بررسی چند مقیاسی تأثیرپذیری الگوهای رفتاری قطعی و تصادفی جریان رودخانه تحت اثر خشکسالی هیدرولوژیکی

محورهای موضوعی : برگرفته از پایان نامه

محمد بهروزی ¹ , محمد هادی فتاحی ² , ابوالقاسم صیادی ³

1 - دانشجوی دکتری رشته مهندسی عمران، گرایش مهندسی و مدریت منابع آّب، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت، مرودشت، ایران
2 - گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت، مرودشت، ایران
3 - گروه مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت، مرودشت، ایران

تاریخ دریافت : 1404/06/14 تاریخ پذیرش : 1404/08/24 تاریخ انتشار : 1404/09/08

کلید واژه: آنتروپی تقریبی, همبستگی متقابل, ضریب لیاپانوف, تئوری آشوب, خشکسالی هیدرولوژیکی,

چکیده مقاله :

خشکسالی پدیده پیچیده ای است که بر فرآیندهای هیدرولوژیکی و ژئوهیدرولوژیکی تأثیر می گذارد. با توجه به اهمیت رودخانه به عنوان یک منبع مهم آبی، مطالعه تاثیر خشکسالی بر الگوهای جریان بسیار مهم است. در این تحقیق حوضه آبخیز رودخانه اترک در ایران با در نظر گرفتن داده های روزانه از سال 1978 تا 2018 و با استفاده از ابزارهای شاخص خشکسالی جریان رودخانه (SDI)، ضریب لیاپانوف (LE)، آنتروپی تقریبی (ApEn) و نهایتا همبستگی پیرسون داده ها مورد تحلیل قرار گرفت. یافته‌ها نشان داد که جریان رودخانه دارای سطحی از آشوب بود. همچنین جریان رودخانه تا سطح قابل قبولی پیش بینی پذیری داشت. بر آشوب و میزان المان های قطعی و تصادفی در جریان رودخانه رفتار چند مقیاسی (مالتی فراکتال) حاکم بود. نهایتا نتایج آشکار کردند که میزان فراکتالیتی خشکسالی هیدرولوژیکی بر رفتار چند مقیاسی آشوب و میزان المان های قطعی و تصادفی جریان رودخانه تاثیر مثبت و مستقیم داشت. مقادیر همبستگی پیرسون بین شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی و آنتروپی تقریبی و شاخص خشکسالی هیدرولوژیکی و ضریب لیاپانوف به ترتیب 0.93 و 0.99 بود. این مطالعه با بررسی اثرات خشکسالی هیدرولوژیکی بر الگوهای دینامیکی جریان رودخانه دیدگاه نوینی در این رابطه ارائه کرد. یافته‌ها کاربرد زیادی در زمینه های پیش‌بینی جریان، پایش خشکسالی و مدیریت منابع آب خواهد داشت.

چکیده انگلیسی:

Drought is a complex phenomenon that affects hydrological and geohydrological processes. Given the importance of the river as a major water source, studying the impact of drought on flow patterns is very important. In this study, the Atrak River watershed in Iran was analyzed by considering daily data from 1978 to 2018 and using the tools of Streamflow Drought Index (SDI), Lyapunov Exponent (LE), Approximate Entropy (ApEn), and finally Pearson correlation. The findings showed that the river flow had a level of chaos. The river flow was also predictable to an acceptable level. The chaos and the amount of deterministic and random elements in the river flow were dominated by multi-scale (multi-fractal) behavior. Finally, the results revealed that the degree of fractality of hydrological drought had a positive and direct effect on the multi-scale behavior of chaos and the amount of deterministic and random elements of the river flow. The Pearson correlation values between SDI and ApEn and SDI and LE were 0.93 and 0.99, respectively. This study provides a new perspective on the effects of hydrological drought on river flow dynamic patterns. The findings will have great application in the fields of flow forecasting, drought monitoring, and water resources management.

منابع و مأخذ:
Qiu, J., Shen, Z., & Xie, H. (2023). Drought impacts on hydrology and water quality under climate change. The Science of the total environment, 858(Pt 1), 159854.