در مطالعات طرحهای کنترل و مدیریت سیلاب، عموماً برآورد حداکثر بارش محتمل که به دو روش آماری و سینوپتیکی صورت می گیرد، بسیار حایز اهمیت می باشد. هدف از این تحقیق مقایسه برآورد حداکثر بارش محتمل به دو روش آماری (هرشفیلد) و سینوپتیکی است. بدین منظور 5 حوزه از حوزه های آبریز کشور با 25 زیر حوزه که مطالعات pmp سینوپتیکی آنها در دسترس بود، انتخاب گردیده و محاسبات pmp آماری آنها به صورت نقطه ای انجام پذیرفته است. با استفاده از روش درونیابی ساده خطی، مقادیر pmp آماری سطحی 25 زیرحوزه مورد مطالعه بدست آمده و با مقادیر متناظر در مطالعات pmp سینوپتیکی مقایسه شده است. نتایج این مقایسه نشان می دهد که در تمامی موارد، روش آماری هرشفیلد دارای تخمین های بسیار بالایی نسبت به روش سینوپتیکی است. بنابراین به منظور تعدیل مقادیر pmp آماری بدست آمده، دلایل احتمالی ایجاد خطا در برآورد به روش آماری هرشفیلد مد نظر قرار گرفته است. در گام اول و به منظور آزمون این فرضیه که آیا این اختلاف فاحش می تواند ناشی از نوع روش درون یابی مورد استفاده در محاسبه مقادیر pmp باشد، از روشهای مختلف درون یابی نظیر کریجینگ، معکوس فاصله وزنی، تابع بر مبنای شعاع، همسایگی طبیعی و مثلث بندی با درون یابی ساده خطی برای محاسبه pmp آماری سطحی استفاده شد. نتایج حاصل، بهبود قابل ملاحظه ای را در کاهش خطای روش آماری نشان نمی دهد. بنابراین نتیجه گیری شد که این اختلاف نمی تواند ریشه در نوع روش درون یابی مورد استفاده داشته باشد. در گام دوم، برای هر یک از زیرحوزه های مورد بررسی، یک ایستگاه معرف انتخاب و با اعمال ضریب تعدیل سطح در مقدار pmp آماری آن، مقدار pmp آماری سطحی حوزه ها بدست آمده و با مقادیر متناظر در مطالعات pmp سینوپتیکی مقایسه گردید، نتایج نشان می دهد که این روش باعث بهبود تخمین pmp آماری سطحی به روش آماری هرشفیلد می گردد. این روش در واقع پیشنهاد یک فرایند منطقی جهت تعمیم مفهوم مقادیر pmp آماری، که ذاتاً مقادیر نقطه ای می باشند، به برآوردهای منطقه ای از pmp است. نهایتاً در گام سوم، با انتخاب یک طوفان حدی برای هر یک از حوزه های آبریز، رابطه ای میان نسبت pmp آماری به pmp سینوپتیکی با فاصله از مرکز طوفان بدست آمده است. مقادیر pmp آماری حاصل از اعمال رابطه مذکور، بسیار نزدیک به مقادیر pmp سینوپتیکی ارایه شده در مطالعات می باشد. این مطلب نشان دهنده امکان اصلاح و بهبود روش آماری هرشفیلد با اعمال ناهمزمانی وقوع pmp در ایستگاههای منطقه مورد مطالعه است.

