مدل سازی و پیش بینی سری های زمانی یک مسئله بسیار مهم در چند دهه اخیر بوده و کاربرد وسیعی در زمینه های مختلف علوم و مهندسی از جمله هیدرولوژی دارد. در این راستا تخمین پارامترهای مدل های مختلف سری های زمانی یکی از مراحل اساسی در مدل سازی سری های زمانی است. روش های ارائه شده در این زمینه از جمله روش گشتاورها، دارای روابطی پیچیده و تقریبی به خصوص در مدل های چندمتغیره زمانی و مکانی می باشندکه مستلزم صرف وقت زیاد و بررسی روابط مختلف برای هر مدل می باشد. در این تحقیق با استفاده از سیستم های استنتاج فازی بر پایه شبکه عصبی تطبیقی، روشی جدید و موثر جهت تخمین پارامترهای مدل های مختلف سری های زمانی تک متغیره و چند متغیره ارائه شده است. جهت بررسی کارآیی این روش از داده های هیدرولوژیکی حوضه آبریز سد زاینده رود استفاده شده و پارامترهای مدل های مختلف سری های زمانی تخمین زده شده است. همچنین مدل هایی که پارامترهای آن ها از روش گشتاورها حاصل شده است، تشکیل شده اند. سپس پیش بینی سری های زمانی با استفاده از این مدل ها انجام شده است. جهت بررسی بهتر، پیش بینی ها با سیستم استنتاج فازی بر پایه شبکه عصبی تطبیقی و شبکه پرسپترون چندلایه نیز انجام شده است و نتایج حاصل با نتایج قبلی مقایسه شده اند. جهت مقایسه نتایج، از معیار میانگین قدرمطلق تفاوت(mae) استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد روش ارائه شده از کارآیی بالایی برخوردار می باشد و می توان از آن به عنوان مدلی هوشمند جهت مدل سازی سری های زمانی تک متغیره و چندمتغیره استفاده نمود.

شناخت فرآیندهای دخیل ما بین آب، خاک، گیاه و اتمسفر و همچنین کمی کردن روابط بین آنها از اهمیت بسزایی در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب برخوردار است. به منظور مدیریت کارآمد و صحیح منابع آب و همچنین استفاده ی بهینه این منابع، تعیین اجزای بیلان آب به صورت دقیق و منطبق با واقعیت امری ضروری می باشد. در این راستا، به کارگیری مدل های ریاضی و فیزیکی که قادر به لحاظ تمامی مولفه های تاثیرگذار در چرخه ی هیدرولوژی باشند، می-تواند به عنوان ابزاری کارآمد در جهت شبیه سازی منابع آب به حساب آید. در پژوهش حاضر مولفه های بیلان و همچنین نوسانات تراز آب زیرزمینیِ شبکه ی آبیاری راست نکوآباد، واقع در استان اصفهان که یکی از مهمترین مناطق کشاورزی در حوضه ی آبریز زاینده رود به شمار می رود در سال آبی 1385-1384 با استفاده از مدل ریاضی و فیزیکی hydrogeosphere(hgs) شبیه سازی گردید. انتخاب منطقه ی مذکور به دلیل فشار بیش از حدی است که بر منابع آب زیرزمینی دشت که عمدتاً به مصرف کشاورزی می رسد وارد می شود. شایان ذکر است که منطقه ی مذکور، مجهز به شبکه ی آبیاری پیشرفته نیز می باشد، لیکن به دلیل