چکیده: موضوع مورد مطالعه در این پژوهش تحلیل دینامیک و شکل مجرا در حوضه آبریز رودخانه مهاباد می باشد که بر اساس اسناد، مدارک، شواهد و فرضیات تهیه و تنظیم شده است. این محدوده در جنوب دریاچه ارومیه بین ?9 ?25 °45 الی ?51 ?45 °46 طول شرقی و?51 ?23 °36 الی ?11 ?03 °37 عرض شمالی قرار گرفته است. جهت انجام این پژوهش ابتدا بر اساس شاخص دیاگرام توزیع و اندازه درجه شیب- مساحت (s-a) ، به لحاظ تکتونیکی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج آن نشان دهنده آن است که حوضه آبریز رودخانه مهاباد در یک حالت نامتعادل قرار دارد و محدوده شمال حوضه بالاآمدگی کمتری نسبت به جنوب دارد. برای بررسی جزئیات بیشتر حوضه آبریز مورد نظر به پنج بخش دریاس، کوتر، بیطاس، لاچین و آگری که عمدتا منطبق بر واحدهای هیدرولوژی هستند، تقسیم شده است. شدت نسبی فعالیت تکتونیکی در هر یک از این محدوده ها، جهت مشخص شدن تأثیر آن بر شکل و دینامیک مجرا با به کارگیری نیمرخ هاگ، نیمرخ تعادلی و انحراف از آن، شاخص شیب رودخانه (sl) ، شاخص استاندارد (sl/k) و شاخص تراکم زهکش(d) مورد ارزیابی واقع شده است. نتایج به دست آمده، نشان دهنده این است که محدوده های کوتر و بیطاس که در جنوب و جنوب غربی حوضه قرار دارند از فعالیت تکتونیکی بالاتری نسب به دریاس و آگری که در شمال و شمال شرقی واقع شده اند، برخوردار می باشند. برای تعیین نقش تغییر مقاومت لیتولوژی و تکتونیک بر روی نیمرخ طولی آبراهه ها محدوده، براساس روش استرالر آبراهه ها رتبه بندی شدند. برای تعیین نوع شکستگی ها نیمرخ طولی هر رتبه با سازندهای زمین شناسی و تکتونیک از نقشه های زمین شناسی 100000/1 انطباق داده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد در محدوده های دریاس و آگری تغییر از یک لیتولوژی مقاوم به لیتولوژی نامقاوم سبب شکستگی واضحی در نیمرخ طولی شده است و شکستگی ها تنها در مرز سازندها دیده می شوند که نشان دهنده تاثیر زیاد لیتولوژی بر روی نیمرخ طولی است. در محدوده های کوتر و بیطاس شکستگی ها در داخل لیتولوژی دیده می شوند. در مرز سازندها شکستگی وجود ندارد. بر این اساس، چنین استنباط شده است که ارتباط بین بالاآمدگی ناشی از تکتونیک وتاثیر سنگ بستر روی نیمرخ طولی معکوس است. بنابراین بالاآمدگی تکتونیک از تاثیر سنگ بستر بر روی نیمرخ طولی می کاهد. میزان انحناء نیمرخ طولی و نحوه پراکندگی آنها نشان دهنده این است که در محدوده های کوتر و بیطاس که به لحاظ تکتونیکی فعال می باشند، میزان انحناء بیشتر ولی پراکندگی آن کم است. تغییرات سریع شکل مجرا از ویژگی رودخانه مهاباد می باشد. مواد درشت دانه موجود در کرانه ها همراه با افزایش نسبت پهنا به عمق سبب شکل گیری مجرای گیسویی شده است به طرف پایین دست بعد از محدوده گیسویی، شکل رودخانه به صورت سینوسی تبدیل می گردد افزایش مواد دانه ریز به ویژه میزان رس که سبب مقاومت بالا کرانه ها می گردد، همراه با افزایش دبی به نظر می رسد، عامل این تغییر باشد. در حد فاصل سد مهاباد در بالادست و سد انحرافی در پایین دست، رودخانه به شکل آنابرچینق تغییر می یابد پتانسیل سیل خیزی و فرسایش پذیری حوضه که میزان آن در دوره های جدید افزایش یافته است پتانسیل لازم برای مجاری آنابرچینق را در این محدوده فراهم آورده است. بررسی و مقایسه عکس های هوایی سال های قبل و بعد از سد نشان دهنده آن است که بعد از احداث سد این نوع مجاری توسعه پیدا کرده اند. به نظر می رسد ایجاد سد سبب کاهش دبی اوج و نهشته شدن رسوبات در داخل مجرا شده است در نتیجه شرایط لازم برای مجرای آنابرچینق فراهم آمده است. وجود سد انحرافی در پایین دست سبب شده که مجرای آنابرچینق با مدل ارائه شده برای این نوع مجاری، توسط نانسون و نایتون منطبق نباشد.

روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی اخیراً توجه بیشتری را در مدلسازی فرآیند بارش- رواناب به خود جلب کرده است.برنامه ریزی ژنتیکgp به عنوان یکی از زیر شاخه های مهم هوش مصنوعی است، که در این تحقیق استفاده شده است.در این مطالعه دو رویکرد مختلف که توسط محققین پیشین در مدلسازی بارش- رواناب با برنامه ریزی ژنتیک استفاده شده بود ، با هم مقایسه شده است.نتیجه اساسی حاصل از این مقایسه بر توانایی روشgp در انتخاب متغیرهای موثر بر مدل تاکید دارد. برای بهبود نتایج بدست آمده از gp از روش رگرسیون غیر خطی استفاده شده است. در این روش با استفاده از حداقل خطای مربعات غیر خطی مدل حاصل شده از رگرسیون سمبلیک بهینه سازی شده است.همچنین استفاده از روش برنامه ریزی ژنتیک برای تعیین رگرسورها در روش رگرسیون خطی به جای استفاده از روش رگرسیون گام به گام به عنوان کاربرد دیگری از gp در مدلسازی بارش- رواناب ارائه شده است.یکی از مشکلات پیش رو در اجرای برنامه ریزی ژنتیک پدیده رشد بیش از حد برنامه بدون بهبود قابل توجهی در تناسب برنامه است، که به آن در اصطلاح پف کردن برنامه اطلاق می شود.روشهای مختلفی برای کنترل این پدیده توسط محققین ارائه شده که در این مطالعه این روشها در حوزه شبیه سازی بارش- رواناب مقایسه شده و بهترین آنها به نام روش اتاق انتظار (waiting room) معرفی شده است.رویکرد این تحقیق در هرچه بهتر کردن روشهای قبلی و رفع نقایص احتمالی بوده است و مدلهای دیگر ارائه شده در این تحقیق نه با هدف مقایسه بلکه به جهت ارائه کاربرد هایی از برنامه ریزی ژنتیک در این روشهای مدلسازی است. در حالت کلی هدف این مطالعه را می توان تحلیل توانائی ها و بررسی نقطه ضعف های روش برنامه ریزی ژنتیک دانست.

انباشت رسوب یک پروسه طبیعی و در عین حال سودمند است. بیشتر زمین های قابل کشت بدون بهره گیری از این پروسه نمی توانست وجود داشته باشد. البته ته نشین شدن رسوبات، عوارضی را نیز در محلهای مختلف ایجاد می کند که می توان به ایجاد جزایر آبرفتی در مسیر رودخانه ها، کاهش راندمان پمپ ها و توربین ها، ممانعت از کشتیرانی، افزایش سطح آزاد آب و افزایش میزان تبخیر و بسیاری از مشکلات دیگر اشاره نمود. ولی مهمترین مشکل رسوب گذاری در مخازن سدها می باشد، که کاهش عمر مفید، کاهش کیفیت آب شرب و نیز احتمال واژگونی سد از عمده مسائلی می باشد، که رسوبگذاری در مخازن سد در پی دارد. با توجه به این مسائل، اهمیت بررسی مقدار و الگوی رسوبگذاری جهت ارائه راهکارهای مدیریتی در مخازن سدها به صورت امری اجتناب ناپذیر نمود پیدا می کند. در پایان نامه حاضر رسوب گذاری 50 ساله و الگوی ته نشست رسوب در مخزن سد ونیار توسط دو مدل ریاضی gstars 3.0 و hec-6 مورد شبیه سازی قرار گرفته است. توزیع رسوب در قسمتهای مرتفع مخزن، یعنی خارج از حجم مرده آن پدیده پیچیده ای است و با آنکه روابط تحلیلی زیادی برای آن ارائه شده است ولی هنوز از روابط تجربی استفاده می شود. به همین دلیل و همچنین به علت عدم آبگیری سد ونیار و در نتیجه عدم دسترسی به داده های آبنگاری مخزن این سد، روش تجربی کاهش سد به عنوان معیاری جهت کالیبراسیون مدل های ریاضی، مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این پایان نامه سعی گردیده است، که از روشهای تحلیلی و نتایج کارهای پیشین، ضرایب و فاکتورهای تعیین کننده در مسئله الگوی ته نشست حاصل گردد. پس از شبیه سازی یک دوره 50 ساله رسوب گذاری در مخزن سد ونیار نتیجه گردید، که در ترازهای پایین مخزن اختلاف مابین روشهای ریاضی و تجربی زیاد بوده ولی در در ترازهای بالا، مدل gstars 3.0 تطابق بهتری نسبت به مدل hec-6 با روش تجربی کاهش سطح نشان می دهد. همچنین مدل های یک بعدی کارکرد مناسبی در رابطه با تخمین الگوی رسوب گذاری نشان نمی دهند و وارد کردن ابعاد دوم و سوم در روند محاسبات می تواندنقش مفیدی را در پروسه تخمین الگوی رسوب گذاری مخازن ایفا نماید.

