در این مطالعه با استفاده از روشهای برنامه ریزی غیرخطی و الگوریتم ژنتیک سعی در بهینه سازی طراحی شبکه های فاضلاب با جانمایی مشخص شده است. در روشهای بهینه سازی ارائه شده کلیه محدودیت های فنی در نظر گرفته شده است. از مدلهای هیدرولیکی هیزین-ویلیامز اصلاح شده و مانینگ با ضریب زبری ثابت و متغیر در شبیه سازی جریان نیمه پر لوله ها استفاده شده است. متغیر تصمیم در مدلهای پیشنهادی شیب و یا تراز کارگذاری لوله هاست که اقطار لوله ها در طی فرایند بهینه سازی بصورت گسسته محاسبه می گردند.

همگام با پیشرفت علوم مهندسی در جهان و نیاز روزافزون به توجیه اقتصادی طراحی در کشور ما با توجه به رشد سریع هزینه ها بهینه سازی طراحی در مسایل مهندسی آب ضروری به نظر می رسد از آنجا که روشهای قدیمی توجیه اقتصادی طراح از طریق کنترل تمامی گزینه های ممکن امری زمانبر با هزینه های زیاد می باشد نیاز به استفاده از روشهای ریاضی بهینه سازی لازم و ضروری بنظر می رسد از انجا که انجام روشهای ریاضی نیاز به حجم زیاد عملیات پیچیده ریاضی دراد و از طرفی بدلیل وجود رایانه ها با قابلیت بالای محاسباتی می توان عملیات محاسباتی در خصوص مسایل بهینه سازی را با استفاده از رایانه انجم داد در این پروژه تلاش شده است تا عملیات طراحی سیستمهای انتقال سیال به کمک رایاانه انجام پذیرد و در این خصوص عملیات محاسباتی مربوط به شبیه سازی پدیده ضربه قوچ با روشهای عددی مرسوم انجام شده و سپس طراحی با توجه به مقادیر بدست آمده از شبیه سازی ضربه قوچ انجام شده و آنگاه طراحی انجام شده بوسیله بسته نرم ازاری dot بهینه شده است

پدیده جریان های مختلط تحت شرایط خاصی در مجاری بسته بوجود می آید، که در آن هر دو رژیم جریان سطح آزاد و تحت فشار به طور همزمان رخ می دهد. بسته به محل ایجاد جریان های مختلط، گذار جریان و ... سیستم هایی که این پدیده را تجربه می کنند ممکن است دچار مشکلات متفاوتی شوند، لذا تحلیل جریان های مختلط جهت طراحی و کنترل صحیح مولفه های مختلف چنین سیستم هایی ضروری به نظر می رسد. روش های متفاوتی برای تحلیل جریان های مختلط، بر اساس نحوه تشکیل و چگونگی تعقیب موقعیت سطح مشترک بین دو رژیم جریان و فرضیات ساده کننده رفتار جریان، پیشنهاد شده است. در این تحقیق جریان های مختلط در مجاری بسته با استفاده از روش شکاف مجازی و به کمک الگوی عددی مناسبی تحلیل شده است. مدل پیشنهادی با استفاده از نتایج حاصل از یک مدل فیزیکی ارزیابی شده و نتایج حاصل ارایه گردیده است. پس از اطمینان از صحت نتایج، از مدل مذکور جهت شبیه سازی رفتار نمونه ای عملی استفاده شده است.