ناتوانی شبکه در تامین نیاز آبی دشت به صورت کامل و همچنین در مواقع بروز خشکسالی، فشار مضاعفی بر منابع آب زیرزمینی دشت وارد می گردد. به منظور انجام این تحقیق، ابتدا نقشه های زمین شناسی حوضه بررسی شد و اطلاعات هواشناسی ایستگاههای موجود در منطقه و همچنین اطلاعات مربوط به چاههای اکتشافی، مشاهده ای و بهره برداری اخذ گردید. در ادامه نیز با تهیه و تدوین آمار شبکه ی آبیاری و نقشه های رقومی ارتفاعی و همچنین پردازش آماری مورد نیاز بر روی داده ها، مدل مورد نظر جهت شبیه سازی منطقه ی مورد بررسی آماده گردید. به منظور تعیین نوع کشت و الگوی آن که تاثیر بسزایی در تعیین میزان تعرق و تبخیر از منطقه دارد، از تصاویر سنجنده landsat استفاده گردید. به منظور اجرای مدل مورد استفاده و دریافت پاسخ آن نسبت به تنش های روزانه، ابتدا مدل با استفاده از داده های بلند مدت بارش، شبکه و برداشت از آبخوان در حالت ماندگار اجرا و سهم هریک از مولفه های چرخه ی هیدرولوژی در بیلان بلند مدت منطقه تعیین گردید. همچنین ضرایب هدایت هیدرولیکی اشباع و تخلخل لایه های تشکیل دهنده ی ناحیه ی زیرسطحی نیز در این قسمت مورد واسنجی قرار گرفت. سپس مدل در حالت غیرماندگار و برای بازه ی زمانی آبان ماه تا خرداد اجرا گردید و تنها پارامترهایی از مدل که تغییرات آنها تابع فصل و زمان است و عمدتاً مربوط به پوشش گیاهی هستند مورد واسنجی قرار گرفت. همچنین، در حین فرآیند واسنجی مدل، به دلیل جبران عدم دقت کافی در برآورد پارامترهای غیراشباع لایه های تشکیل دهنده ی زیرسطحی، از ضریب اصلاح شاخص سطح برگ استفاده شد. به منظور اعتباریابی مدل واسنجی شده، از مقادیر شبیه سازی شده ی مدل در بازه زمانی ماه های تیر تا مهر استفاده گردید. نتایج حاکی از دقت قابل قبول مدل در شبیه سازی نوسانات سطح آب زیرزمینی منطقه بود. در ادامه، از مدل واسنجی و صحت یابی شده ی hgs به منظور شبیه سازی اجزای بیلان آب به صورت مجزا و ماهانه برای سال آبی مورد بررسی، استفاده گردید. در نهایت نیز مولفه های تاثیرگذار بیلان هیدرولوژیک به صورت مجزا و ماهانه برای سال شبیه سازی استخراج گردید. نتایج بررسی اجزای شبیه سازی شده بیلان آب حاکی از آن بود که تبخیر از سطح خاک و لایه های زیرین بسیار بالا و در ماههای خرداد و مرداد تقریباً برابر با آب در اختیار قرار داده شده توسط شبکه بود. علت اصلی این مسئله را می توان ضعف در مدیریت و بهره برداری از شبکه و مدیریت آبیاری در مزارع دانست. لذا به منظور کاهش تلفات ناشی از تبخیر از سطح خاک، راه کارهایی همچون به کارگیری روش های نوین آبیاری و نیز اجتناب از قرار دادن گیاهان پرمصرف در الگوی کشت توصیه می شود. در انتها نیز پیشنهاداتی به منظور مطالعات آتی و تکمیلی مورد نیاز در سطح منطقه مد نظر قرار گرفت.