بهینه سازی طراحی و بهره برداری از سدهای برقابی از منظر منابع آب و با اعمال کنترل روی معیار اعتمادپذیری تولید بده انرژی می تواند یک مساله پیچیده و بسیار دشوار به لحاظ نوع مدل بهینه سازی حاصل و فرمول بندی آن باشد. در این پایان نامه مساله بهینه سازی طراحی و بهره برداری از سدهای برقابی با احتساب قید اعتماد پذیری تولید انرژی برقابی با استفاده از الگوریتم های هوش جمعی (pso) و روشهای کلاسیک برنامه ریزی ریاضی مورد نظر قرار گرفته است. همچنین طراحی بهینه سیستم در شرایط استفاده از انواع سیاستها و قوانین بهره برداری شامل قانون بهره برداری استاندارد برقابی، قوانین رگرسیون پارامتریک و قوانین بهره برداری فازی پارامتریک مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. در قوانین بهره برداری فازی، پارامترهای شکل توابع عضویت در بخش فرض و پارامترهای بخش تالی یا نتیجه از قوانین فوق در قالب سیستمهای استنباط فازی از نوع سوگنو (sugeno) متغیرهای تصمیم بهره برداری مدل بهینه سازی می باشند. فرمولبندی مدلهای بهینه سازی فوق ازنوع مدلهای برنامه ریزی غیر خطی غیر محدب (nlp) می باشد که در شرایط اعمال کنترل بر روی قید اعتمادپذیری تولید انرژی برقابی متغیرهای دو مقداره نیز به ساختار مدلها اضافه شده و مدلهای از نوع برنامه ریزی غیر خطی غیر محدب با متغیرهای مختلط (minlp) نتیجه خواهد شد. حل این مدلهای بهینه سازی که در زمره مسایل np-hard در بهینهٍٍٍ سازی می باشد، توسط روشهای کلاسیک برنامه ریزی ریاضی و الگوریتم فراکاوشی pso مورد توجه قرار گرفته است. در روشهای برنامه ریزی ریاضی از ترکیب الگوریتم شمارشی شاخه و حد (branch & bound) و الگوریتم برنامه ریزی خطی متوالی (slp) برای حل مسایل غیرخطی پیوسته در نرم افزار lingo 10 استفاده شده است. در روش حل با استفاده از pso نیز این الگوریتم بهینه سازی با روش شبیه سازی متوالی جریان همراه با احتساب قید اعتماد پذیری تلفیق شده است. در این روش متغیر های طراحی شامل رقوم نرمال، رقوم حداقل بهره برداری و ظرفیت نیروگاه و متغیرهای بهره برداری شامل جریانهای ماهانه خروجی از مخزن و یا پارامتر های قوانین بهره برداری معرف جریانهای خروجی فوق توسط الگوریتم pso تولید و تکامل می یابند. با معلوم بودن مقادیر متغیرهای فوق، مدل شبیه ساز بهره برداری از مخزن برقابی با احتساب قید اعتماد پذیری در تولید انرژی برقابی اجرا شده و تابع هدف یا فرمولبندی الگوریتم بهینه سازی ارزیابی می شود. در این مطالعه تابع هدف مدل بهینه سازی، حداکثرسازی سود خالص حاصل از طراحی و بهره برداری از سیستم سد و مخزن در طول عمر مفید سیستم است. مدلهای فوق در طراحی و بهره برداری بهینه سیستم مخزن و نیروگاه سد بختیاری به کار گرفته و با هم مقایسه شده اند. نتایج حاصل از مدلهای توسعه یافته شامل 2 جنبه اصلی است. جنبه اول مربوط به مقایسه 2 نوع روش حل مدلهای minlp برقابی، یعنی روش ترکیبی pso با مدول شبیه ساز و روش ترکیبی شاخه و حد و slp و جنبه دوم مربوط به مقایسه انواع سیاستهای بهره برداری برقابی می باشد. در جنبه اول ملاحظه شد که مطابق انتظار الگوریتم فراکاوشی pso در مقایسه با روشهای برنامه ریزی ریاضی کلاسیک از توفیق بیشتری در حل مدل minlp حاصل با ماهیت ترکیباتی (combinatorial) برخوردار بوده است. علیرغم آن در حالت خاص اعتماد پذیری 100% که ساختار مدل به یک مدل nlp غیر محدب با نقاط بهینه موضعی متعدد تقلیل می یابد، روشهای برنامه ریزی ریاضی کلاسیک بهتر از pso عمل می نماید. در جنبه دوم ملاحظه شد که در شرایطی که کمبودهای تولید انرژی برقابی به صورت خطی جریمه شوند، قوانین بهره برداری استاندارد برقابی بهتر از قوانین پارامتریک خطی و فازی عمل میٍکنند. در مقابل در شرایطی که مدل نسبت به کمبودهای بزرگتر حساس شود، قوانین بهره برداری فازی عملکرد بهتری دارند.

هدف از این تحقیق بهینه سازی بهره برداری از مخازن سدها به منظور تولید انرژی برقابی می باشد. به طوری که با لحاظ نمودن عوامل اقتصادی و قیمت بازار انرژی برق، سود به دست آمده در طی دوره بهره برداری بیشینه گردد. در این راستا و به منظور دست یابی به سود واقعی، با فرض ایجاد بازارهای رقابتی، نیاز به آگاهی از مولفه های تشکیل دهنده بازار انرژی می باشد. از جمله مهمترین این مولفه ها، آگاهی از نحوه و شدت واکنش مصرف کننده به تغییرات قیمت انرژی می باشد. بنابراین جهت دست یافتن به رابطه ای که منطبق بر رفتار مصرف کننده ایرانی در برابر میزان عرضه و همچنین تغییرات قیمت باشد کشش تابع تقاضای انرژی برق با روشهای مختلف تعیین گردید. مطابق انتظار، کشش تابع تقاضای انرژی برق مقدار بسیار کمی بدست آمد، که حاکی از کم کشش بودن این کالا نزد مصرف کننده در جامعه ایران می باشد.

