از آنجا که برآورد دقیق حجم رسوبات، مهم ترین عامل در ساماندهی رودخانه ها ، بهره برداری از منابع آب و تعیین عمر مفید سدها می باشد، لذا، استفاده از روش هائی با دقت و مناسب جهت محاسبه بار رسوب از مهم ترین اهداف پروژه های مرتبط با رسوب محسوب می شود. با توجه به این مسئله روش های هوشمند مصنوعی نظیر شبکه های عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک به عنوان گزینه هایی مناسب جهت حل مسائل مختلف (به خصوص پیچیده با دامنه تغییرات زیاد) پیشنهاد می شوند. شبکه های عصبی مصنوعی روشی هوشمند است که در آن یک سری از داده های ورودی و خروجی به شبکه معرفی شده و شبکه رابطه بین آنها را کشف کرده و از طریق آن با سعی و خطا بهترین ترکیب برای حل آن مسئله را به خود می گیرد.با توجه به ماهیت غیر خطی داده ها والگوریتم آموزش شبکه تعیین جواب های بهینه مشکل می باشدو در موارد زیادی در مینیمم های محلی گیر می افتند. الگوریتم ژنتیک نیز روشی هوشمند از بهینه سازی است که با الهام از ژنتکیک طبیعی و طبیعت فعالیت می کند ، که با استفاده از این روش بهینه سازی می توان از مشکل مذکور در شبکه های عصبی مصنوعی جلوگیری کرد. در این تحقیق از ترکیب توام شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک جهت برآورد بار معلق رسوبات رودخانه کارون حد فاصل ایستگاه ملاثانی تا ایستگاه اهواز استفاده شده است. از الگوریتم ژنتیک برای بخش آموزش شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده است که نتایج حاصل از آن با شبکه عصبی مصنوعی که با الگوریتم پس انتشار آموزش داده شده است، مقایسه گردید. در این تحقیق از پارامترهای بی بعد بعد عنوان ورودی به شبکه های عصبی مصنوعی استفاده گردیده است که جهت استخراج این پارامترهای بی بعد بعد از داده های اندازه گیری شده و نرم افزار mike 11 استفاده شده است ، که در نهایت 5 حالت مختلف جهت ورودی و خروجی به مدل تعیین گردید. از طرفی نتایج حاصل از این شبیه سازی برای هر 5 حالت مورد تحلیل و بررسی قرار داده شد و با روش های تجربی معروف و روش منحنی سنجه مقایسه گردید که نشان دهنده تاثیر چشمگیر استفاده از الگوریتم ژنتیک در کاهش خطا می باشد.و در نهایت رابطه ای بین موثرترین پارامترهای بی بعد در انتقال بار معلق رسوب رودخانه کارون( با میزان بار رسوب)بدست آمد.

رودخانه کارون به عنوان مهمترین و پرآبترین رودخانه ایران سهم مهمی در تامین آب شرب و کشاورزی استان خوزستان دارد به همین علت بررسی کیفیت آب این رودخانه امری اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. بدین علت این تحقیق به بررسی و تخمین شوری در رودخانه کارون ایران پرداخته است. مهمترین منبع شوری در رودخانه ها امواج جزر و مدی می باشد که در هنگام مد از دریا وارد می شوند و همراه با خود آب شور دریا را وارد رودخانه می کنند برای محاسبه شوری ماکزیمم ، ترکیب دبی حداقل در بالادست و مد حداکثر در پایین دست رودخانه به ازای دوره حاصلضرب بازگشت های مد حداکثر و دبی حداقل برابر با 100و50 و 25 و20 به کار برده شده است.برای ترکیب دبی و مد از روش تئوری احتمال توامان استفاده شده است و به دلیل تداوم بالای دبی مینیمم در فصل تابستان و احتمال بالای همزمانی آن با مد حداکثر ، ضریب ترکیب این دو پدیده برابر یک در نظرگرفته شده است. با استفاده از مدل mike 11 هیدرولیک جریان به دست آمد و سپس با گسسته سازی معادله پخش و انتقال و استفاده از یک مدل عددی محاسبه شوری ، مقدار شوری ماکزیمم به ازای دوره بازگشت های ذکر شده به دست آمد.یکی از نو آوری های تحقیق حاضر استفاده از ضریب پخشی است که خصوصیات رودخانه های جزر و مدی را در معادله انتقال و پخش دخالت می دهد. در مرحله آخر نرم افزار شبکه عصبی با داده های مشاهداتی شوری اندازه گیری شده در رودخانه آموزش داده شد و دقت نتایج حاصل از مدل عددی در سه حالت مختلف با شبکه عصبی سنجیده شد وروابطی برای محاسبه شوری بر اساس دوره بازگشت مد و دبی و مقادیر آن ها و فاصله مقاطع از ایستگاه اهواز ارائه شد .قابل ذکر است که از الگوریتم پس انتشار خطا درساختار شبکه عصبی استفاده شد.