به منظور کاهش انرژی جریان عبوری از روی سرریزها و محافظت نواحی پاییندست این سازهها، افزایش سطح آب در کانالها، افزایش دبی خروجی از زیر دریچه ها، کاهش زیر فشار در سازههای آبی و افزایش عمق آب در محدوده سازه و ایجاد یک سطح مقطع کنترل به منظور اندازهگیری دبی جریان، باید رژیم جریان از فوق بحرانی به زیر بحرانی تبدیل شود. تبدیل سریع رژیم جریان با انبساط سریع، توأم با آشفتگی و چرخش سطحی آب و افت انرژی موضعی زیاد همراه است که باعث ایجاد پدیده پرش هیدرولیکی میگردد. پرش هیدرولیکی از نوع جریانهای متغیر سریع بوده و کنترل و مهار آن الزامی است. در صورتیکه انرژی جریان در مسیر حرکت به طور تدریجی، یکنواخت و به آرامی کاهش یابد، پرش هیدرولیکی محدود می شود. بدین منظور می توان با تعریف یک سازه تبدیل مناسب در ناحیه انتقال به تبدیل رژیم جریان از فوق بحرانی به زیربحرانی بدون پرش هیدرولیکی پرداخت. در این تحقیق بر اساس روش ارائه شده توسط chow در سال 1959، با فرض خطی بودن پروفیل سطح آب و همچنین شیب خط انرژی به ارائه یک مدل تحلیلی برای تعیین پروفیل سطح سازه تبدیل با شیب منفی در ابتدا و شیب مثبت در انتها در شرایط هیدرولیکی مختلف برای اعداد فرود در محدوده 5/1 تا 5/6 در سازههای هیدرولیکی شبکههای آبیاری و زهکشی، پرداخته می شود. در این شرایط جریان از نوع متغیر تدریجی بوده و خطوط جریان به نحوی هدایت میشوند که تقریباً موازی و جریان آب آرام باشد. برای دستیابی به هدف تحقیق معادله تبدیلهای مورد نیاز در شرایط مختلف استخراج میگردد. مبنای این مدل استفاده از معادله انرژی می باشد. نتایج مدل سازی تحلیلی نشان می دهد، پس از یک مقدار مشخص از طول سازه، عمق پایین دست دیگر تابعی از طول سازه نیست. این عمق همواره بیشتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی معادل می باشد. ضمناً میزان اتلاف انرژی بر روی سازه در مقایسه با پرش هیدرولیکی معادل کاهش می یابد. در ادامه و به منظور صحت سنجی نتایج بدست آمده از مدل تحلیلی، از نتایج مدل سازی آزمایشگاهی استفاده می شود. در مجموع 6 مدل آزمایشگاهی برای هندسه تبدیل بر اساس نتایج مدل سازی تحلیلی ساخته شده است. در مدل آزمایشگاهی به بررسی ویژگیهای هیدرولیکی جریان در این تغییر رژیم بر اساس مشاهدات و اندازه گیری های مربوط به جریان پرداخته خواهد شد. مشخصات هندسی مدل های طراحی شده که تأثیر تغییرات آنها بر شرایط هیدرولیکی جریان مورد بررسی قرار می گیرد شامل طول تبدیل, ارتفاع تبدیل, فرم هندسی سطح تبدیل، اعماق آب بالادست و پایین دست تبدیل، تغییر دبی جریان و به تبع آن تغییر عمق و سرعت جریان و نیز توزیع فشار بر روی سازه تبدیل است. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی، نوعی از پرش هیدرولیکی بر روی شیب مثبت سازه های تبدیل با قدرت و طولی به مراتب کمتر از پرش هیدرولیکی کلاسیک معادل به نام پرش هیدرولیکی ناقص معرفی گردید. در ادامه نتایج مربوط به پرش هیدرولیکی ناقص بر روی سازه های تبدیل در مدل های آزمایشگاهی ارائه شده و در پایان با استفاده از داده های آزمایشگاهی الگوریتمی برای محاسبه پارامترهای پرش هیدرولیکی ناقص تثبیت شده بر روی شیب مثبت سازه های تبدیل ارائه می گردد.