برنامه ریزی تخصیص منابع آب در سطح حوضه آبریز به دلیل تعدد اجزاء و ارتباطات آنها یک مسأله با پیچیدگی بالا محسوب می شود. مدلهای شبیه سازی با توجه به توانایی در تحلیل سیستمهای با قیود و روابط غیرخطی می تواند برای حل این مسأله مورد استفاده واقع شود. از طرف دیگر به منظور در نظرگیری توأم جنبه های فیزیکی، هیدرولوژیکی و قانونی تخصیص آب و هماهنگ سازی بهره برداری از اجزاء مختلف سیستم و یا بهینه سازی طراحی پروژه های جدید در حوضه مدلهای بهینه سازی می توانند مفید واقع شوند. بنابراین هدف استفاده توأم از مدلهای شبیه سازی و بهینه سازی، به طوریکه مدل شبیه ساز نمایش واقعی تر از سیستم فیزیکی و طبیعی را ارایه دهد، می تواند در مدلسازی ریاضی سیستم منابع آب در سطح حوضه پیگیری شود. در این پایان نامه به منظور حل مسأله طراحی، بهره برداری و تخصیص بهینه منابع آب در سطح حوضه آبریز یک مدل بهینه سازی - شبیه سازی، با تلفیق مدل modsim (مدل شبکه جریان با قابلیت شبیه سازی اجزای مختلف منابع آبی در حوضه رودخانه) به عنوان مدل شبیه ساز و الگوریتم ژنتیک (ga) به عنوان مدل بهینه ساز، توسعه یافته است. سیستم بالادست حوضه سیروان به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. این سیستم مشتمل بر 9 سد مخزنی شامل سدهای گاران، گردلان، آزاد، شویشه، پلنگان، قشلاق، ژاوه، سلیمانشاه، گاوشان و سیستم نیازهای پایین دست سدها و حوضه های مجاور می باشد. متغیرهای طراحی شامل ظرفیت مخازن سدهای ژاوه، گردلان و پلنگان و همچنین ظرفیت سیستمهای انتقال آب به حوضه های مجاور مشتمل بر انتقال آب به قروه- دهگلان، روانسر و کرخه می باشد. متغیرهای بهره برداری نیز شامل اولویت ذخیره یا رهاسازی آب مخازن حوضه است که مدل بهینه سازی شبکه جریان یک زمانه (single period) و در نتیجه مکانیسم تخصیص منابع آب بین انواع مصارف را در modsim کنترل می نماید. تغییر متغیرهای مذکور درmodsim 8.1 با استفاده از کد نویسی با زبان برنامه نویسی vb.net در محیطcustom code editor در modsim و یا مستقیمأ در نرم افزار matlab صورت می گیرد. قابلیت modsim در شبیه سازی عملکرد سیستم و در نهایت ارزیابی متغیرهای طراحی و بهره برداری با در نظرگیری تابع هدف مدل می باشد. تابع هدف مدل بهینه سازی ga، که هر بار ارزیابی آن با اجرای مدلmodsim انجام می شود، میزان سود خالص عملکرد سیستم است که شامل تفاوت هزینه ساخت سدها و اجزای سیستم انتقال آب و مقادیر سود حاصل از تأمین نیازهای شرب و کشاورزی می باشد. همچنین برای بهبود قابلیت ga در افزایش احتمال نیل مدل به جواب نزدیک به بهینه سراسری از تکنیک کشش تابع استفاده شده است. کاربرد مدل ریاضی شبیه سازی- بهینه سازی توسعه یافته در برنامه ریزی تخصیص منابع آب حوضه بالادست سیروان بیانگر قابلیت مطلوب مدل به عنوان یک ابزار موثر در برنامه ریزی و تعیین سیمای توسعه طرحهای ذخیره و انتقال آب حوضه ای و بین حوضه ای است.