روندیابی سیل در رودخانه از اهمیت ویژه ای در مهندسی آب برخوردار است. روش های متداول روندیابی سیل بویژه در رودخانه های شاخه ای و رودخانه های با حوضه میانی فاقد آمار، روش های هیدرولیکی می باشند، این موضوع بدلیل دقت بالای این روش ها در مقایسه با روش های هیدرولوژیکی است. همچنین روش های هیدرولیکی جهت تعیین اطلاعات مربوط به مقاطع رودخانه و شیب بستر در بازه های مختلف مسیر جریان، به انجام عملیات نقشه برداری مفصل نیاز دارند، که این امر مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی می باشد. از طرف دیگر، روش های هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام بسیار ساده بوده و به اطلاعات کمتری نیاز دارد. بنابراین روش های هیدرولوژیکی قابلیت بکارگیری در سیستم های رودخانه ای پیچیده را ندارند. در این پایان نامه، روش هیدرولوژیکی مبتنی بر روش ماسکینگام خطی پیشنهاد شده است که تعیین پارامترهای مجهول آن با بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک انجام می شود. بر اساس مدل ریاضی پیشنهادی، برنامه کامپیوتری تهیه شده است که قادر به انجام محاسبات روندیابی سیل با دقت بالا برای رودخانه های پیچیده و بدون اطلاعات کامل آبسنجی در حالت های زیر می باشد: 1) رودخانه های چند شاخه ای 2) رودخانه های شاخه ای با حوضه میانی فاقد آمار هیدروگراف های جریان خروجی محاسباتی حاصل از نتایج بهینه یابی با هیدروگراف های جریان خروجی مشاهداتی مورد مقایسه قرار گرفت، مقادیر عددی ضریب همبستگی و مقایسه منحنی های هیدروگراف خروجی نشان می دهد که پارامترهای ماسکینگام بهینه یابی شده با استفاده از مدل های پیشنهادی در دوره سیلاب اتفاق افتاده با دقت قابل قبولی قادر به روندیابی هیدروگراف جریان خروجی در سایر دوره های سیلابی می باشد.

با توجه به هزینه بالای پروژه های تهیه و توزیع آب، ضرورت و اهمیت طراحی اقتصادی و بهینه نمودن اینگونه شبکه ها به گونه ای که بتوان با صرف حداقل هزینه ها، کلیه محدودیت های مورد نظر در شبکه را ارضا نمود کاملاً روشن و آشکار بوده، از طرفی کارهای انجام شده قبلی در این زمینه هر کدام دارای مشکلات و نواقص خاص خود می باشد، لذا در این تحقیق جهت طراحی بهینه سیستم های شاخه ای تحت فشار روش برنامه ریزی خطی مختلط ارائه گردید. تابع هدف که باید کمینه گردد، شامل هزینه های خرید لوله ها و کارگذاری آنها در شبکه، تأسیسات ایجاد فشار و بهره-برداری سالانه می باشد. محدودیت های هیدرولیکی حاکم بر شبکه از قبیل محدودیت های سرعت در لوله ها و فشار در گره ها در بهینه-سازی شبکه اعمال گردیدند. علاوه بر موارد فوق، یکی از عوامل مخرب که گاهاً منجر به وقوع خسارت و تخریب یک سیستم انتقال و توزیع می شود، پدیده ضربه قوچ در خطوط لوله می باشد، لذا بررسی پدیده ضربه قوچ تحت عنوان یک محدودیت به مدل اضافه گردید. داده های ورودی مورد استفاده در مدل بهینه سازی شامل اطلاعات آرایش لوله ها در شبکه، افت هیدرولیکی برای هر لوله به ازای قطرهای موجود در بازار، قیمت واحد طول هر قطر لوله و هزینه ایستگاه پمپاژ بوده و داده های خروجی از مدل قطرهای بهینه برای خطوط لوله، هد فشاری مورد نیاز در ابتدای سیستم و هزینه کلی شبکه می باشند. برای ارزیابی رفتار مدل از چند مساله طراحی استفاده شد. مقایسه نتایج طراحی بهینه بدست آمده از روش برنامه ریزی خطی مختلط با جواب های حاصل از سایر روش ها نظیر روش تحلیلی، روش برنامه ریزی خطی، روش عددی و غیره، دقت و رفتار مناسب مدل پیشنهادی را نشان داد. پس از بررسی و ارزیابی مدل در مقیاس کوچک، از آن برای طراحی بهینه خطوط اصلی و نیمه اصلی یک شبکه آبیاری و زهکشی واقعی استفاده گردید. در سناریوی اول بهینه سازی شبکه بدون در نظر گرفته پدیده ضربه قوچ یک کاهش 12 درصدی در هزینه های خرید را نشان داد. در سناریوی دوم بهینه سازی بر اساس جریانات میرا و لحاظ نمودن فشار مازاد ناشی از پدیده ضربه قوچ انجام گرفت، در این حالت نیز یک کاهش 9 درصدی در هزینه های خرید بدست آمد.