بهره برداری از مخزن سدها از فرآیندهای تصمیم گیری پیچیده ای تشکیل شده که در آن با توجه به حجم ذخیره مخزن، مقدار تقاضاها و پیش بینی جریان ورودی به مخزن، در مورد میزان خروج آب تصمیم گیری می شود. تا کنون تکنیک های بهینه سازی و شبیه سازی مختلفی برای استنتاج سیاست های بهره برداری و قوانین به کار رفته است. بیشتر مدل ها عمدتاً برای برنامه ریزی اهداف یک سیستم غیرقطعی استفاده می شوند، ولی هنوز یک شکافی بین توسعه مدل های تئوری و عملی وجود دارد. ثابت شده است که روش های بهینه سازی هنگامی که با مدل های شبیه سازی به صورت ترکیبی استفاده می شوند نتایج بهتری حاصل می گردد. مدیران و بهره برداران مخازن احساس راحتی در استفاده کردن از تکنیک های پیچیده بهینه سازی در مدل ها ندارند، که در ضمن با در بر گرفتن متغیرهای احتمالی هیدرولوژیکی پیچیده تر نیز می شود. روش منطق فازی می تواند یک جایگزین امید بخشی در مدل کردن بهره برداری مخزن باشد. اغلب، آب رها شده از مخزن به طور دقیقی، منحنی های قوانین بهره برداری تنظیم شده را به خاطر عدم قطعیت هایی که از گوناگونی شرایط هیدرولوژیکی منجر می شود، دنبال نمی کند. در این شرایط بهره بردار می تواند یک نقش اصلی را در تصمیماتش در مورد رهاسازی آب ایفا کند. برای مواجه با عوامل غیرقطعی، تئوری مجموعه های فازی مورد استفاده قرار می گیرد. آب رها شده بر پایه سیاست های بهره برداری که از ترکیب دانش فرد کارشناس و داده های مشاهده ای توسعه داده شده اند، تصمیم گیری می شود، که این سیاست ها بر اساس مدل قوانین فازی می باشد. مزیت مهم منطق فازی این است که فهمیدن ساختار قوانین، بدیهی و آسان می باشد. تکنیک های جدیدی از محاسبات نرم پدیدار شده اند مانند شبکه های عصبی- مصنوعی، منطق فازی و سیستم های عصبی- فازی. این تکنیک ها در شرایطی که سیستم غیرقطعی باشد کاربرد زیادی دارند. سیستم های عصبی- فازی هر دو مزیت سیستم های فازی و شبکه های عصبی را در یک قالب دارا می باشند. این سیستم ها مشکلات سیستم های فازی را در بدست آوردن قوانین اگر- آنگاه حذف کرده اند و در آن ها از قابلیت یادگیری شبکه های عصبی در بدست آوردن قوانین خودکار استفاده شده است. در نتیجه این سیستم ها قادرند که اطلاعات زبانی که از دانش کارشناس بدست آمده است را به عنوان داده های اندازه گیری شده در مدل ها بکاربرند. هدف اصلی از این تحقیق، ساخت قواعد بهره برداری مخزن سد زاینده رود با دیدگاه تلفیقی منابع آب سطحی و آب زیرزمینی با استفاده از سیستم استنباط فازی، سیستم تطبیقی فازی- عصبی و رگرسیون فازی بود. با توجه به کمبود آب نسبت به تقاضای آن در حوضه زاینده رود و این که در سال های اخیر با افت شدید آب زیرزمینی در آبخوان های این حوضه مواجه شده ایم، با محدود کردن افت آب زیرزمینی در طول 20 سال دوره شبیه سازی، میزان آب قابل برداشت از آب زیرزمینی محاسبه شده و از مجموع نیازهای شرب، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی کسر شده و به این ترتیب سهم سد زاینده رود در تأمین نیازهای پایین دست بدست آمده است. در این تحقیق علاوه بر مقایسه مدل های مختلف بهره-برداری از لحاظ معیارهای عملکرد سیستم، به قادر نبودن سد زاینده رود با توجه به آوردهای کنونی، در برآورده کردن همه نیازهای این حوضه پی برده می شود. نتایج نشان می دهد که مدل انفیس ساخته شده از داده های بهینه از پایداری بیشتری نسبت به سایر مدل ها برخوردار می باشد.

