مدل سازی یکی از ضروریات مدیریت و برنامه ریزی برای منابع و مصارف آب حوضه آبریز است و ضرایب جریان برگشتی از پارامترهای مهم در مدل سازی و شبیه سازی این منابع می باشند. همچنین برای محاسبات بیلان آبی هر حوضه دانستن ضرایب جریان برگشتی اهمیت زیادی دارد. به دلیل اینکه این پارامترها به طور مستقیم قابل اندازه گیری نیستند، استفاده از تکنیک کالیبراسیون بهترین راه تخمین آنها می باشد. هدف از این پایان نامه بهینه سازی ضرایب جریان برگشتی مصارف مختلف در مدل شبیه ساز حوضه آبریز modsim به کمک الگوریتم ژنتیک (ga) است. ضرایب جریان برگشتی و همچنین سهم آب سطحی و آب زیرزمینی از این جریان های برگشتی، از پارامترهای مدل modsim می باشند و به کمک تکنیک کالیبراسیون بهترین مقدار آنها تخمین زده شده است. modsim یک مدل شبیه ساز مدیریت حوضه آبریز اولویت - پایه است. همچنین از الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات (pso) برای کنترل و مقایسه مقدار نهایی تابع هدف بدست آمده توسط ga استفاده شده است. تابع هدف، تابع جذر میانگین مربع خطا (rmse) می باشد و از دو بخش تشکیل شده است. این دو بخش شامل rmse جریان سطحی و rmse تراز آبخوان است. هدف بهینه سازی، حداقل کردن ترکیب rmse مقادیر جریان سطحی مشاهداتی و محاسباتی در خروجی حوضه و rmse مقادیر مشاهداتی و محاسباتی تراز آبخوان می باشد. این دو بخش به کمک روش تجمیع توابع از طریق ضرایب وزنی به یک تابع هدف تبدیل شده اند. در این تحقیق ga و pso با مدل modsim تلفیق شده و یک مدل یکپارچه حاصل شده است. این کار به کمک قابلیت سفارشی سازی modsim و با نوشتن کد الگوریتم های مذکور به زبان vb.net در درون مدل انجام شده است. جنبه دیگر کار انجام شده در این پایان نامه کالیبره کردن هیدروگراف جریان سطحی و هیدروگراف آبخوان به طور همزمان است. همچنین پارامترهای مدل، یعنی ضرایب جریان برگشتی، بر خلاف بسیاری از پارامترهای کالیبره شده در مطالعات دیگر، پارامترهایی واقعی هستند که مفهوم فیزیکی دارند و مختص مدل modsim نیستند. کالیبراسیون برای سه مطالعه موردی مختلف واقع در غرب ایران انجام شد؛ زیرحوضه شیان، حوضه قشلاق و حوضه بالادست سیروان. نتایج نشان می دهد که مقدار نهایی تابع هدف بدست آمده توسط ga تقریباً با مقدار بدست آمده توسط pso برابر است. اختلاف pso و ga در کالیبراسیون و صحت سنجی هیدروگراف جریان سطحی و آبخوان بسیار ناچیز می باشد. مقادیر بدست آمده برای ضرایب جریان برگشتی مقادیر قابل قبول و با معنی هستند. اگر داده های مشاهداتی مربوط به هیدروگراف مشاهداتی جریان سطحی و هیدروگراف مشاهداتی آبخوان برای یک حوضه آبریز در دسترس باشد، ga مقادیر مناسبی را برای ضرایب برگشتی جریان محاسبه می کند. همچنین مقادیر جریان های ورودی به حوضه و تولیدی در درون آن و جریان ورودی به آبخوان حوضه در نتایج کالیبراسیون اثر دارد. اگر این مقادیر ورودی اختلاف زیادی با مقادیر نیازها داشته باشند، باعث پایین آمدن حساسیت مدل نسبت به ضرایب می شود و درجه آزادی الگوریتم بهینه ساز را کاهش می دهد.