یکی از اهداف ساخت سدهای مخزنی ذخیره کردن آب توسط مخزن در فصول پر آبی و استفاده از آن در فصول کم آبی می باشد. برای طراحی یک سد و تعیین حجم مخزن و ارتفاع سد، اولین گام تعیین تراز نرمال سد است. هر چه تراز نرمال یک سد بالاتر باشد، حجم آب ذخیره شده در آن افزایش یافته و درآمدهای حاصله از ساخت سد افزایش می یابد. از طرف دیگر با افزایش تراز نرمال سد، ارتفاع سد هم افزایش یافته و هزینه های ساخت سد افزایش می یابد. بنابراین تعیین تراز نرمالی که در آن بیشترین نسبت سود به هزینه به دست می آید از اهمیت زیادی برخوردار است. از سوی دیگر هزینه احداث سیستم تخلیه سیلاب جزو هزینه های عمده احداث یک سد مخزنی است. هر چه طول سرریز بیشتر باشد، هزینه احداث سیستم تخلیه سیلاب بیشتر شده ولی ارتفاع سد کاهش یافته و هزینه احداث سد مخزنی کاهش می یابد و برعکس. از طرفی از آنجایی که در این پایان نامه تأثیر احداث خاکریزهای پایین دست نیز در نظر گرفته شده است با افزایش طول سرریز ارتفاع خاکریزهای پایین دست نیز افزایش یافته و به تبع آن هزینه احداث آن افزایش می یابد و برعکس. لذا با توجه به تأثیر مستقیم ساخت سرریز در هزینه احداث سد مخزنی و خاکریزهای پایین دست برای تعیین رقوم نرمال بهینه لازم است طول سرریز نیز به طور همزمان بهینه گردد. در این پایان نامه برای محاسبه تراز نرمال و طول سرریز سد مخزنی سنته واقع در استان کردستان یک مدل شبیه سازی با نام bc در محیط نرم افزار matlab تهیه شده است. در این مدل با در نظر گرفتن دو پارامتر تراز نرمال و طول سرریز طراحی های هیدرولیکی انجام شده و پس از ارزیابی های اقتصادی لازم نسبت درآمد به هزینه (b/c) ناشی از ساخت سد مخزنی محاسبه شده است. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک مدل شبیه سازی بهینه شده و رقوم نرمال و طول سرریز بهینه سد مخزنی سنته تعیین شده که مقادیر آن ها به ترتیب 1569/2 و 17/5 متر می باشد.