با وجود پیشرفت چشمگیر تکنولوژی هنوز هم حوادث طبیعی از قبیل طوفان زلزله وسیلاب زندگی انسانها را شدیدا تحت تاثیر قرار می دهند و اثرات اجتماعی نامطلوب و خسارت اقتصادی زیادی ایجاد می کنند. با انجام اقدامات مدیریتی و ساختمانی می توان سیل را مهار نمود و یا حداقل از خسارت ناشی از آن کاست استفاده از سدهای تاخیری یکی از اقدامات ساختمانی است که در فرایند کنترل سیلاب ممکن است انجام شود. با توجه به این که سیستم های کنترل و هدایت سیلاب بسیار گسترده و پرهزینه هستند طراحی سیستم های با هزینه کمتر در عین لحاظ کردن کلیه پارامترها و متغییر های طراحی ذهن محققان را به خود مشغول کرده است. در این تحقق ضمن بررسی تاریخچه تحقیقات و تلاس های انجام گرفته روش های مختلف بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت از الگوریتم ژنتیک به عنوان روش جستجو برای طراحی بهینه این سیستم (سیستم کنترل سیلاب با در نظر گرفتن سدهای تاخیری) بکار گرفته شده است. مدل تهیه شده از بلوک transport از شبیه ساز قادر به تحلیل و شبیه ساز swmm به عنوان تحلیگر جریان جهت تامین اطلاعات مورد نیاز ga استفاده می کند.این شبیه ساز قادر به تحلیل جریانهای ماندگار در کانالهای باز بوده که با توسعه و ایجاد تغییراتی در آن قادر به تحلیل و شبیه سازی مخزن سد نیز خواهدشد تلفیق الگوریتم ژنتیک به عنوان بهینه ساز و swmm به عنوا شبیه ساز مجموعه ای کارآمد ایجاد کرده است که ضمن بررسی دقیق رفتار هیدرولیکی سیستم قادر به طراحی بهینه سیستم مورد نیاز است.

افزایش روزافزون ابعاد و پیچیدگیهای موجود در مسایل بهینه سازی مهندسی و خصوصا در حوزه مدیریت منابع آب سبب کاهش کارایی روشهای معمول و احساس نیاز به روشهای نوین جستجو و الگوریتم های جدید بهینه سازی گردیده است. به همین دلیل در دهه های اخیر روشهای تکاملی و فراکاوشی به عنوان یک ابزار جستجو و بهینه سازی در بسیاری از حوزه ها بطور عام و حوزه مهندسی به طور خاص توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفته اند.وسعت دامنه کاربرد سهولت استفاده و قابلیت دستیابی به جواب نزدیک به بهینه مطلق از جمله دلایل موفقیت این روشها می باشد. الگو برداری از رفتار موجودات زنده مانند موجودات زنده مانند قورباغه و خفاش به طور عام و حشرات اجتماعی مانند مورچه و زنبور به طور خاص و شبیه سازی این رفتارها در جهت تهیه الگوریتم ها و استفاده از این الگوریتم ها برای جستجو و حل مسایل از زمینه های مورد توجه در توسعه الگوریتمهای جدید بوده است. جفت گیری زنبورهای عسل نیز می تواند به عنوان یک روش عمومی بر پایه رفتار حشررات جهت بهینه سازی در نظر گرفته شود. این الگوریتم الهام گرفته از فرایند جفت گیری زنبورهای عسل واقعی می باشد. در این مطالعه اگلوریتم بهینه یابی جفت گیری زنبورهای عسل hbmo به عنوان یک مدل تکاملی و فراکاوشی جهت کاربرد در الگوریتم های بهینه سازی توسعه یافته است. در ادامه کارایی الگوریم در حل برخی مسایل شناخته شده ریاضی با انوع پیچیدگیهای موجود در حل مسایل بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین ترتیب تصویر روشن و امیدوار کننده ای از نحوه عملکر د الگوریتم در حل مسایل مختلف حاصل شده است. کاربرد الگوریتم مذکور در مسایل بهره برداری از سیستمهای تک و چند مخزنه و با اهداف کشاورزی و برقابی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل گویای قابلیت الگوریتم در حل انواع مسایل مهندسی به طور عام و به خصوص در حوزه مدیریت منابع آب می باشد عدم توفیق برنامه های بهینه سازی بر پایه گرادیان و موفقیت الگوریتم پیشنهادی حل یکی از مسایل پیچیده غیر خطی و غیر محدب حوزه مدیریت منابع آب مسیله طراحی و بهره برداری بهینه از سیستم مخازن برقابی) نشان از توانایی بالقوه الگوریتم دارد. نتایج بدست امده بیانگر این مطلب است که با وجود اینکه الگوریتم حاضر در ابتدای مراحل توسعه است اما دارای قابلیت بالایی در حل انواع مسایل بهینه سازی خطی غیر خطی ? مفید /نامقید ? پیوسته/گسستته ? محدب? با قاعده /بی قاعده ? قابل جداسازی /غیر قابل جداسازی و تک قله ای /چند قله ای می باشد