خشکسالی به عنوان یک حادثه ناگوار طبیعی، در اثر تغییر اقلیم پدیدار میگردد و جوامع را به طور مستقیم ‏و غیرمستقیم، از طریق تغییرات در دسترسی به منابع آب تحت تاثیر قرار می دهد. درصورتیکه خشکسالی ‏به مدت طولانی ادامه پیدا کند، آثار نامطلوبی را در محیط زیست و زندگی انسانها بر جای می گذارد. ‏یکی از راهکارهای کاهش آثار مخرب پدیده خشکسالی، پیش بینی رخداد آن در آینده می باشد که نقش ‏بسیار مهمی را در مدیریت بحران خشکسالی و سیستم های منابع آب ایفا می کند.‏ از روش های موثر جهت پیش بینی فرآیندهای هیدرولوژیکی به ویژه پدیده خشکسالی، استفاده از شبکه-‏های عصبی مصنوعی می باشد که طی دهه های اخیر، به طور گسترده جهت پیش بینی و مدل‎سازی ‏فرآیندهای مختلف بکار رفته است. ‏ در این تحقیق سعی شده است که جهت پیش بینی شاخص بارندگی استاندارد شده (‏spi‏)، از مدل های ‏مختلف شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شود. بنابراین برای انجام اینکار از داده های هواشناسی مختلفی ‏همچون بارش، سرعت باد، رطوبت، ساعات آفتابی و همچنین اطلاعات خود شاخص در ماه های قبل بهره ‏گرفته شده و در نهایت این نتیجه برداشت می شود که استفاده توامان از ورودیهای فوق در شبکه های ‏عصبی مصنوعی، سبب بهبود نتایج حاصل از پیش بینی شاخص بارندگی استاندارد شده در بازه های زمانی ‏مختلف می شود.‏

چکیده پیش بینی تراز آب و شوری در مدیریت منابع آب زیرزمینی در سفره های ساحلی، بالاخص در مناطق خشک و نیمه خشک مانند کشور ایران اهمیت بسیار زیادی دارد و برنامه ریزی مناسب به منظور بهره برداری مطمئن از این منابع مستلزم وجود ابزار توانمند جهت پیش بینی پارامترهای فوق الذکر می باشد. در این رساله با توجه به توانایی شبکه های عصبی مصنوعی در مدل سازی سیستم های پیچیده، توأم با قابلیت علم زمین آمار در مدل سازی داده های مکانی، یک مدل تجربی ترکیبی به منظور پیش بینی زمانی و مکانی تراز آب زیرزمینی به عنوان یک پارامتر کمّی و مرتبط با شوری به عنوان یک پارامتر کیفی بسیار مهم در سفره های ساحلی تهیه و ارائه شده است. از داده های دشت شبستر در مجاورت دریاچه ارومیه به منظور آموزش، صحت سنجی و ارزیابی نتایج مدل پیشنهادی در این رساله استفاده شده است. نتایج بدست آمده از بکارگیری مدل های ترکیبی تهیه شده anng و manng علی رغم برتری نسبی مدل manng، نشان دهنده قابلیت بسیار زیاد مدل های ترکیبی تهیه شده در پیش بینی تراز آب زیرزمینی و میزان شوری در سفره ساحلی مورد مطالعه بوده اند.

برنامه ریزی و مدیریت منابع آب یکی از زمینه های مهم مطالعات منابع آب است که به منظور دستیابی به یک مدیریت یکپارچه و توسعه پایدار منابع آب در سطح حوضه های آبریز صورت می گیرد . اثر پذیری و اثر گذاری طرحهای توسعه منابع آب یک حوضه آبریز از و بر یکدیگر ایجاب مینماید موضوع تخصیص طرحهای توسعه منابع آب در سطح حوضه آبریز مورد بررسی قرار گیرد . بدین معنی که با شبیه سازی کل طرحهای توسعه منابع آب حوضه آبریز وضعیت اثرات طرحها بر یکدیگر بخصوص اثرات طرحهای مطالعاتی بر طرحهای در حال بهره برداری و اجرا مورد بررسی قرار بگیرد. با توجه به پیچیدگی سیستم منابع آب و وجود بازخورد در اجزای سیستم از رویکرد پویایی سیستمها که با نگرشی سیستمی و تفکر دینامیک و در نظر داشتن تعامل دینامیکی بین اجزا درون سیستم درکی عمیق از منشاء مشکلات سیستم را موجب می گردداستفاده شده است. در این پژوهش سیستم منابع آب سد علویان به عنوان زیر مجموعه ای از حوضه آبریز مربوط به خود با استفاده از مدل پویایی سیستم ها مدلسازی و شبیه سازی شده است و با توجه به اینکه ساختار تهیه شده جهت شبیه سازی سیستم منابع آب این سد با اندکی تغییر قابل استفاده برای سدهای دیگر با سیستم منابع آب مشابه با این سد میباشد لذا میتوان در تحقیقات دیگر به سادگی کل زیر حوضه را شبیه سازی کرد و در واقع این مدل قابلیت پذیرش هر ترکیب اختیاری از مخازن و تاثیر سیستمهای موازی و متوالی بر یکدیگر را دارد. پس از جمع آوری و تحلیل داده ها و مدل سازی مخزن سد نحوه تخصیص منابع آب این سد با رویکرد پویایی سیستم ها مورد بررسی قرار گرفت و نحوه رفتار مخزن سد در مقابله با سناریو های مختلف مورد تحلیل قرار گرفت. در سناریوی اول تاثیر کاهش حجم آب ورودی به مخزن سد در 10 سال آینده برنحوه تخصیص منابع آب سد مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که در این شرایط مقادیر تامین درصد حجمی هر یک از نیازهای برنامه ریزی سد نسبت به 10 سال گذشته کاهش می یابد. در سناریوی دوم نیز تاثیر حفظ حجم مشخصی از آب در پشت مخزن سد در جهت اهداف تفریحی و در سناریوی سوم نیز تاثیر تغییر دراولویت و یا مقادیر نیازهای برنامه ریزی سد برنحوه تخصیص منابع آب سد مورد بررسی قرار گرفتند.