در این تحقیق پارامتر سطح اعتمادپذیری تامین تقاض، عدم قطعیت در سری آبدهی رودخانه و تغییر سیاست بهره برداری بر شاخصهای طراحی و عملکرد یک مخزن برقابی تحلیل و بررسی می شود. بدین منظور در ابتدا با استفاده از روش روندیابی متوالی جریان یک مدل شبیه سازی عملکرد مخزن بر مبنای اعتمادپذیری rbs برای تعیین پتانسیل تولیدی انرژی یک سد برقابی با شاخصهای طراحی معلوم نظیر رقوم نرمال مخزن و ظرفیت نصب شده نیروگاه به عنوان مدل مبنای تحلیل توسعه می یابد. روند تکراری استفاده از این مدل شبیه سازی می تواند منجر به تعیین شاخصهای طراحی طرح نظیر ظرفیت نصب شده نیروگاه، هد و دبی طراحی در رقومهای نرمال مختلف مخزن گردد. به منظور ارزیابی نقش عدم قطعیت در سری آبدهی رودخانه بر شاخصهای طراحی یک مخزن برقابی اقدام به ساخت سریهای متعدد مصنوعا تولید شده از جریان رودخانه گردید. بدین منظرو از یک مدل سری زمانی خودهمبسته میانگین متحرک (arma) استفاده شد. در نهایت به منظور ارزیابی نقش بهینه سازی سیاست بهره برداری از مخزن بر شاخصهای طراحی یک طرح برقابی اقدام به توسعه یک مدل بهینه سازی از نوع dp گردید.

بهینه سازی طراحی و بهره برداری از سدهای برقابی از منظر منابع آب می تواند یک مساله پیچیده به لحاظ نوع مدل بهینه سازی حاصل و فرمول بندی آن باشد. که علت آن ریشه در وجود توابع غیر خطی و غیر محدب در کنار متغیرهای گسسته یا دو مقداره دارد. مشکلات فوق نهایتا منجر به تبدیل مساله به یک مساله بهینه سازی غیر محدب با متغیرهای مخلوط (minlp) می گردد. که از انواع مسایل پیچیده و مشکل برای حل توسط روشهای کلاسیک بهینه سازی غیر خطی است از طرف دیگر استفاده از روشهای بر مبنای جستجوی تصادفی مبتنی بر الگوریتمهای تکاملی در حل اینگونه مدلها امیدوار کننده بوده است. در این پایان نامه مساله بهینه سازی طراحی و بهره برداری از سدهای برقابی با استفاده از الگوریتم های هوش جمعی (pso) مورد نظر قرار گرفته است. در این راستا مساله در 2 حالت بهینه سازی طراحی در شرایط استفاده از سیاست بهره برداری معلوم و بهینه سازی توام طراحی و بهره برداری مورد مطالعه قرار گرفته است در حالت اول 2 نوع مدل بهینه سازی بر مبنای الگوریتم pso توسعه یافته است. که در مدل اول متغیرهای ارتفاع نرمال و رقوم حداقل بهره برداری سد به عنوان متغیرهای مدل pso ومتغیر ظرفیت نیروگاه در درون مدل pso و از طریق یک الگوریتم جستجوی تکراری بهینه سازی می شوند. در حالت دوم نیز متغیرهای ارتفاع نرمال سد، رقوم حداقل بهره برداری و ظرفیت نیروگاه به عنوان متغیرهای طراحی و متغیرهای جریان خروجی از مخزن در هر دوره زمانی به عنوان متغیرهای بهره برداری بصورت توام بهینه سازی می شوند در رویکرد اول از مدل توام طراحی و بهره برداری، شرایط بهره برداری در قالب قوانین بهره برداری جریان خروجی از مخزن بصورت توابع فصل خطی از متغیرهای حجم ذخیره و جریان ورودی و در رویکرد دوم مستقیما خود متغیرهای جریان خروجی متغیرهای تصمیم مدل pso در نظر گرفته شده است. نتایج مدلهای طراحی بهینه و طراحی و بهره برداری بهینه توام در مطالعه موردی سد بختیاری و در سطح اعتمادپذیری 90./. از تولید بده انرژی قابل استحصال (انرژی مطمین) حکایت از نزدیکی بسیار زیاد جوابهای 2 مدل و به عبارتی عدم تأثیر ملاحظه در بهینه سازی متغیرهای بهره برداری دارد.