به کارگیری روشهای بهینه سازی در تحلیل سیستم های عمران، همانند شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب، منابع آب، سازه و... در چند دهه اخیر مورد توجه متخصصین این رشته واقع شده است. با توجه به هزینه بری فراوان طرحهای آب و فاضلاب (شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب) لزوم به کارگیری روشهای نو و به صرفه برای طراحی و اجرای سیستم های مذکور احساس می شود. روشهای سنتی و مرسوم طراحی شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب بر اساس قواعد عملی محدودیت های موجود و قضاوت مهندسی انجام می شود که این روشها بسیار وقت گیر و پرهزینه می باشند. ضمنا گستردگی گزینه های مختلف احتمال دستیابی به طرح بهینه را کم می کند. ضرورت بهره گیری از روشهای بهینه سازی به منظور ارائه طرح هایی با کارآیی بهتر و توسعه الگوریتم های بهینه سازی مناسب تر و با قابلیت گسترده تر، غیر قابل انکار و از عوامل اصلی محرک در این کار تحقیقاتی می باشد. در این راستا با معرفی الگوریتم های ژنتیک بر مبنای ساخت مدل احتمالاتی probability model building genetic algorithm و انواع آن، از الگوریتم ژنتیک فشرده compact genetic algorithm و الگوریتم ژنتیک فشرده توسعه یافته extended compact genetic algorithm به عنوان مدلهایی تکاملی و فرا ابتکاری برای حل بهینه شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب با جانمایی مشخص استفاده می گردد. در روشهای بهینه سازی ارائه شده کلیه محدودیت های فنی در نظر گرفته شده است. در شبیه سازی شبکه های جمع آوری فاضلاب از مدل هیدرولیکی مانینگ و هیزین - ویلیامز اصلاح شده استفاده شده است و متغیر تصمیم در مدل پیشنهادی شیب لوله ها می باشد. فرمول هیزین - ویلیامز در شبیه سازی شبکه های توزیع آب به کار گرفته شده است و متغیر تصمیم قطر لوله هاست. کاربرد موفقیت آمیز این مدل ها در چند مساله نمونه ، قابلیت این الگوریتم ها را در طراحی بهینه شبکه های آب و فاضلاب نشان داده است.

استفاده از فرآیند تظریف تطبیقی برای افزایش دقت حل عددی مسایل در روش های بدون شبکه موضوعی جدیدی است که اخیرا توجه محققان را به خود جلب کرده است در روش های بدون شبکه ناپیوستگی بین المانی وجود نداشته و جواب ها همواره حالت هموار روی کل حوزه ی مسیله دارند. به عبارتی می توان گفت برآورد خطا بر پایه ی تکنیک هموارسازی تنش که در اجزای محدود استفاده می شود را نمی توان به عنوان برآورد کننده ی خطا در روش های بدون شبکه استفاده کرد. در این پاپان نامه در ابتدا با افزودن دو ابزار جدید با نامهای نقاط هم مکان و توابع وزنی به روش موجود حداقل مربعات گسسته روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته هم مکان ارایه شده است از قابلیت های این رویش می توان به دقت بالا سادگی هزینه ی محاسباتی پایین و عدم نیاز به انتگرال گیری اشاره کرد سپس یک برآورد کننده خطا برای این روش معرفی شده و به منظور نشان دادن قابلیت های آن مسایل متعددی در حوزه ی مکانیک سیالات با استفاده از روش حداقل مربعات گسسته هم مکان حل شده و خطاهای برآورده شده برای آنها محاسبه گردیده است. در نهایت با معرفی یک فرایند تظریف تطبیقی نقاط قابلیت روش حداقل مربعات گسسته هم مکان در حل مسایل در حوزه دینامیک سیالات نشان داده شده است.