جهت مدیریت مناسب در یک حوضه هیدرولیکی نیاز به شناخت کامل آن می باشد که به دلیل عدم دسترسی به اطلاعات هیدرولیکی اغلب حوضه ها از روش های ریاضی برای الگوبندی پدیده طبیعی بارش رواناب استفاده می شود. توانایی های روش های ریاضی و ترکیب آن ها در مدل سازی ها می تواند ما را در رسیدن به یک مدل ایده آل یاری دهد. در این پایان نامه، منطق فازی به عنوان روش نوین در علم ریاضی برای مدل کردن عدم قطعیت های موجود در سری های زمانی ناشی از نحوه اندازه گیری و گزارش داده ها و همچنین عدم صراحت پدیده در کمبود اطلاعات در مورد پارامترهای دخیل در پدیده استفاده شده است. اخیرا منطق فازی با استفاده از قابلیت شبکه عصبی در تخمین پارامترهای متغیر موجود در قوانین فازی، قادر به نگاشت مناسب ورودی های مختلف به خروجی می باشد. ادخال ویژگی های کوتاه مدت و درازمدت در مدل سازی می تواند نتایج بهتری در مدل مخصوصا برآورد نقاط پیک داشته باشد. در ادامه برای نائل آمدن به این امر از مبدل موجک به عنوان یک تبدیل کننده ریاضی استفاده شده است. با توجه به قابلیت تبدیل موجک با موجک های مادر مختلف و تجزیه سری های زمانی در پایه های زمانی متفاوت استفاده از زیر تجزیه های مختلف سری زمانی در ورودی مدل می تواند نتیجه مناسبی مخصوصا در نقاط ماکزیمم و قله های سری زمانی داشته باشد. با توجه به نتایج حاصله از مدل های ساخته شده با استفاده از موجک های مادر متفاوت، به علت تطابق شکل و خصوصیات موجک های مادر با سری زمانی برای تجزیه خصوصیات فصلی، ماهیانه و سالیانه داده های روزانه و ماهیانه هر دو حوضه لیقوان چای و آق چای (موجک haar برای سری زمانی بارش و موجک db4 برای سری زمانی رواناب) معرفی شده که با استفاده از این ورودی ها در مدل-سازی به روش سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی، در مقایسه با شبکه عصبی و دیگر روش ها نتیجه بهتری داده است. در سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی، استفاده از قوانین مناسب با تعداد و نوع توابع عضویت برای ورودی های مختلف تاثیرگذار می باشد که استفاده از دو تابع عضویت گوسی شکل، برای داده های رواناب و همچنین بارش، نتیجه مناسبی حاصل شد. مقایسه داده های مشاهداتی و محاسباتی در مدل سازی داده های ماهیانه نشان می دهد که استفاده از مرتبه های مناسب تجزیه موجک توانسته است تغییرات مختلف زمانی را در مدل سازی لحاظ کرده و نتیجه مدل بهتر شود. با توجه به بهبود توانایی مدل در برآورد نقاط پیک استفاده از این مدل در مدیریت حوضه های مهم و با ریسک بالا از نظر ساخت سازه های آبی گوناگون بسیار مهم است.

پدیده انتقال رسوب معلق و بر آورد آن از دیر باز مورد توجه و نیاز محققین امر بوده است، لیکن بدلیل زمان بر بودن و گران قیمت بودن نمونه برداری، تعداد دفعات اندازه گیری کم بوده و بدنبال آن آمار طولانی مدت و ریز مقیاس زمانی رسوب در ایستگاه های اندازه گیری محدود می باشد. بدین منظور استفاده از روش های گسسته سازی در چند سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است. برتری نتایج روش های گسسته سازی نسبت به دیگر روش های تخمینی، همچنین عدم نیاز این مدل ها به پارامتر های دیگر از جمله مقادیر دبی جریان، از دیگر عوامل مهم برتری مدل های گسسته سازی می باشد. در این تحقیق رودخانه لیقوان واقع در شمال غرب کشور با آمار کم وناقص و همچنین رودخانه می سی سی پی با آمار کامل مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور گسسته سازی رسوب معلق، خاصیت مقیاس پذیری داده های رسوب هر دو رودخانه بررسی شده و سپس سه مدل آبشاری تصادفی بر پایه ی توزیع های احتمالاتی ، مدل قطعی غیرخطی بر پایه ی بازسازی فضای حالت و با استفاده از نزدیکترین همسایگی کاذب و نهایتا مدل غیر پارامتریک بر پایه ی روش های استوکاستیک غیر خطی بررسی شده که نتایج حاکی از عملکرد قابل قبول این مدل ها است. از آنجایی که به منظور ارزیابی مدل های گسسته سازی نیازمند تخمین داده های رسوب با مقیاس ریزتر می بود لذا از برنامه ریزی بیان ژن جهت تخمین مقادیر بار معلق رسوب با استفاده از دبی جریان، برای رودخانه لیقوان استفاده و بهترین الگو برای تخمین بار معلق انتخاب و برآورد گردید . همچنین به منظور بررسی مقیاس پذیری داده های بار معلق رسوب و میزان قطعیت و همچنین تعداد حداقل پارامترهای لازم به منظور تخمین، از نظریه آشوب که امروزه مورد توجه محققین قرار گرفته است، استفاده شد. در انتها توانایی تخمین مدل های برنامه ریزی بیان ژن، آبشاری تصادفی، قطعی غیرخطی، غیر پارامتریک و آشوب، برای مقیاس های زمانی روزانه، 2روزه، 4روزه، 8 روزه و 16روزه، با معیارهای ضریب همبستگی و جذر میانگین مربعات خطا با یکدیگر مقایسه گردیده است.