امروزه با توجه به افزایش روزافزون نیاز آبی، کنترل و استفاده بهینه از آبهای سطحی، از پارامترهای مهم و ضروری می باشد.برای نیل به این هدف، نیاز به ساخت سدهای متعدد و پیایی به منظور استفاده بهینه از آب موجود، بیشتر از گذشته احساس می شود. بنابراین باید با استفاده از روشها و مدلهای مختلف موجود، هزینه ساخت این گونه سدها و سازه های وابسته از جمله هزینه سیستم انحراف را کاهش داد. در گذشته به دلیل وجود تعداد سدهای کمی که به صورت متوالی قرار داشتند اثر این گونه سدها در برآورد هزینه بهینه اجزا سد پایین دست، منظور نمی گردید با توجه به ساخت سدهای جدید در پایین دست سدهای موجود، اثر عملکرد سدهای بالادست بر ابعاد اجزا سد پایین دست مانند سیستم انحراف، سرریز و غیره اهمیت فوق العاده ای پیدا نمود.در کار تحقیقاتی انجام شده، سعی شده است برای سرریزهای دریچه دار، منحنی های فرمان تهیه شود این کار با تعیین ترازهایی به عنوان ترازهای کنترلی، صورت گرفته است. همچنین برای بهبود عملکرد و کارایی دریچه سرریز سد بالادست با استفاده از سیستم استنباط فازی-عصبی تطبیقی و دبی های تاریخی ایستگاههای بالادست مخزن موجود، مدل پیش بینی تهیه گردیده، تا بتوان قبل از رسیدن سیلاب به مخزن شروع به تخلیه و پیش رهاسازی مخزن نمود. این کار موجب می شود تا سیلاب در زمان طولانی تری از مخزن عبور نموده و در نتیجه یپک آن کاهش یابد. در ادامه با توجه عملکرد مدل دریچه و میزان کاهش پیک سیلاب خروجی از مخزن بالادست، در برابر سیل های مختلف در دو حالت با و بدون پیش تخلیه مخزن، سیستم انحراف بهینه شده است. در این بهینه سازی به دلیل تغییر پیک سیلاب و افزایش دوره بازگشت سیلاب ها در این حالت نسبت به سیل های طبیعی حوزه، هزینه سیستم انحراف در تمام دبی های طراحی از جمله دبی متناظر با نقطه بهینه دو دوحالت با و بدون پیش بینی کمتر شده و دوره بازگشت سیلاب بهینه نیز کاهش می یابد.

تخمین بار آلاینده بهینه در جریان رودخانه به معنای تعیین سطح حدف آلاینده در مجموعه ای از منابع آلاینده منابع نقطه ای در سیستم های رودخانه ای در یک محیط احتمالاتی مورد بررسی قرار می گیرد در ابتدا حل مساله بهینه سازی در حالت قطعی بررسی شده است در این مدل تابع هدف به صورت حداکثر نمودن مجموع تخلیه آلاینده و کمبود اکسیژن محلول در نقاط تخلیه کننده متغیرهای تصمیم تعریف شده و محدودیت های متضمن رعایت استاندارد های کیفی در نقاط کنترل در هر بازه با استفاده از معادله روندیابی استریتر-فلیس برای تعیین غلظت اکسیژن محلول و اکسیژن خواهی بیوشیمایی در طول رودخانه لحاظ شد است همچنین محدودیت های متضمن رعایت عدالت بین تخلیه کننده های مختلف در نظر گرفته شده است مدل حاصل مدلی بهینه سازی با توابع خطی بر حسب متغیرهای تصمیم است که با استفاده از برنامه ریزی خطی lp حل شده است در ادامه مساله فوق با در نظر گرفتن عدم قطعیت در پارامترهای مدل مورد بررسی قرار گرفته است. در نظر گرغتن عدم قطعیت در مدل موجب می شود که سطح اعتماد پذیری متناظر با هر میزان تخلیه مشخص شود و به تصمیم گیرندگان اجازه داده شود که درصد اعتمادپذیری یامیزان ریسک متناظر باهر تصمیم را بدانند در این مدل عدم قطعیت در پارامترهای مدل روندیابی کیفی اکسیژن محلول رودخانه یعنی ضرایب اکسیژن خواهی و هوادهی سرعت متوسط جریان غلظت اولیه آلاینده و کبود اکسیژن محلول اولیه از طریق فرمولبندی مساله در قالب مدل بهینه سازی لحاظ شده است با احتساب عدم قطعیت در پارامترهای مذکور با توجه به اینکه ضرایب تکنولوژیک مدل lp توابعی از این پارامترهامی باشند این ضرایب نیز متغیرهای تصادفی بوده و در نتیجه مدل lp به یک مدل با محدودیت شانسی chance constraints تبدیل می شود. با فرض توزیع های احتمالاتی مختلف برای پارامترهای تصادفی و با توجه به غیر خطی بودن تابع ضرایب تکنولوژیک مدل lpبر حسب پارامترهای تصادفی مذکور مشخصات آماری میانگین و واریانس ضرایب تکنولوژیک در محدودیت های مدل با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو محاسبه گردیده است. سپس معادل قطعی مدل بهینه سازی احتمالاتی مذکور با سطح اعتماد پذیری مختلف محاسبه شده است مدل