امروزه انرژی نقش بسیار مهمی در زندگی بشر دارد با افزایش جمعیت و کمبود منابع انرژی استفاده و بهره وری بهینه از منابع انرژی از اهمیت خاصی برخوردار شده است. از جمله این منابع انرژی انرژی الکتریسته است که در ایستگاههای پمپاژ نقشی اساسی ایفا می کند. در سیستمهای پمپاژ مهمترین عامل نحوه عملکرد پمپها می باشد از انجا که راندمان پمپ با دبی ان تغییر می کند بنابراین میزان انرژی مصرفی در واحد حجم اب پمپاژ شده در هر پمپ به ازای دبی های مختلف پمپاژ متفاوت است و حتی الامکان باید پمپها در راندمان حداکثر خودکار کنند. در این تحقیق با کمک الگوریتم pso برای دو طرح ایستگاه پمپاژ کشاورزی و ایستگاههای پمپاژ متوالی دو مدل تهیه شد: مدل طراحی و بهره برداری از ایستگاه پمپاژ کشاورزی در این مدل با در دست داشتن منحنی مصرف سالیانه و مشخصات پمپهای پیشنهادی طراحی ایستگاه پمپاژ شامل تعداد و نوع پمپهای مصرفی و عملکرد هر کدام از پمپهای مورد استفاده در طول زمان استفاده به گونه ای انجام شد که هزینه مصرف انرژی هزینه بهره برداری و سرمایه گذاری هزینه طراحی کمیته گردد. مدل بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ متوالی در این مدل با در دست داشتن منحنی مصرف روزانه و مشخصات ایستگاههای موجود و پمپ های موجود در هر ایستگاه نحوه علکرد پمپهای موجود در هر ایستگاه به گونه ای تعیین شد تا علاوه بر تامین نیاز و رعایت قیود مساله میزان هزینه بهره برداری نیز به حداقل برسد.

الگوریتم های بهینه سازی جامعه مورچه ها روشی فراکاوشی برای حل مسایل گسسته است که برگرفته از رفتار مورچه های واقعی در جستجوی غذا می باشد. مورچه های واقعی همواره کوتاهترین مسیر بین لانه و منبع غذا را طی می کنند. مورچه ها مسیرهای مختلف را فرمون گذاری می نمایند و در تکرارهای بعدی مسیرهای کوتاهتر با فرمون بیشتری علامت گذاری می شود(به دلیل عبور بیشتر مورچه ها) ودر نهایت کوتاهترین مسیر یافته می شود. الگوریتم های aco برای حل مسایل گسسته کاربرد دارد در حالی که بسیاری از مسایل مهندسی پیوسته می باشد. بنابراین کاربرد مستقیم aco برای مسایل پیوسته مستلزم گسسته سازی متغیرهای تصمیم می باشد در این صورت اگر بازه های گسسته سازی درشت باشد موجب کاهش دقت جواب می گردد و اگر بازه های گسسته سازی ریز باشد باعث افزایش تلاش محاسباتی به دلیل بزرگ شدن فضای جستجو می شود. در عین حال در روش های aco با افزایش اندازه فضای جستجو امکان گم کردن بهینه مطلق وجود دارد. راهکارهای ارایه شده در پژوهشهای قبلی برای حل این مشکل بدین صورت است که ابتدا از بین نقاط گسسته سازی شده جواب بهینه یافته می شود و سپس فضای جستجو محدود به اطراف نقطه بهینه می شود و این فضای کوچک گسسته سازی می شود و نقاط دیگر عملاحذف می گردند. از بین نقاط جدید نقطه بهینه دیگری را می یابیم و با ادامه این روند و کوچک ترکردن فضای جستجو، نقطه بهینه نهایی یافته می شود. اشکالی که در این روش وجود دارد این است که ممکن است نقطه بهینه یافته شده ابتدایی از فضای گسسته اولیه مجاورت یک بهینه نسبی باشد و به این ترتیب جستجو گر کاملا از نقاط مناسب تر دور خواهد شد و احتمال انتخاب آنها را با خذف به صفر می رساند. در این تحقیق دو روش continous antوshadow continous ant با استفاده از روش: stochastic adaptive refinement(sar) برای حل مسایل پیوسته پیشنهاد می شود. در روش continous ant نیازی به گسسته سازی فضای جستجو نیست و فضای جستجو کاملا به عنوان یک فضای پیوسته مدلهای چندهدفه نظر قرار می گیرد. به عنوان یک فضای پیوسته مدلهای چندهدفه نظر قرار می گیرد. در روش shadow continous ant با استفاده از روش (sar) گسسته سازی متغیر های تصمیم به صورت احتمالاتی و با توزیع گوس و بدون حذف بخش یا بخش هایی از حوزه جستجو صورت می گیرد. کاربرد روشهای فوق در مسایل بهینه سازی پیچیده ریاضی و بهره برداری از مخازن سدها بررسی و نتایج با یکدیگر مقایسه شده است.