با توجه به تغییر اقلیم، استفاده از فرضیه ایستائی در طراحی سیستم های آبی کارایی خود را از دست می دهد. به همین منظور لازم است به جای استفاده از داده های تاریخی در طراحی سیستم های آبی از داده ها تحت تاثیر تغییر اقلیم استفاده شود. در طرح جامع مدیریت منابع آب حوضه آبریز دریاچه ارومیه، برای زیر حوضه آبریز زولاچای ساخت دو سد و تامین نیازهای شرب، صنعت، کشاورزی، آبزی پروری و از همه مهم تر نیاز زیست محیطی پایین دست، دریاچه ارومیه، پیش بینی شده است. هدف از این پایان نامه تعیین پاسخگویی سیستم آبی پیش بینی شده برای این حوضه آبریز تحت شرایط تغییر اقلیم است. برای تعیین اثر تغییر اقلیم بر سیستم های آبی متغیرهایی مانند بارش و دما از نتایج مدل های چرخه عمومی استخراج می گردند. از نتایج این مدل ها تحت سه سناریوی a1b، a2 و b1 استفاده شده است. با توجه به کمبود اطلاعات برای مدل سازی هیدرولوژیکی این حوضه آبریز توسط مدل های هیدرولوژیکی، از روش شبکه عصبی مصنوعی برای توسعه مدل بارش-رواناب در این حوضه استفاده خواهد شد. همچنین برای بهبود عملکرد مدل سازی، شبکه عصبی مصنوعی با تبدیل موجک تلفیق شد است. به منظور مطالعه سیستم های آبی نیاز به ابزار شبیه سازی وجود دارد. در این پایان نامه مخزن زولاچای به عنوان مهم ترین سیستم حوضه آبریز زولاچای مورد مطالعه قرار گرفته است. برای شبیه سازی سیستم آبی حوضه و تعیین اثرات تغییر اقلیم بر سیستم آبی روش پویایی سیستم مورد استفاده خواهد گرفت. نتایج پایان نامه نشان می دهد دما در این حوضه آبریز 1-0.5 درجه سانتی گراد افزایش خواهد داشت. همچنین بارش حوضه روند افزایشی خود را در بازه مطالعاتی (2011-2030) حفظ می کند. همچنین انتظار می رود هیدروگراف ایستگاه مورد مطالعه در شرایط تغییر اقلیم تغییرات کمی و زمانی داشته باشد، به این صورت که رواناب سالانه کاهش یافته و اوج هیدروگراف از ماه ینجم به ماه چهارم منتقل می شود. مطالعه سیستم مخزن زولا در این پایان نامه نشان می دهد در شرایط توسعه گرچه مخزن قادر به تامین نیاز شرب و زیست محیطی است اما تامین نیاز کشاورزی با کمبود مواجه خواهد شد که نیاز به سازگاری با تغییر اقلیم و تغییر الگوی کشت یا روش های آبیاری در حوضه آبریز دارد.

از جمله مدل های ریز مقیاس نمایی متداول می توان به مدل lars-wg و sdsm اشاره نمود. مدل lars-wg یکی از مشهورترین الگوهای مولد داده های تصادفی وضع هوا است که برای ایجاد سناریوهای اقلیم روزانه در یک ایستگاه خاص برای تولید مقادیر بارش، دما و تابش خورشیدی روزانه تحت شرایط اقلیم پایه و آینده به کار می رود. مدل sdsm به علت توانایی تولید دوباره شاخص های آماری گوناگون داده های مشاهداتی در نتایج ریز مقیاس شده خود با سطح اطمینان 95%، در این تحقیق جهت ریز مقیاس نمایی مورد استفاده قرار گرفته است. اخیراً مدل مارکف پنهان جهت ریز مقیاس نمایی پارامترهای اقلیمی مورد توجه قرار گرفته و در حال حاضر به سرعت در حال گسترش دامنه کاربرد آن می باشد. دو دلیل مهم در خصوص گسترش دامنه کاربرد این مدل وجود دارد: اول اینکه این مدل از لحاظ ساختار ریاضی بسیار قدرتمند بوده و به همین دلیل مبانی نظری بسیاری از کاربردها را شکل داده است، دوم اینکه اگر این مدل به صورت مناسبی ایجاد شود، می تواند برای کاربردهای بسیاری مورد استفاده قرار گیرد. مدل مارکف پنهان از جمله روش هایی است که به کمک خواص آماری پدیده مورد نظر مدل سازی را انجام می دهد و فرض اصلی در آن، این است که پدیده را به شکل یک فرآیند تصادفی پارامتری مدل سازی کند. با توجه به تاثیر محسوس تغییر اقلیم بر منابع آب، تحقیق حاضر بر روی حوضه صوفی چای، به عنوان یکی از مهمترین منابع تامین آب شهرستان مراغه انجام گرفته است. برای این منظور، با استفاده از داده های مشاهداتی بارش منطقه در دوره پایه و به کمک نوسانات اقلیمی حاصل از مدل های گردش عمومی hadcm3 و cgcm3.1 تحت سناریوی انتشار a2 به بررسی میزان تغییرات بارش در دوره آینده نسبت به دوره پایه پرداخته شده و در نهایت اثر تغییرات به وجود آمده بر روی رواناب حوضه با استفاده از روش های رگرسیون خطی و برنامه ریزی بیان ژن محاسبه و برای دوره های مختلف مورد مقایسه قرار گرفت. طبق نتایج حاصل از این تحقیق شرایط اقلیمی حوضه صوفی چای در سال های آتی تفاوت محسوسی با شرایط فعلی خواهد داشت و برنامه ریزی های بلند مدت و استراتژیک برای مدیریت این شرایط ضروری به نظر می رسد.

