بررسی تاثیر سد بر الگوی آشوبی انتقال بار معلق رود (مطالعه‌ی موردی: سد کرج(

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 7، دوره 8، شماره 26، آذر و دی 1394، صفحه 89-100   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سارا فهیم فرد¹؛ محمد هادی فتاحی^{* 2}؛ ابوالفضل شمسایی³؛ سعید فرزین⁴

¹کارشناسی ارشد عمران آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات فارس

²استادیار گروه آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد مرودشت

³استاد گروه آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف

⁴استادیار گروه سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

تاریخ دریافت: 10 اسفند 1394،  تاریخ پذیرش: 10 اسفند 1394 

چکیده

حجم رسوبها یکی از فراسنجهای اساسی در طراحی هر سد به شمار می‌رود، که نه تنها در بالادست بر روی پیکره و ساختار سد موثر است، بلکه به دلیل تبعات منفی ناشی از عملیات رسوب‌زدایی که معضلات زیست محیطی بسیاری را که در پایین دست سد به همراه خواهد داشت، شناختن آن الزامی است. عوامل متعدد تاثیرگذار بر این پدیده، که با روابط غیرخطی به یکدیگر وابسته­اند، سبب شده اند که پدیده­ی انتقال رسوب، سامانه­ی تصادفی محسوب شود. نظریه آشوب بیان می‌کند که بسیاری از سامانه­های پیچیده با تظاهرات تصادفی تنها تحت تاثیر چند فراسنج محدود قرار دارند، و حتی رفتار آنها در کوتاه مدت نیز قابل پیش‌بینی است. در این پژوهش، با استفاده از بازسازی فضای فاز و بعد همبستگی، که یکی از پر کاربردترین روشهای تشخیص آشوب است، به بررسی پویایی انتقال رسوب از دیدگاه آشوبی، و همچنین تاثیر وجود سد بر تغییرات این الگو، پرداخته شده است. نتایج حاکی از آنند که گروه زمانی رسوب دارای الگوی آشوبی کم‌دامنه است، و در بازه­ی زمانی کوتاه مدت ده روزه، سد بر پویایی آن موثر بوده و آن را از پدیده‌ای آشوبی به تصادفی تبدیل می‌کند، اما در بازه‌های زمانی بلند مدت‌تر مانند ماهانه به دلیل خلق اطلاعات و قطع ارتباط با شرایط اولیه­ی که در سامانه­های آشوبی رخ می‌دهند، این تاثیر از بین رفته و گروه زمانی دوباره رفتار آشوبی را به خود می­گیرد

کلیدواژه‌ها

رسوب؛ سد؛ انگاره‌ی آشوب؛ بعد همبستگی؛ فضای فاز

عنوان مقاله [English]

Application of the Chaos Theory, the Reconstructed Phase Space and Correlation Dimensions in the Suspended Load Transport Patterns as Affected by a Dam: The Case of the Karaj River

نویسندگان [English]

S. Fahimfard¹؛ M.H Hadi Fattahi²؛ A Shamsai³؛ S. Farzin⁴

چکیده [English]

The sediment load of a river is one of the major parameters in designing a dam, as it not only affect configuration  and construction on its upstream, but also due to its negative consequences resulting from sediment dredging and some environmental issues that arise in its downstream. Therefore, elucidation of sediment transport mechanisms is of utmost importance. As several independent and nonlinear factors affect this phenomenon, its randomness has been accepted by many hydrologists as an axiom. The chaos theory states that many complex systems with random behavior are limited only by the number of parameters, and their behavior is predictable in a short term. The dynamics of sediment transport, and also the influence of a dam on its patterns are studied in this project benefitting from the chaos theory, and the reconstructed phase space and correlation dimensions methods. Results indicate that the sediment time series have low-dimensional chaos, and in a period as short as 10 days, a dam affects the dynamics and converts a chaotic phenomenon in to random ones. However, due to the created information and disconnection that takes place in a chaotic system in longer times, i.e. one month, the above mentioned transformation   disappears an the system resumes a chaotic behavior.
 

کلیدواژه‌ها [English]

Sediment, Dam, Chaos theory, Correlation Dimension, Phase Space

مراجع

1. امامی، ا. 1389. انتقال رسوب، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیر کبیر.
2. شقاقیان، م ر، و ن. طالب بیدختی. 1388. بررسی وجود آشوب در جریان رود در مقیاسهای زمانی گوناگون، مجله مهندسی آب.
3. فتاحی م ه، ن، طالب بیدختی، غ، رخشنده رو، و ا. شمسایی. 1388. پیش پردازش موجکی و فراکتالی گروه زمانی جریان رودخانه برای شبیه پیش بینی شبکه عصبی. همایش ملی بحران آب. دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت، اسفند.
4. فهیم فرد، س.1392. بررسی وجود الگوهای آشوبناک در سامانه انتقال رسوبات رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه کرج).
5. فهیم فرد، س. ا. شمسایی، م. ه، فتاحی، س. فرزین. 1393. بررسی وجود الگوی آشوبی در گروه زمانی بار بستر رودخانه (مطالعه موردی رودخانه جاجرود). سیزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تبریز، تبریز، آبان.
   1. Hang guang, M. A. and H. Chong zho 2006. Selection of embedding dimension and delay time in phase space reconstruction. Front, Electr., Election, Eng, China. 1:111-114.
   2. Lai, Y. and D. Lener 1998. Effective scaling reigme for computing the correlation dimension from chaotic time series. Physica D, 115.
   3. Musielak, Z.E.  and D.E. Musielak, High dimensional chaos in dissipative and driven dynamical systems. Department of Physics the University of Texas at Arlington.
   4. Regonda, S K, B. Sivakumar, and A. Jain. 2004. Temporal scaling in river flow: Can it be chaotic? Hydrol. Sci.– Journal- des Science Hydrologiques. 49.
   5. Saha, L.M. 2011. Measuring chaos: Topological entropy and correlation dimension in discrete map.
   6. Sivakumar, B. 2001. Rainfall dynamics at different temporal scales: A chaotic perspective. Hydrol Earth Sys. Sci. 5: 645-651.
   7. Sivakumar, B, A. W, Jayawardena. 2003. Sediment transport phenomenon in rivers: An alternative perspective, Enviromen Model. Softw. 18:831-838.
   8. Sivakumar, B. 2000.  Chaos theory in hydrology: Important issues and interpretations. J. Hydrol. 227:120.
   9. Sivakumar, B. 2009. Nonlinear dynamics and chaos in hydrological system: Last developments and a look forwards. Stoch Environ Res Risk Access. 23:1027-1036.
   10. Solomatine, D. P., S. Velickov, and J. C. Wust. 2001. Predicting water levels and currents in the North Sea using chaos theory and neural networks Proc. 29 th Iahr Congr. Beijing, China: 1-11.
   11. Stehlik, J. 2003. Deterministic chaos in runoff series. Hydrometeorological Institute, Dept. of Experimental Hydrology, 143, 06 Prague.
   12. Velickov. S. 2006.Nonlinear dynamics and chaos with applications to hydrodynamics and hydrological modeling. Taylor and Francis e-library.
   13. Wang, Y.Z, X, Rong, B. Li, J. Su, and R.Q. Wang, 2010. Chaotic dynamics in ecological time series: 22 year study of a natural population. Int. J. Nonlin. Sciences and Numerical Simul. 11:511-518.