پدیده ضربه قوچ یکی از مسائل مهم در خطوط انتقال آب می باشد که باید با مدیریت درست و طراحی مناسب اجزا و متعلقات موجود در خطوط انتقال آب به شکل صحیح کنترل شود. در نیروگاههای برقابی در اثر افزایش یا کاهش بار روی ژنراتور، به دلیل ارتباط مستقیم و درگیر بودن توربین با ژنراتور، این تغییر بار روی سرعت توربین تاثیر می گذارد و همین امر موجب تغییر در باز شدگی دریچه توربین و در نهایت تشکیل موج فشار که از آن تحت عنوان پدیده ضربه قوچ یاد می کنند، می گردد. به منظور کنترل این موج فشاری تولید شده و جلوگیری از آسیب رساندن به متعلقات نیروگاه ازجمله توربین ها و تاسیسات آبی از مخزنی به نام تانک ضربه گیر در محل تلاقی تونل آبگیر و پنستاک سدها استفاده می شود. هدف از این پایان نامه بکارگیری الگوریتم بهینه سازی تکامل ترکیبی مجموعه ها (sce) در یک مدل شبیه سازی عددی (مشخصه ها) جهت تعیین ابعاد بهینه سیستم کنترل کننده ضربه قوچ می باشد. در این مدل بهینه سازی-شبیه سازی، قطر و ضخامت تونل آبگیر، قطر و ضخامت پنستاک، قطر تانک ضربه گیر به عنوان متغیرهای تصمیم می باشند، که با توجه به کمترین هزینه ساخت و رعایت محدودیت های هیدرولیکی تعیین می شوند. همچنین به منظور ارزیابی حقیقی مدل توسعه داده شده از یک مطالعه موردی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که مدل مربوط در تعیین ابعاد بهینه سیستم کنترل کننده ضربه قوچ دارای توانمندی قابل ملاحظه ای می باشد و قابلیت کاربرد در موارد مشابه را دارد.

آنالیز شبکه های آبرسانی یکی از مسائل بسیاز جذابی است که از چند دهه قبل تاکنون مختصصان علوم آب را به خود مشغول کرده است و آنها را بر آن داشته است که ابداع روشهای جدید تحلیل، تا حدودی معایب روشهای قبل را بهبود بخشند. برنامه های کامپیوتری گوناگونی جهت تحلیل شبکه های آبرسانی تهیه شده است که از معروفترین آنها می توان از exkypipe-net-loop و بالاخره برنامه جدید e.b.e نام برد. این رساله در حالتهای خاصی که احتمال شکست در آنها بیشتر است این نرم افزارها را ارزیابی کرده است . نقاط قوت و ضعف نرم افزارهای exkypipe-net-loop با توجه به قدمتی که دارند تقریبا مشخص بوده است . در این رساله سعی شده است تا نقاط قوت و ضعف برنامه e.b.e را مشخص کرده و این نرم افزار را به سه نرم افزار دیگر مقایسه کند.