امروزه با توجه به کمبود منابع آب و کاهش شدید سطح آب های زیرزمینی، لزوم مدیریت آب های سطحی بیش از پیش مشهود است. دراین راستا مدل سازی تخصیص نیازهای آبی و انتخاب سناریوی مطلوب راه حل مناسبی جهت مدیریت منابع آب سطحی می باشد. روش های متعددی جهت بهینه سازی تخصیص از مخازن وجود دارد که هر یک از آن ها سیستم منابع آب را با فرضیات مختلف و به روش هایی متفاوت شبیه سازی نموده و دارای نقاط ضعف و قوت متفاوتی هستند. در این تحقیق عملکرد مدل آبدهی-ذخیره (yield-storage) که در آن قابلیت لحاظ نمودن اولویت تخصیص به نیازهای آبی مختلف نیز گنجانده شده است و مدل ترکیبی pso-modsim که از تلفیق مدل مبتنی بر برنامه ریزی شبکه جریان modsim و الگوریتم بهینه سازی pso ساخته شده است، مورد مقایسه قرار گرفته است. در این راستا، سه سناریوی کلی برای گام های زمانی بهینه-سازی مشتمل بر درنظرگیری یک تخصیص ثابت بهینه در کل دوره شبیه سازی، تخصیص بهینه سالیانه (12 ماهه) ثابت در کل دوره شبیه سازی و تخصیص بهینه ماهیانه متغیر در کل دوره شبیه سازی برای هر دو مدل در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از اجرای دو مدل بر روی تخصیص در سیستم چند مخزنه چند منظوره لتیان و ماملو بعنوان مطالعه موردی حاکی از مطلوبیت قابل قبول نتایج مدل آبدهی-ذخیره توسعه داده شده با توجه به سرعت بالای اجرای این مدل است.

افزایش روز افزون نیاز به منابع آب برای تأمین مقاصد مختلف، مسئله دست یابی به آب شیرین را با مشکلات و محدودیتهای فراوانی روبرو کرده است. این مسئله در داخل کشور به دلیل عدم همخوانی توزیع مکانی منابع آب محدود و نقاط دارای سطح تقاضای آبی بالا، به صورت جدی تری مطرح می باشد. در این میان انتقال بین حوضه ای آب به عنوان راهکاری برای حل مشکل کمبود آب از دیرباز مطرح بوده است. وجود معیارهای مختلف و محدودیت منابع مالی، مطالعه این طرح ها را بسیار دشوار نموده است. در این تحقیق طراحی مطلوب ابعاد یک سیستم انتقال بین حوضه ای آب با درنظرگیری معیارهای تصمیم گیری در حوضه های آبریز مبدا و مقصد در قالب مطالعه موردی طرح انتقال آب بهشت آباد از حوضه بالادست کارون به حوضه آبریز گاوخونی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، با استفاده از مدل برنامه ریزی منابع آب در سطح حوضه آبریز modsim عملکرد سیستم ذخیره و انتقال آب بهشت آباد در حوضه های آبریز مبدأ و مقصد در قالب 6 سناریوی ممکن شبیه سازی شده است. سپس با استفاده از مدل های تصمیم گیری چند معیاره و تئوری فازی، سناریوی مطلوب برای انتقال آب بهشت آباد انتخاب و بدین ترتیب توجیه پذیری و حجم آب قابل انتقال در این طرح مشخص شده است. همچنین در ادامه، با استفاده از قابلیتهای مدل modsim و با درونگذاری الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات (particle swarm optimization) در محیط custom coding نرم افزار، تعیین ابعاد بهینه سیستم انتقال آب بهشت آباد با استفاده از مدل توسعه داده شده شبیه سازی- بهینه سازی pso-modsim پیگیری شده است. نتایج به دست آمده از رویکرد بهینه سازی همخوانی مناسبی با نتایج مدل های تصمیم گیری چند معیاره دارند. بررسی سری زمانی آورد رودخانه های حوضه آبریز نشان از برقراری یک دوره خشک 10 ساله در سالهای اخیر دارد. لذا کلیه بررسیهای صورت گرفته در این تحقیق در شرایط لحاظ دو دوره هیدرولوژیک بلند مدت و خشک انجام شده است. بر اساس نتایج به دست آمده از مدل های مورد استفاده، حجم آب قابل انتقال در طرح بهشت آباد در شرایط لحاظ دوره هیدرولوژیک بلند مدت در حدود 190 و در شرایط لحاظ دوره هیدرولوژیک خشک در حدود 140 میلیون متر مکعب در سال به دست آمده است.