در این پایان نامه هسته اصلی مباحث بر روی بهره گیری از هوش مصنوعی به ویژه الگوریتم های تکاملی همانند برنامه نویسی ژنتیکی، به عنوان نسل جدید مدل های جعبه سیاه با در نظر گرفتن خصوصیات ژئومورفولوژیکی حوضه آبریز برای مدلسازی بارش-رواناب متمرکز گردیده است. در این راستا از ابزارهایی همچون آنالیز موجک و منطق فازی برای در نظر گرفتن تاثیرات مقیاس های زمانی در سطوح مختلف و عدم قطعیت های موجود در پدیده استفاده شده است. حاصل این رویه ایجاد مدل هایی ترکیبی بوده که در قیاس با مدل های یگانه از ویژگی های مناسبتری برخوردار می باشند. از این دیدگاه چهار دسته مدل ترکیبی شامل مدل های هوش مصنوعی موجکی، مدل های هوش مصنوعی بهینه، مدل های هوش مصنوعی ژئومورفولوژیکی و مدل های هوش مصنوعی زمانی- مکانی یکپارچه طراحی گردیده و با سناریوهای مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. رهیافت این نوع مدلسازی ترکیبی، فرمول های ژنتیکی و یا شبکه های آموزش یافته ای خواهد بود که بر پایه روش داده کاوی زمانی و مکانی حوضه استوار می باشند. نتایج بدست آمده از پژوهش، بیانگر آن است که مدل های ترکیبی چهارگانه به ترتیب توانایی مناسبی در آنالیز چند مقیاسه سری زمانی، بهینه یابی ساختار مدل های هوش مصنوعی با شناسایی متغیرهای تاثیرگذار در مدل، رصد نمودن نقش داده های هیدرولوژیکی و ژئومورفولوژیکی در فرآیند مدلسازی و ارائه یک مدل جامع یکپارچه که برای نقاط مختلف حوضه قابل کاربرد باشد را دارا هستند. همچنین مدل های ترکیبی طراحی شده، توانسته اند کارایی و دقت مدلسازی بارش- رواناب را تا حد مطلوب و چشمگیری افزایش دهند.

با توجه به لرزه خیزی مناطق مختلف ایران و برای جلوگیری از ایجاد خسارات سنگین و جبران ناپذیر، بخصوص درمکانهایی که سازه های حساسی در آنجا ساخته شده یا ساخته خواهد شد، لازم است برآورد مناسب و دقیقی از بار های لرزه ای وارده روی سازه ها انجام شود واثرات عوامل مختلف تاثیر گذار مورد ارزیابی قرار گیرد. یکی از این عوامل، تشدید امواج لرزه ای رسیده به سطح زمین ناشی از اثرات ساختگاهی می باشد که از مدتها قبل مورد توجه محققان قرار گرفته است. تفرق امواج لرزه ای باعث ایجاد شتابهای لرزه ای مختلف در نقاط گوناگون با مصالح نرم وسخت خواهد شد، که این مسئله می تواند روی جابه جایی های ایجاد شده ناشی از زمین لرزه در سطح زمین تاثیر گذار باشد. استفاده از روش المان مرزی برای محیط های نامحدود به دلیل آنکه گسسته سازی فقط در مرز حوزه انجام می گیرد باعث می شود تا حجم مدل سازی و محاسبات لازم به شدت کاهش یابد، بسیار مناسب است. بنابراین در این مطالعه از روش المان مرزی سه بعدی استفاده شده است. پارامترهایی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته اند: عبارتند از شکل ناهمواری، لایه بندی، ضخامت هرلایه، خواص مکانیکی مصالح (جرم حجمی ، ضریب پواسون، مدول برشی )، فرکانس تحریک، نوع و زاویه برخورد موج. برای انجام این تحقیق کد کامپوتری به زبان فرترن با استفاده از روش المان مرزی سه بعدی توسعه یافته و مورد صحت سنجی قرار گرفته است. مطالعات انجام شده در این تحقیق نشان می دهد که لایه بندی ساختگاه از عوامل موثر برتشدید امواج لرزه ای رسیده به سطح زمین می باشد. علاوه براین ضخامت لایه بندی، زاویه برخورد، فرکانس امواج و همچنین مشخصات مصالح تشکیل دهنده ساختگاه اثرات قابل توجهی روی تشدید جابجایی های ایجاد شده در اثر زلزله دارد که می تواند روی سازه های ساخته شده در این مکانها تاثیر گذار باشد. بنابراین باید در طراحی این سازه ها اثرات تمام عوامل موثر به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد.