لزوم تبیین و پیاده سازی یک سامانه ی پشتیبان تصمیم کارا جهت گذار به یک فرآیند پایدار در توسعه ی منطقه ای در حوضه ی آبریز امری روشن است. در این بین نوع نگرش به مفهوم توسعه پایدار و متعاقبا انتخاب نوع ابزار، مساله ای کاملا تاثیرگذار است. براساس مفاهیم تبیین شده در این تحقیق، پرداختن به مفهوم توسعه پایدار اساسا نیازمند به کارگیری نگرشی سیستمیک، بهم پیوسته و کل نگر می باشد. در این پایان نامه، مبتنی بر این رویکرد و استفاده از پارادایم توسعه پایداردینامیک، ابتدا وضع موجود با نگرشی به هم پیوسته و بر اساس تفکر سیستمیک ارزیابی شده و در گام بعد به مدل سازی سیستم پیچیده ی حوضه زاینده رود پرداخته گردیده است. همچنین کلیه فرایندهای دخیل در سیستم منابع آب حوضه زاینده رود همچون فرآیندهای اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی، با توجه به پارادایم توسعه پایدار دینامیک استخراج شده و در جهت درک تغییراتِ فرآیندها، روندها و تحلیل مشکلات و شناسایی مسائل کلیدی در سیستم منابع آب حوضه زاینده رود گام برداشته شده است. در ادامه مبتنی بر ارزیابی وضع موجود، استراتژی های منطقه ای جهت برون رفت از چالش های کنونی و ارائه سیاست ها تحت سناریو های پیشنهادی تبیین گشته و شاخص هایی جهت پایش پایداری سیستم منابع آب حوضه زاینده رود، مبتنی بر مکانیزم های مخرب و در جهت کنترل آنها تولید گردید. با توجه به تکمیل اجزا اولیه سیستم پشتیبان تصمیم در گام قبل، در ادامه تحلیل سیاست ها و نتایج قابل انتظار در افق کوتاه، میان و بلندمدت جهت سیاست های اتخاذی صورت گرفت و بسته های سیاستی پیشنهادی تحت استراتژی های تبیین شده (مبتنی بر مفهوم حلقه های کارایی)، با استفاده از روش promethee رتبه بندی گردیدند. به طور خلاصه برون داد این پایان نامه را می توان ، تبیین و پیاده سازی سامانه ی پشتیبان تصمیمِ استراتژیک دانست.

شکست سدها همواره تهدیدی برای جان و مال انسان ها محسوب می شود. برای دست یابی به میزان ایمنی و اعتمادپذیری یک سد، محاسبه ریسک شکست آن راه کاری اساسی و مهم است. در میان تمام عواملی که باعث شکست سدها می شوند، روگذری خصوصاً در سدهای خاکی و سنگریزه ای بزرگ ترین خطر محسوب می شود. به طوری که بیش از یک سوم شکست سدها در جهان به علت روگذری رخ داده است. در این تحقیق به منظور توسعه کاربرد آنالیز ریسک در تحلیل ایمنی سدها، به محاسبه ی خطر روگذری یک سد خاکی با در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترهای موثر در این پدیده پرداخته شده است. این پارامترها شامل ارتفاع سد، تراز اولیه آب مخزن، دبی پیک سیلاب، هندسه ی مخزن، دبی خروجی سرریز، خطای روندیابی، سرعت باد و خطای مربوط به محاسبه ی افزایش ارتفاع ناشی از وزش باد است. برای برآورد ریسک از روش های شبیه سازی مونت کارلو و lhs استفاده شده است. برای درک بهتر و نشان دادن کاربرد آنالیز ریسک، اعتمادپذیری سد ونک در برابر روگذری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در نظر گرفتن عدم قطعیت پارامترها در احتمال شکست سد موثر است. در این میان تأثیر عدم قطعیت در منحنی حجم- ارتفاع مخزن و تعداد دریچه کارآمد سرریز برجسته تر است. هم چنین دقت در برآورد بزرگی دبی پیک سیلاب نقش بسزایی در کاهش ریسک روگذری سد دارد. در حالی که تأثیر تراز اولیه آب بر میزان خطرپذیری سد قابل اغماض است. بر اساس نتایج آنالیز ریسک، با تلفیق اثر باد و سیل میزان ریسک سد به طور محسوسی افزایش می یابد.