بی تردید، تامین آب یکی از پایه های اصلی توسعه در کشورهای مختلف است و نقش مهمی در ارتقای سطح کمی و کیفی زندگی، رونق اقتصادی و رفاه اجتماعی دارد. برنامه ریزی پایدار و موثر منابع آب با هدف حداکثرسازی توسعه اقتصادی و اجتماعی، بدون یک نگاه منطقی به نیاز آب زیست محیطی اکوسیستم میسر نیست. در گذشته به علت آنکه در طراحی ها عمدتا تمرکز بر تامین نیازهای شرب، کشاورزی و صنعت بوده است، حقابه های زیست محیطی در اکثر موارد نادیده گرفته شده و در قوانین تخصیص آب سهم قابل توجهی نداشته اند. محدودیت منابع آب، افزایش جمعیت و رشد اقتصاد، روند صنعتی شدن شهرها و متعاقب آن روند روزافزون رشد تقاضا در زمینه های مختلف، شرایط بحرانی را برای منابع آب جهان بطور اعم و بطور خاص برای کشور ما رقم زده است. از طرف دیگر عدم توجه به حقابه زیست محیطی در حوضه هایی که محیط زیست ویژه ای دارند اکوسیستم این حوضه ها را با چالش های زیادی روبرو کرده است. مدیریت جامع منابع آب رویکردی مطرح برای تعیین استراتژی و ارزیابی طرح های توسعه آتی است. یکی از راهکارهای نوین و موثر در دهه های اخیر در این بحث، بهره برداری تلفیقی از منابع آب های سطحی و زیرزمینی می باشد. در این تحقیق برنامه ریزی بهره برداری تلفیقی در حوضه آبریز مهارلو- بختگان با تاکید بر تامین نیاز زیست محیطی تالاب مد نظر قرار گرفته است. به منظور شبیه سازی عملکرد حوضه آبریز مورد مطالعه با شرط الزام تامین نیاز زیست محیطی تالاب مهارلو و بختگان از مدل modsim استفاده شده است که یک سیستم پشتیبان در تصمیم-گیری برای سیستم های بهره برداری چند منظوره ازمخازن، مدیریت تلفیقی منابع آب سطحی و زیرزمینی و با قابلیت در نظرگیری مکانیسم حاکم بر مناسبات اداری و قانونی استفاده از منابع آب می باشد. مقایسه نتایج سناریوهای معرفی شده بر اساس رویکرد iwrm، بیانگر این است که «سناریوی سوم بعنوان سناریوی تعادل بخشی با تاکید بر حقابه های زیست محیطی» می تواند بعنوان سناریوی برتر از دیدگاه منابع و مصارف آب مدنظر قرار گیرد.

نیاز روز افزون به آب نتیجه رشد جمعیت و توسعه شهری است که برنامه¬ریزی همه جانبه برای تأمین آب به مقدار کافی و کیفیت مناسبی را دربردارد و مدل سازی یکی از ضروریات مدیریت و برنامه ریزی برای منابع و مصارف آب است. مدل¬های ریاضی جامع کمی-کیفی آب، غربالگری مناسب برای تحلیل گزینه¬های متعدد مدیریت منابع آب بشمار می¬روند. modsim یک سیستم پشتیبانی تصمیم مدیریت منابع برای تحلیل برنامه ریزی بلندمدت، مدیریت میان¬مدت و عملکردهای کوتاه¬مدت می¬باشد. در این تحقیق، با استفاده از مدل modsim مدیریت آب شرب شهر گرگان در یک دوره کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت مورد بررسی قرار گرفته است. کالیبراسیون مدل برای سال 1391 تا 1392 و در مقیاس روزانه انجام شده و نهایتاً قابلیت مدل براساس معیارهایی همچون: اعتمادپذیری و آسیب پذیری مورد ارزیابی قرار گرفته است. سپس با سناریوهای مختلف مدیریت آب شرب در دوره های آتی مورد بررسی قرار گرفت و باتوجه به نتایج حاصل از آن، حجم مخازن مورد نیاز در مناطق مختلف در مدل شبیه سازی modsim و به کمک الگوریتم بهینه¬سازی pso محاسبه شد. نتایج نشان می¬دهد که در تمامی سناریوهای مدیریتی، منطقه1 زون فشاری (شمالی¬ترین قسمت گرگان) و مناطق 8 تا 10 (جنوبی ترین قسمت گرگان) شاخص اعتمادپذیری زیاد و شاخص آسیب پذیری کمتری دارند. همچنین اگر شرایط تأمین آب بصورت فعلی باشد (سناریوی مرجع) در افق زمانی 1400، شاخص اعتمادپذیری 7/2% و شاخص آسیب پذیری 50هزارمترمکعب برروز خواهد بود. همچنین نتایج نشان داد که در صورت تأمین آب با استفاده از روش بهینه سازی pso می¬توان مخازن با حجم بهینه برای جبران کمبود طراحی کرد.