اهمیت روندیابی سیل در رودخانه به طور وسیعی در مهندسی آب شناخته شده است. اغلب کمبود اطلاعات صحرایی موجب عدم استفاده از معادلات سنت و نانت(روش های هیدرولیکی) جهت روندیابی سیل می شود. از این رو روش های هیدرولوژیکی همچون روش ماسکینگام به طور متداول مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین روش های هیدرولیکی به تهیه اطلاعات مقاطع رودخانه و شیب بستر در بازه های مختلف مسیر جریان نیاز دارند، که این امر مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی می باشد. از طرف دیگر، روش های هیدرولوژیکی مانند روش ماسکینگام بسیار ساده بوده و به اطلاعات کمتری نیاز دارد. اگرچه مدل خطی ماسکینگام به طور گسترده به کار می رود، اما در مواردی که جریان سیل وارد سیلابگاه می شود چون شرایط هندسی مقطع و در نتیجه پارامترهای ماسکینگام تغییر می کنند، مدل دو خطی ماسکینگام پیشنهاد می شود. در این پایان نامه، روش هیدرولوژیکی مبتنی بر روش ماسکینگام دوخطی پیشنهاد شده است که تعیین پارامترهای مجهول آن با استفاده از بهینه سازی غیر خطی انجام می شود. بر اساس مدل پیشنهادی برنامه کامپیوتری نوشته شده است که توانایی انجام محاسبات روندیابی سیل با دقت بالا تحت کالیبراسیون حداقل یک سری سیل همزمان اتفاق افتاده در رودخانه تک شاخه ای را دارد. علاوه برآن نتایج مدل پیشنهادی با مدل خطی مقایسه گردیده است. همچنین اطلاعات سیل های مورد نیاز از نرم افزار mike11بدست می آید. هیدروگراف های خروجی محاسباتی حاصل از نتایج بهینه یابی با هیدروگراف های خروجی بدست آمده ازmike11 مورد مقایسه قرار گرفت، نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی بیانگر دقت و همبستگی بالایی است.

روندیابی سیل در رودخانه ها از مقوله های بسیار مهم در مهندسی آب می باشد. روش های روندیابی سیل را می توان در قالب دو دسته کلی معرفی کرد: روش های هیدرولیکی و روش های هیدرولوژیکی. در مسائلی که حوضه میانی وجود داشته باشد روش های هیدرولوژیکی دیگر کاربردی نخواهند داشت زیرا که هیدروگراف حوضه میانی به طور کلی مجهول است. روش های هیدرولیکی در صورت وجود اطلاعات مورد نیاز تقریباً در کلیه شرایط آبراهه ها قابل استفاده هستند. تحقیقات کمی در این زمینه انجام شده است، و در آنها بیشتر از روش های تقریبی و سعی و خطا استفاده شده است. در پایان نامه حاضر روشی جدید و دقیق در جهت پیش بینی هیدرولیکی حوضه میانی در سیستم رودخانه ها ارائه شده است. این روش برپایه حل معکوس شکل گرفته و در آن با استفاده از مقادیر معلوم دبی در ایستگاه بالادست و پایین دست سیستم، مقادیر مجهول دبی حوضه میانی با بهینه یابی به دست می آید. در این پایانامه برای مدلسازی هیدرولیک جریان از مدل ریاضی mike11 استفاده شده و نیز به منظور بهینه یابی الگوریتم ژنتیک نرم افزار matlab بکار رفته است. تابع هدفی با فرض مجهول بودن حوضه میانی، به منظور حداقل سازی حاصل جمع مربعات اختلاف مقادیر مشاهداتی و محاسباتی دبی در نقطه شاهد (ایستگاه پایین دست) تشکیل می دهیم. در این الگوریتم مقادیر حاصل از بهینه سازی، مقادیر دبی حوضه میانی رودخانه خواهد بود. نتایج بدست آمده از انطباق بالای هیدروگراف های مشاهداتی و محاسباتی ایستگاه پل فلور با مقدار ضریب همبستگی 0.99 حاکی است، که این دقت بسیار زیاد روش ارائه شده در تخمین هیدروگراف حوضه میانی را نشان می دهد.