حاصل یک مدل غیر خطی بر حسب متغیرهای تصمیم بوده ودر برخورد با جملات غیر خطی و به منظور حل مدل از تکنیک برنامه ریزی خطی تکراری استافده شده است مساله در دو حالت استقلال و همبستگی بین ضرایب تکنولوژیک و جایگزینی ماتریس واریانس ضرایب تکنولوژیک در حالت مستل و ماتریس کوواریانس آنها در حالت همبسته در معادل قطعی مدل بررسی و حل شده است . در ادامه بین پارامترهای تصادفی ضریب هوادهی و سرعت متوسط جریان یک همبستگی مثبت در نظر گرفته شد مساله اصلی در این حالت بدست آوردن خواص آماری ضرایب تکنولوژیک مدل lp با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو و بامتغیرهای همبسته و توزیع غیر نرمال می باشد که خود یک مساله پیچیده آماری است در این پایان نامه از مفهومی به نام کاپولا برای برخورد با این موضوع استفاده شده است کوپولاها توابعی هستند که کاربرد عمده آنها در شبیه سازی مونت کارلو متغیرهای تصادفی همبسته با انواع توزیع های کناری marginal و ساختارهای همبستگی مختلف است انواع مختلفی از خانوده های کاپولا موجود است که دو خانواده از آنها در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است کاپولاها بیضوی گوسی و t و کاپولاهای ارشمیدسی فرانک ? کلایتون و گامبل به عبارت دیگر همبستگی بین متغیرهای تصادفی ضریب هوادهی و سرعت متوسط جریان از طریق اعمال ضریب همبستگی و انتخاب انواع کاپولا با توزیع های کناری مختلف در سطوح اعتمادپذیری لحاظ شدده است. همبستگی مکانی متغیرهای تصادفی که برای هر بازه متفاوت می باشند نیز مورد بررسی قرار گرفته است

در ارزیابی عملکرد مخازن در جهت اهداف کنترل سیلاب، بررسی هیدروگرافهای جریان در نقاط مشخص شده در پایین دست مخازن به نام نقاط کنترل، پر اهمیت است، به نحوی که با تنظیم هیدروگراف جریان در این نقاط می توان به اهداف موثری در زمینه کنترل خسارات ناشی از سیلاب دست یافت. تنظیم هیدروگرافهای جریان، مستلزم بررسی مداوم چگونگی بهره برداری از سیستم رودخانه مخزن بالادست و پیشبرد مساله به سمت بهره برداری بهینه از سیستم، جهت اعمال کنترل روی این هیدروگرافهاست. بنابراین استفاده متوالی از یک مدل شبیه ساز بهره برداری از مخازن در زمان سیلاب وحرت در راستای بهبود آن با کمک به الگوریتم بهینه ساز، می تواند ایده مناسبی جهت کاهش خسارت سیلاب در نقاط آسیب باشد. در این تحقیق از طریق اتصال مدل شبیه ساز hec-5 با الگوریتم بهینه سازی فراکاوشی pso و رفت و برگشت مداوم نتایج بین این دو ماجول در قالب یک مدل واحد، ابزاری کارآمد جهت اهداف بهینه سازی کنترل سیلاب به کمک سدها فراهم آمده است. این ارتباط از طریق برنامه نوشته شده در محیط نرم افزار matlab و فراخوانی متوالی hec-5 از آن برقرار شده است. در این مدل جهت سهولت، تابع هدف، کمینه سازی دبی پیک سیلاب در نقاط کنترل در پایین دست، در نظر گرفته شده است. در این مدل جهت سهولت، تابع هدف، کمینه سازی دبی پیک سیلاب در نقاط کنترل در پایین دست، در نظر گرفته شده است. در مراحل توسعه مدل pso-hec5 ، در ابتدا مدل به کمک یک سیستم تک محزنه ارزیابی شده و با مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از اعمال قواعد بهره برداری شبیه ساز hec-5 (کاهش در حدود 15? در پیک سیلاب تنظیم شده در پایین دست)، صحت عملکرد مدل مورد سنجش قرار گرفته است. سپس با اعمال آن در بخشی از سیستم مخازن سری رودخانه کارون به عنوان یک مطالعه موردی واقعی، عملکرد مدل مزبور در بهره برداری از سیستمهای دو مخزنه و سه مخزنه مورد بررسی قرار گرفته است. بر این اساس با کاربرد مدل تلفیقی pso-hec5 در سیستم دو مخزنه سدهای کارون 3 و کارون 1، پیک سیلاب در پایین دست در حدود 21? تقلیل یافت. همچنین با مقایسه شرایط بهره برداری از سیستم با اضافه شدن سد گتوند در سیستم سه مخزنه، پیک سیلاب تنظیم شده به میزان 49? نسبت به جواب مدل تلفیقی pso-hec5 در سیستم دو مخزنه کاهش یافت. نتایج حاصل کاهش چشمگیر پیک سیلاب تنظیم شده در مناطق پایین دست سیستم سدها را نشان داده و نتایج منثبت استفاده از مدل در بهره برداری بهینه از سیستم سدهای زنجیره ای را جهت کاهش خسارات ناشی از سیلاب نمایان می سازد.

