با توجه به رشد روزافزون مصرف آب، مدیریت توام عرضه و تقاضا نیاز به توجه بیشتری دارد. راهبردی که در برنامه توسعه چهارم (ماده 17 بند الف) به صراحت به آن پرداخته شده است. این مهم، هدف اصلی این رساله است که سد زاینده رود و شبکه های کشاورزی پائین-دست آن را منطقه مطالعاتی قرار داده است. بدین منظور ابتدا مدل بهینه سازی تخصیص آب برای بخش تقاضا در سه لایه، شامل تخصیص بین شبکه ای، محصولات درون هر شبکه و مراحل مختلف رشد آنها انجام گرفت. جهت ارزیابی آن نیز، رویکرد بهینه سازی فوق برای خشکسالی 78-1377 اجرا و با رودیکرد سنتی در این حوضه تحت عنوان ونش بندی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که اعمال این در تخصیص آب می تواند درآمد شبکه ها را تا 42 درصد نسبت به سنتی بالا ببرد. اما، با توجه به توابع هدف در مرحله قبل جواب بهینه سراسری حاصل نشد و مدلسازی بخش قبل بصورت دو لایه و با استفاده از روشهای الگوریتم های تکاملی ga و pso انجام شد. نتایج نشان داد که هیچ یک از روشها نتوانستند به جواب سراسری برسند، ولی در رسیدن به بهترین جواب موضعی، nlp بهترین عملکرد را داشته است. بعد از قسمت تقاضا، مدلسازی برای بخش عرضه با استفاده از قوانین محدود کننده (hedging)با هدف حداکثر کردن درآمد و حداقل کردن خسارات خشکسالی، در دو حالت ثابت و متغیر صورت گرفت. در ادامه نیز با قاعده بهره برداری استاندارد مقایسه شد. بهره برداری طولانی مدت از مخزن با استفاده از قوانین محدود کننده و نیاز متغیر نشان داد که این رویکرد می تواند نقش موثری در کاهش مدت زمان مواجهه با کم آبی، شدت و خسارات آن داشته باشد. اجرای مدلهای ساخته شده در قسمتهای قبل برای مدیریت عرضه و تقاضا، مستلزم پیش بینی سالانه جریان ورودی به مخزن می بود که پس از بررسی روش های مختلف، مدل knn بطور مطلوب تری عمل نمود. مجموع روش شناسی فوق منتها به سه روش برای نحوه تصمیم گیری در تعیین حقابه بخش کشاورزی و در ابتدای فصل بهره برداری گردید که می تواند جهت مدیریت سیستم های منابع آب در شرایط خشکسالی مورد استفاده قرار گیرد.

پراکنش مکانی اقدامات مدیریت آبخیز تأثیر مهمی بر خصوصیات هیدرولوژیک حوضه دارد. از طرف دیگر ارزیابی اثر سناریوهای مختلف مدیریتی بر مهم ترین مولفه های خروجی حوضه با توجه به محدودیت ها و مسائل اقتصادی پیش نیاز انتخاب الگوی مکانی اقدامات آبخیزداری برای منطقه است. از این رو پژوهش حاضر در آبخیز سدطالقان در استان البرز با مساحت 940 کیلومترمربع به منظور تحلیل اثر الگوی مکانی اجرای سناریوهای مختلف مدیریت آبخیز، بر مشخصات جریان و حجم آب در مخزن سدطالقان انجام پذیرفت. در این راستا الگوهای مکانی مختلف اجرای اقدامات آبخیزداری با استفاده از روش بهینه سازی و مبتنی بر سناریو ایجاد و مقایسه شدند. نتایج ارزیابی سناریوها و الگوهای مکانی ایجاد شده در هر دو روش مورد استفاده، نشان دهنده اهمیت مراتع ضعیف و دیم زارهای کم بازده و پرشیب در مهار رواناب سطحی بود به گونه ای که اجرای سناریوهای آبخیزداری در این مناطق، دارای حداقل هزینه و حداکثر کارایی در واحد سطح بوده است. در نهایت با توجه به تغییر بیلان آبی بعد از اجرای اقدامات مدیریت آبخیز، اثر هر یک از سناریوها بر تأمین نیاز آبی از مخزن مدنظر قرار گرفت. نتایج نشان داد با وجود تأمین نیازهای آبی قبل و بعد از سناریوهای آبخیزداری، اجرای سناریوها در تمامی الگوهای مکانی ایجاد شده اثر کاهشی بر ورود آب به مخزن سدطالقان داشته است.

بهینه سازی بهره برداری از منابع آب و تعیین تخصیص های بخش کشاورزی به عنوان مصرف کننده اصلی در ابتدای دوره بهره برداری بخصوص در شرایط مواجهه با کم آبی و خشکسالی از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این میان منطق فازی به عنوان تکنیکی محاسباتی برگرفته از نحوه استدلال انسان، در مسائل گوناگونی مدیریت منابع آب از جمله تخصیص و پیش بینی حجم آورد رودخانه، بسیار بکار گرفته شده است. در این تحقیق تلاش گردید تا مدلی فازی برای تخصیص آب بخش کشاورزی حوزه زاینده رود و حجم آورد ورودی به این سد توسعه یابد. برای این منظور مدلی بهینه سازی چهار لایه منتج از مقدسی (1388) تهیه گردید و خروجی این مدل (حجم آب رها شده از سد زاینده رود برای بخش کشاورزی) به عنوان متغیر خروجی مدل فازی تخصیص در نظر گرفته شد. از طرفی یکی از مشکلات عمده در مدل سازی های فازی، ساخت توابع عضویت و استخراج قوانین می باشد. بدین منظور با استفاده از روش های خودکار، توابع عضویت و قواعد فازی جهت تعیین خروجی مخزن سد زاینده رود برای بخش کشاورزی مورد ارزیابی قرار گیرد. ازاینرو روش sofm (self organizing feature maps) برای ساخت توابع عضویت و روش های fam (fuzzy feature maps) و bfrt (bootstrap fuzzy relevance test) برای ساخت قواعد فازی بکار گرفته شد. نتایج نشان داد که طبقه بندی متغیرهای ورودی و خروجی با استفاده از روش sofm راهکاری مناسب برای تعریف توابع عضویت فازی است. روش های bfrt و fam نیز، هر چند قوانین قابل قبولی را تولید می کنند و در کاهش زمان نقش موثری دارند، ولی لازم است قوانین تولید شده از دیدگاه کارشناسی بررسی و سپس مورد استفاده قرار گیرند. همچنین یکی از مهمترین اطلاعات مورد نیاز برای برنامه ریزی تخصیص آب کشاورزی، پیش بینی های بلند می باشد که با عدم قطعیت قابل توجهی همراه است. این تحقیق تلاش دارد تا روش شناسی را ارائه دهد که بررسی های اقتصادی و عدم قطعیت های پیش بینی بطور سیستماتیکی در تصمیم گیری دخالت داده شود. برای این منظور مدل های بهینه سازی تخصیص آب کشاورزی، مدل فازی مخزن و پیش بینی بکارگرفته شد. نتایج این بخش نشان داد که روش شناسی ارائه شده توانسته ملاحظات اقتصادی و تا حدی اجتماعی را با رویکرد مناسبی مد نظر قرار داده و در آن، تامل بخش فنی و مدیریتی منابع آب به خوبی فراهم و در نهایت بهترین تصمیم را توصیه نماید.