعدیل یافته تهیه گردیده و رواناب هر سلول با استفاده از روش scs محاسبه شد. برای روندیابی جریان آب در سطح الارض حوضه از الگوریتم d8 که از الگوریتم های معروف روندیابی در سطح حوضه می باشد استفاده گردید و جریان در هر سلول با توجه به جهت جریان در این الگوریتم تا رسیدن به خروجی حوضه ادامه یافت. مقایسه مقدار رواناب محاسباتی با مقادیر مشاهداتی در ایستگاه های موجود در دو حوضه بیانگر دقت بالا و قابلیت مدل در پاسخگویی به اهداف رساله می باشد. پس از شبیه سازی رواناب در هر نقطه از سطح حوضه با استفاده از اتومای سلولی، رفتار دینامیکی جریان را می توان با استفاده از نظریه آشوب مورد بررسی قرار داد. نظریه آشوب به مطالعه پدیده ها و سیستم های دینامیکی غیرخطی و پیچیده ای می پردازد که رفتار آنها در نگاه اول تصادفی به نظر می رسد، اما در واقع همین سیستم ها تحت حاکمیت قوانین مشخصی می باشند. بازسازی فضای حالت در نظریه آشوب با استفاده از مفاهیمی همچون زمان تاخیر، بعد محاط، بعد همبستگی، نمای لیاپانوف، اطلاعات ارزشمندی از قبیل میزان پیچیدگی، تعداد متغیرهای وابسته و افق پیش بینی متغیر مورد مطالعه که برای این تحقیق رواناب می باشد را مشخص می نماید. این اطلاعات در شناخت ما از پدیده بسیار مفید بوده و به انتخاب مدل مناسب جهت مدل سازی آن کمک می کند. برای حوضه آبریز لیقوان در شش نقطه و در حوضه میدل فورک در چهار نقطه دبی استخراج گردیده و پارامترهای آشوبناکی محاسبه شده است. تجزیه و تحلیل نتایج در دو حوضه مورد مطالعه نشان داد که مقدار بعد همبستگی از بالادست به پایین دست حوضه افزایش می یابد که به منزله افزایش پیچیدگی و نیاز به تعداد متغیرهای بیشتر برای مدلسازی است و در صورتیکه حوضه دارای شرایط ناهمگن از نظر فیزیوگرافی و اقلیمی باشد تغییرات چشمگیر است. مقدار زمان تاخیر و افق پیش بینی رابطه ای با موقعیت در حوضه نداشته و مقدار تقریباً مشابهی با همدیگر داشته اند.