مسأله مدیریت توأم بهره برداری از یک سیستم مخزن-مزرعه، به عنوان عنصر مهم و پایه در سامانه های منابع آب در دو بخش عرضه و تقاضای آب، محور اصلی این پژوهش است. این مهم مستلزم حل همزمان دو زیرمسأله الف) بهره برداری از مخزن آب سطحی، تنیده شده با عدم قطعیت در آورد رودخانه و پیش بینی آن، و ب) تخصیص زمانی (بین دوره های رشد) و مکانی (بین محصولات) آب، در معرض عدم قطعیت در نیاز آبی (تبخیر و تعرق) می باشد. بدین منظور طیف متنوعی از روش های تحلیل سیستم مبتنی بر برنامه ریزی پویای معین (dp) و احتمالاتی (sdp) در این پژوهش به کار گرفته شده است. توسعه این روش ها در قالب دو بسته اصلی از مدل های بهینه سازی در ترکیب با مدل های شبیه سازی انجام گرفته است و در گذر پیاده سازی و کاربرد در سیستم رودخانه-مخزن- مزرعه زاینده رود ارزیابی، صحت سنجی و مقایسه شده اند. در بسته اول عملکرد انواع برنامه های قطعی و احتمالاتی پویا شامل dp، sdp با دسته بندی متغیرهای حالت (sdp/class) و sdp با نمونه گیری (ssdp) مبتنی بر سناریوهای جریان (ssdp/hist) در شرایط نیاز ثابت کشاورزی مقایسه شده اند. شبیه سازی سیاست های بهره برداری منتج از این مدل ها بر برتری نسبی مدل ssdp/hist، به عنوان مدل منتخب، علیرغم بار محاسباتی بیشتر، بر دیگر مدل ها از منظر شاخص های کارایی سیستم دلالت داشته است. در این رابطه استفاده موثر از تکنیک های برنامه نویسی برداری توانسته است بار محاسباتی و زمان اجرای این مدل ها، خصوصاً ssdp، را کاهش دهد. در ادامه ترکیب پیش بینی های تجمعی آورد رودخانه مبتنی بر شبکه های عصبی مصنوعی (ann) و مدل ssdp/hist عملکرد سیاست های بهینه بهره برداری را بهبود داده است. همچنین با تدوین سیاست های بهره برداری بهینه زمان واقعی از مخزن، مبتنی بر پیش بینی های خوشه بندی شده گروهی جریان (esp) همراه با رویکرد تطبیقی و بهنگام سازی پیش بینی ها، معیار اعتمادپذیری زمانی تأمین نیازهای پایین دست و نیز میانگین شبیه سازی شده تابع هدف حدود 8 درصد ارتقاء یافت. در بسته دوم و با احتساب نیاز متغیر کشاورزی، مدل سازی یکپارچه سیستم مخزن - مزرعه با دو رویکرد احتمالاتی و قطعی و با حل همزمان زیرمسأله های تخصیص بهینه زمانی و مکانی منابع آب و زمین بین محصولات مختلف و مراحل رشد مد نظر قرار گرفته است. در رویکرد احتمالاتی و با تلفیق انواع مدل های sdp، dp وsdp-minlp، مدل یکپارچه بهره برداری بهینه از سیستم مخزن - مزرعه با احتساب عدم قطعیت های جریان ورودی و تبخیر و تعرق گیاهی به ترتیب در سطوح مخزن و مزرعه توسعه یافته است. در این ارتباط و در حل زیرمسأله تخصیص زمانی آب بین مراحل رشد هر محصول تحت شرایط عدم قطعیت در تبخیر و تعرق، یک مدل sdp برای تعیین عملکرد محصولات ارایه شده است، که در آن با استفاده از یک متغیر حالت اضافی، قید محدودیت آب موجود در ابتدای فصل رشد منظور می شود. زیرمسأله تخصیص مکانی آب و زمین بین محصولات مختلف در یک سال نیز توسط مدل های dp و nlp حل شده است. در نهایت خروجی این زیر مدل وسط مدل sdp-minlp به کار گرفته شده است. در بخش بهینه-سازی قطعی، حل فرمول بندی غیرخطی و نامحدب سیستم