مفهوم مدیریت جامع منابع آب به دنبال شکست مدیران و کارشناسان مسائل آب در برنامه ریزی بلندمدت و مدیریت کوتاه مدت آب ظهور پیدا کرد. فلسفه ی شکل گیری مدیریت جامع منابع آب در تناسب بین توسعه ارکان مختلف یک حوضه آبریز رودخانه و دستیابی به توسعه ای پایدار می باشد. در این پایان نامه به منظور پیاده سازی این مفهوم مدیریتی جدید در قالب منطقه مورد مطالعه حوضه آبریز رودخانه زاینده رود در ابتدا بنای ساختار یک سیستم پشتیبانی تصمیم که در برگیرنده بخش های مختلف همچون تعریف مسئله، تبیین استراتژی های و سناریوها، مدلسازی، تصمیم گیری و در نهایت برآورد خطرپذیری برنامه های توسعه حوضه در برابر تغییر اقلیم می باشد گذاشته شد. یکی از ارکان های اساسی مورد توجه در مدیریت جامع منابع آب، حاکمیت از پایین به بالا و مشارکت ذینفعان است که در این تحقیق بدان توجه ویژه ای شده است. یکی دیگر از تلاش های انجام شده، تبیین سناریوها با تعریف مسائل و مشکلات حوضه و درپی آن مدلسازی مفهومی و ابزاری دقیق حوضه توسط مدل های هیدرولوژیکی swat و شبیه سازی حوضه ribasim می باشد. همچنین به منظور ارزیابی سناریوهای طرح شده، از معیارهایی بر مبنای پایداری ارکان مختلف دخیل در سیستم یک حوضه آبریز است استفاده شده است. فرآیند ارزیابی و تصمیم گیری در دو بعد انفرادی و گروهی صورت گرفته است. در بعد انفرادی به دلیل عدم قطعیت های زیاد موجود در فرآیند ارزیابی سناریوها از متد ahp-fuzzy و در بعد گروهی نیز از متدهای social choice و fallback bargaining بهره گرفته شده است. در انتها بعد از تعیین سناریوهای برتر به ویژه در بعد زمانی دراز مدت به منظور ارزیابی اثرات تغییر اقلیم بر منابع و مصارف و در نهایت برنامه درازمدت توسعه حوضه، مدل ریز مقیاس کننده lars-wg به کار گرفته شده است. نتایج حاصل شده به اختصار نشان دهنده لزوم توجه بیشتر به بخش زیست محیطی در برنامه های کوتاه مدت به خصوص در دوره های خشکسالی و دنبال نمودن همزمان دو رویکرد تامین و تقاضا در برنامه های بلند مدت می باشد.

