انجمن آبخیزداری ایران مجله اکوهیدرولوژی 2423-6098 6 1 2019 03 21 Effect of Denoise Reduction of Time Series on Its Analysis using Chaos Theory (Case Study: Zayandehrud River) تأثیر نویززدایی سری زمانی بر تحلیل آن با استفاده از نظریۀ نظم در بی‌نظمی (مطالعۀ موردی: رودخانۀ زاینده‌رود) 15 27 69841 10.22059/ije.2018.260455.906 FA مهسا بوستانی دانشجوی دکترای گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکدۀ مهندسی عمران، دانشگاه سمنان سعید فرزین استادیار گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکدۀ مهندسی عمران، دانشگاه سمنان سید فرهاد موسوی استاد گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکدۀ مهندسی عمران، دانشگاه سمنان حجت کرمی استادیار گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکدۀ مهندسی عمران، دانشگاه سمنان Journal Article 2018 05 22 In the present study, nonlinear characteristics of the monthly flow of Zayandehrud River in both pre and post noise reduction were evaluated using chaos theory during 43 years (1971- 2013) in four hydrometric stations. To determine the chaotic or randomness of the Zayandehrud River flow, the phase space was first reconstructed. Therefore, the optimal delay time and embedding dimension are calculated using the average mutual information and the nearest false neighbors. The possibility of chaos in the monthly flow, in the original and denoised time series, has been investigated using the correlation dimension. Based on the results, the correlation dimension for the denoised time series at Eskandari, Ghale Shahrokh, Pole Zaman Khan and Pole Koleh stations is estimated to be 5.94, 4.63, 2.89 and 3.30, respectively. The non-integer value of this dimension shows the chaotic behavior of monthly flow of the Zayandehrud River at these stations. The absence of correlation dimension in the original time series indicates the randomness of the system. Sensitivity to the initial conditions of the system, as a characteristic of chaotic systems, was investigated using the Liapunov exponent. Thereafter, the horizons of forecasting the current flow at the denoised stations were determined to be 36, 41, 45 and 44 months, respectively. One of the strategies for managing water scarcity and water crisis is to predict surface water discharge. By using the simulated monthly data of Zayandehrud River, it is possible to predict the flow by applying different methods, which was not possible for the original time series. در پژوهش حاضر، ویژگی‌های غیرخطی جریان ماهانۀ رودخانۀ زاینده‌رود، در دو حالت قبل و بعد از نویززدایی، با استفاده از نظریۀ آشوب، طی 43 سال (1350 تا 1392) در چهار ایستگاه هیدرومتری ارزیابی شده است. برای تعیین روند آشوبی یا تصادفی‌بودن جریان رودخانۀ زاینده‌رود، اﺑﺘﺪا به بازسازی فضای حالت پرداخته شده است. به این دلیل، زمان تأخیر بهینه و بُعد محاط با استفاده از روش‌های میانگین اطلاعات متقابل و اﻟﮕﻮرﯾﺘﻢ نزدیک‌ترین همسایگی ﮐﺎذب محاسبه شده است. اﻣﮑﺎن وﺟﻮد آﺷﻮب در دﺑﯽ جریان ماهانه، در سری زمانی اصلی و نویزگیری‌شده، با استفاده از شاخص ﺑُﻌﺪ ﻫﻤﺒﺴﺘﮕﯽ ﺑﺮرﺳـﯽ شده است. بر اساس نتایج، ﺑُﻌﺪ ﻫﻤﺒﺴﺘﮕﯽ برای سری زمانی نویزگیری‌شده در ایستگاه‌های اسکندری، قلعه شاهرخ، پل زمانخان و پل کله به‌ترتیب برابر 94/5، 63/4، 89/2 و 30/3 برآورد شده است. ﻣﻘﺪار غیرصحیح این ﺑُﻌﺪ، بیان‌کنندۀ رﻓﺘـﺎر آﺷﻮﺑﻨﺎک دبی جریان ماهانۀ نویززدایی‌شدۀ رودخانۀ زاینده‌رود در ایستگاه‌های یادشده است. نبود بُعد همبستگی در سری زمانی اصلی، نشان‌دهندۀ تصادفی‌بودن سیستم است. در ادامه، ﺣﺴﺎﺳﯿﺖ ﺑﻪ ﺷﺮاﯾﻂ اولیۀ ﺳﯿﺴﺘﻢ، به عنوان یک مشخصۀ سیستم‌های آشوبناک، با استفاده از آزمون نمای لیاپانوف بررسی شده است. سپس‌، افق پیش‌بینی جریان در ایستگاه‌های نویزگیری‌شدۀ آشوبناک تعیین شده است که به‌ترتیب برابر 36، 41، 45 و 44 ماه است. یکی از راه‌کارهای مدیریت شرایط کم‌آبی و بحران منابع آب، پیش‌بینی جریان آب‏های سطحی است. با استفاده از داده‏های ماهانۀ نویزگیری‌شدۀ رودخانۀ زاینده‌رود، امکان پیش‌بینی جریان با استفاده از روش‏های مختلف فراهم است که برای سری زمانی اصلی، این امر مقدور نیست. https://ije.ut.ac.ir/article_69841_60bcfdb87411edf96686fbef890a26a1.pdf