در این رساله روشی جدید برای تحلیل شبکه های آبرسانی ارائه می شود که در آن مسئله تحلیل شبکه ها به صورت مسئله ای از نوع بهینه سازی غیرخطی نامقید فرمول بندی شده و سپس از طریق روشهای بهینه سازی ریاضی حل خواهد گردید. روشهای متعددی برای این منظور پیشنهاد شده است که اکثر آنها از فرمولبندی ارائه شده توسط کالینز و همکاران استفاده می نمایند. در این روشها مسئله تحلیل شبکه ها به صورت مسئله بهینه سازی مقید از نوع غیرخطی و یا خطی فرمولبندی شده و سپس از طریق روشهای مناسب ریاضی ، توسط نرم افزار تهیه شده حل می شوند.

اکثر مطالعات موجود در زمینه بهینه سازی شبکه های آبرسانی ، روی شبکه های با جانمایی مشخص و از پیش تعیین شده انجام شده است. در حالیکه قبل از طرح اجزای یک شبکه باید وضعیت جانمایی شبکه مشخص شود . از طرف دیگر تعیین جانمایی یک شبکه تا حد زیادی وابسته به ملاحظات اطمینان پذیری است. در این مطالعه ، بهینه سازی جانمایی شبکه های آبرسانی با اطمینان پذیری از پیش تعیین شده مورد توجه قرار می گیرد و براساس ان دو مدل ارائه می شود: 1-مدل بهینه سازی جانمایی شبکه های آبرسانی بر مبنای اطمینان پذیری مهندسی. 2-مدل بهینه سازی جانمایی شبکه های آبرسانی بر مبنای اطمینان پذیری ریاضی. درانتها ، نیز کارایی مدلهای فوق در بهینه سازی جانمایی دو شبکه نمونه نشان داده می شود.

برخورداری از آب آشامیدنی سالم یکی از حقوق اولیه انسانها در جوامع امروزی است. ایفای این حق مستلزم تهیه و تامین، انتقال، تصفیه و توزیع آب آشامیدنی در جوامع شهری و روستایی است که هزینه های هنگفتی را بر بودجه کشورها بخصوص کشور ما ایران تحمیل می کند. بدیهی است هر گونه صرفه جویی در این زمینه امکان دسترسی بیشتری از افراد جامعه را به این نعمت الهی فراهم می کند. در این پایان نامه روشی برای طراحی بهینه شبکه های آبی ارائه می شود که با استفاده از دو نرم افزار بهینه سازی موسوم به ‏‎doc‎‏ و ‏‎dot‎‏ امکان طراحی بهینه شبکه های آبی و سیستم پمپاژ آنها را فراهم می نماید. بدین منظور جهت تحلیل شبکه از روش جز به جز و برای طراحی بهینه شبکه از روش بهینه سازی مقید استفاده شده است. بدین ترتیب که در بیان فرمولبندی مسئله، قطر لوله و ارتفاع آبرسانی پمپ بعنوان متغیرهای تصمیم و پیوستگی دبی در گرهها، توازن انرژی در حلقه ها، محدوده های مجاز سرعت و فشار و بالاخره قطرهای موجود در بازار بعنوان قیود در نظر گرفته شده اند. قیود هیدرولیکی شبکه بصورت ضمنی و از طریق برنامه تحلیل شبکه تامین می شود. مسئله طراحی به یافتن متغیرهای تصمیم مورد نظر به گونه ایکه ضمن تامین قیود مسئله کمترین هزینه را داشته باشد، تحویل خواهد شد. در روش ارائه شده فوق از برازش حداقل مربعات برای تقریب زدن قطر لوله ها و ارتفاع آبرسانی موجود در تابع هزینه استفاده شده است. قابلیتهای روش مورد نظر با حل مثالهای نمونه و مقایسه آن با جوابهای بدست آمده از سایر روشها مورد بررسی قرار گرفته است. جوابهای بدست آمده در مقایسه با جوابهای موجود رضایتبخش بوده است.