آبشستگی موضعی یکی از مهم ترین پارامترهای کلیدی در ایجاد ناپایداری و گسیختگی در سازه هایی نظیر پل ها، اسکله ها و دیگر سازه های مشابه بشمار می رود. به دلیل پیچیدگی مکانیزم آبشستگی پایه پل ها، این موضوع به عنوان یکی از مهم ترین زمینه های تحقیقی در میان پژوهشگران شناخته شده است که بیشتر این تحقیقات بصورت تجربی و در آزمایشگاه انجام یافته است. کثرت این پژوهش ها اهمیت بسیار زیاد این موضوع را نشان می دهد. نظر به اهمیت پدیده آبشستگی در پایداری پل ها، روش های متعددی جهت کنترل این پدیده معرفی شده است. در سال های اخیر تاثیر توام برخی از ابزار ها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نتایج این تحقیقات، استفاده از یک ابزار کنترل کننده فرسایش بستر در بسیاری از موارد کافی بنظر نمی رسد. از سویی دیگر، ترکیب ابزارهای مختلف نیز همواره نمی-تواند منجربه حصول نتایج بهتری نسبت به استفاده منفرد از این ابزارها گردد. لذا در پژوهش حاضر چهار ابزار سکو، مقطع هندسی پایه، شکاف و شیب جانبی پایه، بصورت منفرد و نیز بصورت ترکیبی با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته اند. در انتخاب این روش ها سعی بر آن بوده است تا تاثیر دو پارامتر ایجاد کننده آبشستگی، (1) جریان رو به پایین و تشکیل گردابه های نعل اسبی، (2) جدایش جریان و تشکیل گردابه های برخاستگی، بر آغاز و گسترش عمق آبشستگی به دو صورت عددی و تجربی تعیین گردد. ترکیبات مورد بررسی نیز بگونه ای انتخاب گردیده اند که هر روش بتواند یکی از عوامل ایجاد کننده فرسایش بستر را حذف نماید. این ترکیبات شامل موارد زیر می باشند: (1) پایه استوانه ای با سکو (ارتفاع-های مختلف برای سکو بررسی گردیده است) (2) مدل پایه پل با مقاطع هندسی مختلف (دایره ای، مستطیلی گرد گوشه، بیضی و عدسی) (3) ترکیب سکو با مقاطع هندسی مستطیل گوشه گرد، بیضی و عدسی (4) ترکیب سکو، مقطع هندسی پایه و شکاف میانی (5) ترکیب سکو، مقطع دایره ای و جفت شکاف کناری در سه موقعیت قرار گیری مختلف (6) سکو، مقطع هندسی دایره ای و شیب جانبی (سه شیب مختلف مورد بررسی قرار گرفته است) (7) ترکیب سکو، مقطع هندسی دایره ای، شیب جانبی و شکاف میانی. در گروه اول با بررسی چهار ارتفاع 5، 6، 7 و 8 سانتیمتر برای سکو، سکوی 6 سانتیمتری با کاهش 46 درصد عمق فرسایش موثرترین روش بوده است. در پایه¬های گروه دوم مدل عدسی شکل با کاهش 60 درصد عمق فرسایش بهتر از سایر مدل¬ها بوده است. در گروه سوم ترکیب مقطع هندسی با سکو، موجب کاهش 64 درصدی آبشستگی در پایه عدسی شکل شده ولی در مقاطع مستطیلی گرد گوشه و بیضی تشدید آبشستگی را به همراه داشته است. در گروه چهارم، ایجاد شکاف در پایه مستطیلی گرد گوشه قابل توجه بوده لیکن در سایر مدل¬ها تاثیری نداشته است. در پایه¬های با شکاف کناری، در مقطع دایره¬ای گرفتگی زود رس شکاف، کارایی آن را از بین برده است اما در مقطع مستطیلی گرد گوشه 43 درصد کاهش آبشستگی مشاهده شده است. در مدل¬سازی عددی با فلوئنت، سه مدل آشفتگیstandard ،rsm و les مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این راستا منحنی¬های سرعت، تراز سطح آب، گردابه¬های پیرامون پایه و نیز توزیع تنش¬های برشی مورد مقایسه قرار گرفتند. همچنین تنش¬های برشی بی بعد شده در اطراف مدل پایه¬های مستطیلی گرد گوشه، عدسی و بیضی مورد مقایسه قرار گرفته است. مدل¬سازی¬های انجام گرفته تاثیر مثبت مقطع عرضی عدسی در کاهش میزان تنش¬های برشی بحرانی و نیز کوچک¬تر شدن این نواحی را نشان دادند. میزان درصد کاهش تنش برشی بستر در این مقطع برابر 43 درصد نسبت به پایه دایره¬ای ساده می¬باشد. شکاف نیز نقش حفاظتی موثری در کاهش تنش¬های برشی بستر داشته و در تمامی مقاطع موجب کاهش مقدار آن گردیده است.