یکپارچه مخزن - مزرعه با استفاده از الگوریتم ژنتیک (ga) مد نظر قرار گرفته است. سپس سیاست های حاصل از مدل های احتمالاتی و قطعی (ga) با استفاده از یک مدل شبیه-سازی ارزیابی و مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده از مدل dp صرفه جویی 49 درصدی مصرف آب، نسبت به رویکرد سنتی ونش بندی، مبتنی بر استفاده از توابع عملکرد بهینه محصولات برای خشکسالی سال 78-1377 را نتیجه داده است. همچنین مقدار تابع هدف منتج از استفاده از سیاست های dp، 90 درصد افزایش سود فروش محصولات را نسبت به رویکرد سنتی نشان می دهد. مدل sdp-minlp در مقایسه با مدل ga سطح زیر کشت بیشتر و در مقابل، عمق آبیاری کمتری را به محصولات مختلف اختصاص داده است. این پاسخ در تطابق بیشتر با ملاحظات کم آبیاری در شبکه های کشاورزی زاینده رود به خصوص در مواقع خشکسالی است. همچنین محصول تولیدی و سود حاصل از آن برای مدل sdp-minlp به ترتیب 1/1 و 7/1 برابر مقادیر فوق در مدل ga بوده است.

سعی ما در این رساله بیان نحوه بکارگیری مدل الاستوپلاستیک و بررسی نتایج آن در رابطه با تحکیم خاکهای غیراشباع می باشد. در مکانیک خاک و مهندسی پی، توجه به معادلات رفتاری از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. این توجه به این واقعیت برمی گردد، که بدون در دست داشتن چنین معادلاتی امکان تحلیل مسائل مختلف مهندسی ممکن نخواهد بود. جهت تحلیل و سپس طراحی و اجرای مناسب ابنیه خاکی، و یا سازه های به نوعی مرتبط با خاک ، تحلیل تنشها و تغییر شکلها در مراحل مختلف از بارگذاری و نیز محاسبه بارهای گسیختگی، بعضا از ضروریات خواهد بود. در گذشته، بیشتر موارد پایداری ابنیه با در نظر گرفتن یک ضریب اطمینان مناسب که از نتیجه ساخت سازه های قبلی به صورت نسبتا تجربی بدست می آمد، کنترل می شد، بدون اینکه توجهی دقیق به تحلیل تغییر شکلها و تنشهای درونی سازه و اثرات آن بشود. سدهای خاکی است ، که توجه به مسائل مختلف از قبیل بالارفتن فشار منفذی در حین ساخت ، تغییر شکلها و تنشها در اولین آبگیری، پائین آمدن سریع سطح آب در مخزن و یا مسائل زلزله، ضروری خواهد بود. و این مهم برآورده نمی گردد، مگر اینکه بتوان برآوردی مناسب از مقادیر تنش و کرنش و و افزایش فشار منفذی در هسته آن در حین ساخت سد در موارد فوق الذکر داشت . از طرفی بدون استفاده از معادلاعت رفتاری، یافتن مولفه های مختلف تانسورتنش و یا کرنش ممکن نمی باشد. امروزه با وجود رایانه های الکترونیکی و تکنیکهای حل عددی، حل معادلات پیچیده ریاضی ممکن گردیده است و می توان اثرات فازهای مختلف موجود در مصالح از جمله خاک و نیز تاثیرات متقابل آنها را برهم مدل کرد. یعنی براساس قوانین مکانیک محیطهای پیوسته معادلات تعادل و رفتاری فازهای مختلف را نوشته و آنها را بطور همزمان با استفاده از تکنیکهای کننده مدل، حتی الامکان بهتر است کمتر بوده و با آزمایشها و مخارج معمول و دقت کافی قابل اندازه گیری باشند. این مسئله خود شامل بررسی حساسیت پاسخ مدل به تغییر پارامترهای آن می باشد تا بتوان تخمینی از خطای حاصل در نتایج مدل، ناشی از اشتباه در تعیین پارامترهای آن فراهم آورد.