در سیستم های هیدرولیکی یکی از مهمترین مسائل تحلیل و بررسی جریان های غیر ماندگار می باشد. در اثر حاضر به بررسی ضربه قوچ که یکی از آثار جریان غیر ماندگار می باشد،می پردازیم.این پژو هش به بررسی پدیده ضربه قوچ به کمک سه روش خطوط مشخصه ،احجام محدود ،اجزای محدود می پردازد. در این بررسی روش هایی نظیر خطوط مشخصه ،شبکه جا به جا شده ،گالرکین، پتروف گالرکین بررسی می گردد.همچنین اثر حاضر به بررسی انواع سیستم های آبی نظیر سیستم ساده مخزن و شیر ،چند شاخه ای ،حلقه ای و مرکب می پردازد. هدف از طرح پژوهشی حاضر مقایسه نتایج روش های مذکور و انتخاب روشی با بهترین دقت از طریق مقایسه فشار و سرعت در نقاط مختلف یک سیستم آبی می باشد.پژوهش حاضر در چارچوب روش های فوق به ارائه الگوریتم در هر بخش می پردازد و پس از ارائه الگوریتم در هر سیستم شرایط مرزی متنوع را بررسی می کند، طوری که بتواند شرایط مرزی پیچیده را نیز پوشش دهد.پس از بررسی روش های مذکور و اعمال آنها بر روی سیستم های مختلف و مقایسه نتایج در این سیستم ها روش خطوط مشخصه را به عنوان روشی که دارای دقت بالا و سرعت مناسب در محاسبات و همچنین تسهیل در اعمال شرایط مرزی می باشد، انتخاب گردید.روش های عددی به کار رفته نظیر احجام محدود و اجزای محدود با داشتن الگوریتم پیچیده تر توانایی پایین تری نسبت به روش خطوط مشخصه در شبیه سازی مسائل را دارا می باشند. روش خطوط مشخصه با تسهیل در اصلاح شرایط مرزی و تنوع پذیری در استفاده از روش در شبکه های لوله های مجتمع یا پیچیده. ، به همراه استحکام و پایداری مناسب ، به عنوان مناسب ترین روش در حل مسائل هیدرولیک ناماندگار و ضربه قوچ می باشد.

روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، برای تعیین منابع احتمالی آلودگی آب های زیرزمینی به کار رفته است. مسائل ساده و مشکل منابع آلودگی چندگانه، بررسی شده است. مدل شبیه ساز جریان و انتقال جرم، به صورت خارجی با مدل بهینه ساز که بر پایه الگوریتم ژنتیک بوده، ارتباط داده شده اند. مدل شبیه ساز از مشخصات منابع احتمالی ارائه شده توسط الگوریتم ژنتیک استفاده کرده و مقادیر اندازه گیری غلظت در مکان چاه های مشاهداتی را شبیه سازی کرده است. این مقادیر اندازه گیری غلظت زمانی و مکانی، برای تعیین مقدار تابع هدف استفاده شده است. برتری این شیوه، ارتباط خارجی مدل عددی شبیه ساز جریان و مدل بهینه سازی می باشد. این شیوه امکان بررسی آبخوان های پیچیده را به همراه چندین منبع آلودگی احتمالی می دهد. عملکرد روش برای ترکیباتی از مشخصات منابع (موقعیّت، مقدار و دوره ی فعّالیّت)، شرایط دسترسی داده ها و خطای اندازه گیری غلظت ها ارزیابی شده است و برتری این روش در شرایط مساوی نسبت به سایر روش ها نشان داده شده است. مدل شبیه ساز بر اساس روش المان محدود بوده که توانایی مدل کردن آبخوان محصور یا غیرمحصور را دارد. همچنین این توانایی را دارد که محیط های اشباع غیرهمگن و غیرایزوتروپ با جریان ناپایدار را مدل کند. قسمت انتقال جرم آن می تواند آلاینده ی واکنش پذیر را هم مدل کند و ضرایب تأخیر و اضمحلال را اعمال کند. الگوریتم ژنتیک حقیقی در مدل بهینه ساز به کار رفته است. به دلیل آن که فضای تصمیم مسئله ی تعیین منبع به شدّت گسسته می باشد و امکان وجود حل های ناپایدار و نایکتا می باشد، از چند روش به طور همزمان در بعضی از مراحل ایجاد نسل جدید، استفاده شده است. برای پایداری و کاهش هزینه ی بهینه سازی، از تکنیک های پیشرفته ی ژنوتیپ دوگانه-عملگر غلبه و تئوری موقعیّت و گونه بهره برده شده است. ژنوتیپ دوگانه با به خاطر سپردن اطّلاعات بیشتری از حل های احتمالی، به پایداری آن ها کمک می کند و ناپیوستگی ها را بهتر پوشش می دهد. تئوری موقعیّت و گونه از همگرایی زودرس جلوگیری کرده و باعث جستجوی گسترده تری در فضای تصمیم تابع می شود. توابع هدفی که معیار سنجش حل ها بوده، شامل مربّع تفاضل غلظت های مشاهداتی و محاسباتی بوده است.