پیش بینی بار معلق رسوبی به دلیل اثرات آن روی شاخص های کیفی آب، تقلیل گنجایش مخازن و تغییر در مورفولوژی رودخانه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا ارائه ی راهکارهای نوین جهت برآورد دقیق بار جامد یک رودخانه نقش مهمی در پیشبرد صحیح مطالعات مهندسی رودخانه و مدیریت صحیح یک حوزه ی آبریز خواهد داشت. به دلیل تأثیر پارامترهای مختلف بر انتقال رسوبات در رودخانه تعیین معادلات حاکم بر آن مشکل بوده و مدلهای کلاسیک ریاضی نیز در این راستا از دقت کافی برخوردار نیستند. در این پایان نامه از روش ماشین بردار پشتیبان (svm)به عنوان روش هوشمند و نیز روش برنامه ریزی بیان ژن به عنوان یک روش تکاملی برای تخمین بار معلق رسوبی یک رودخانه طبیعی در سه ایستگاه هیدرومتریک متوالی استفاده شده است و امکان ارتباط بین ایستگاهها مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور از داده های هیدرولیکی یک رودخانه و بار جامد معلق اندازه گیری شده که از مراجع معتبر اخذ گردیده، برای تشکیل مدلهای ورودی استفاده شده است. مدلهای ورودی، مدلهای متعددی متشکل از دبی جریان و رسوب روزهای قبل می باشد که با استفاده از برنامه ریزی بیان ژن مدل برتر و ورودی های برتر شناسایی شده است. سپس از پیش بینی های برنامه ریزی ژنتیک به عنوان داده های برتر در سیستم svm استفاده شده و با ارزیابی نتایج، بهترین مدل انتخاب شده و در نهایت با مقایسه ی نتایج روشهای svm و gep کارایی آنها در برآورد بار معلق رسوبی بررسی می شود.

اهمیت مسائل اقتصادی در کارهای مهندسی و طراحی به حدی است که باید در طرح ها و اجرای عملیات ساخت و بهره برداری، مساله هزینه مورد توجه خاص قرار گیرد. به همین منظور محققین همواره به دنبال ایجاد روشهای متعدد بهینه سازی در طراحی و بهره برداری شبکه های آبرسانی بوده اند تا بتوانند راه حل بهینه ای را برای اینگونه مسائل ارائه دهند.در این تحقیق برای ایجاد مدل شبکه آبرسانی شهر سیه چشمه و بهینه سازی آن از الگوریتم ژنتیک طراحی شده در نرم افزار watergems که در سه حالت مختلف مورد بررسی قرار می گیرد، استفاده شده است. که شامل بهینه سازی با استفاده از لوله های پلی اتیلن با سایز و مشخصات موجود در بازار ، بهینه سازی با استفاده از لوله های آزبست سیمانی و پلی اتیلن مشابه وضعیت موجود و همچنین بهینه سازی با استفاده از لوله های g.r.p می باشد. که بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک در حالت اول حدود 68/24 درصد کاهش ، حالت دوم حدود 66/20 درصد کاهش و حالت سوم حدود 83 درصد افزایش در هزینه های اجرایی طرح را باعث گردید.

با توجه به افزایش روزافزون جمعیت و در نتیجه افزایش استفاده از منابع آبی، داشتن برنامه ریزی مصرف آب ضروری به نظر می رسد. رواناب حاصل از بارش یکی از مواردیست که می تواند در جهت رفع کمبود آب موثر واقع شود. برای محاسبه رواناب در این تحقیق از روش scs و جهت استخراج نقشه شماره منحنی از نرم افزار gis استفاده شده است.

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.

پدیده خشکسالی یکی از بلایای طبیعی می باشد که احتمال وقوع آن در تمام مناطق اقلیمی امکان پذیر است و در هر منطقه ای که روی می دهد، باعث ایجاد آسیب های جدی در محیط زیست و زندگی انسان ها می شود. بنابراین پیش بینی این پدیده مضر، می تواند تاثیر قابل توجهی در کنترل و مدیریت منابع آب داشته باشد و آثار مخرب آن را تا حد امکان کاهش دهد. برای انجام این منظور، ابتدا با استفاده از شاخص بارندگی استاندارد شده چند متغیره (mspi)، مشخصه های خشکسالی در حوضه آبریز لیقوان چای بدست می آید و سپس از شبکه های عصبی مصنوعی (ann) جهت پیش بینی شاخص فوق استفاده می گردد. در ادامه جهت آموزش شبکه های عصبی مصنوعی و تخمین بهینه وزن های آن، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (pso) بکار برده شده و عملکرد آن با الگوریتم پس انتشار خطا (bp) مورد مقایسه و ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت نتایج حاصل، برتری مدل ann-pso را نسبت به مدل ann-bp نشان می دهد.