شبکه های حمل ونقل جاده ای به عنوان گسترده ترین و دردسترس ترین نوع جابجایی بار و مسافر، در معرض پهنه گسترده ای از مخاطرات طبیعی و انسانی قرار دارد. تنوع و گستردگی آسیب ها ناشی از موقعیت جغرافیایی کشور از یک سو و فرسودگی زیرساخت های حمل ونقلی از سوی دیگر، موجب افزایش روزافزون هزینه های ناشی از مخاطرات در شبکه های حمل ونقل جاده ای و آسیب های جبران ناپذیر بر اقتصاد کشور گردیده است. از این رو شناسایی و اولویت بندی نقاط مستعد مخاطره در این شبکه ها نقش به سزایی در کنترل و کاهش آسیب های ناشی از این مخاطرات و حفظ سرمایه های ملی خواهد داشت.به عنوان مثال به دلیل هزینه های سنگین اقتصادی ناشی از تصادفات جاده ای، سازمان های بین المللی سعی در شناسایی عوامل ایجاد کننده خطر و حذف آن ها دارند. از این رو رفع نقاط حادثه خیز راه ها ، افزایش ایمنی وسایل نقلیه و تدوین و اطلاع رسانی فرهنگ رانندگی از جمله اقدامات این سازمان ها برای حذف عوامل راه، وسیله نقلیه وخطاهای انسانی راننده به عنوان عوامل اصلی ایجاد خطر می باشد. در زمینه شناسایی و اولویت بندی حذف نقاط حادثه خیز راه ها روش های بسیاری ارائه گردیده است که الگوی آن ها معرفی شاخص تصادف براساس تعدد تصادفات در هرنقطه با توجه به شدت صدمات وارده می باشد. این روش ها به دلیل نادیده گرفتن پارامترهای حمل ونقلی و موقعیت هرنقطه در شبکه راه ها، اولویت بندی بهینه ای از نقاط حادثه خیز به دست نمی دهند. در این مقاله با استفاده مستقیم از مقادیر کمی هزینه تصادفات رانندگی درهرنقطه و اعمال ضرایب عنوان شده ، هزینه نسبی تصادفات رانندگی در نقاط مختلف با درنظر گرفتن پارامترهای حمل ونقلی و موقعیت آن نقاط در شبکه راه ها واقعی شده و مقایسه نسبی نقاط از لحاظ خطرپذیری را امکان پذیر می سازد. در این پایان نامه با معرفی شاخص منفعت به صورت نسبت هزینه صرفه جویی شده در هنگام وقوع مخاطره به هزینه مقاوم سازی شبکه راه ها در مقابل مخاطره به شناسایی آسیب های ناشی از وقوع مخاطرات طبیعی و انسانی موثر در سطح شبکه راه های برون شهری استان اصفهان و تعیین اولویت های ایمن سازی نقاط مستعد بحران پرداخته شده است. در این روش منفعت ناشی از ایمن سازی به صورت مجموع هزینه صرفه جویی شده در اتلاف وقت سفرهای امدادی و روزمره، هزینه بازسازی راه و ابنیه فنی و هزینه سوخت مازاد مصرفی ناشی از انسداد مسیربه علت وقوع مخاطره و هزینه مقاوم سازی ابنیه فنی و ایمن سازی راه به عنوان هزینه های پیشگیری از وقوع بحران در شبکه های حمل ونقل جاده ای در نظر گرفته شده است و در پایان مخاطرات زمین لغزش، زلزله، تصادفات رانندگی و سیل به عنوان مهم ترین مخاطره های بحران ساز در شبکه راه های استان اصفهان شناخته شده اند. کلمات کلیدی: 1- اولویت بندی 2- شناسایی 3- شبکه حمل ونقل جاده ای 4- مخاطره 5- بحران

پهنه بندی کیفیت آب رودخانه، از اولین و شاید مهم ترین گام ها در مدیریت کیفیت آب رودخانه به شمار می آید. چرا که دید تحلیلگر را نسبت به روند و چگونگی تغییرات آلودگی نسبت به زمان، مکان و شرایط خاص روشن می سازد. در این پایان نامه به منظور پیاده سازی این مفهوم مدیریتی در قالب منطقه مورد مطالعه رودخانه زاینده رود در ابتدا بنای ساخت یک الگوریتم طبقه بندی که در بر گیرنده بخش های مختلف همچون تعریف مسئله، مدل سازی و در نهایت شناخت مناطق مختلف با کیفیت های متفاوت گذاشته شده است. شنـاخت کیفیت آب-های سـطحی جهت مصارف شرب، صنعتی و کشـاورزی امری اجتـناب ناپذیر به نظر می رسد بنابراین از استانداردهای مخصوص نوع مصرف مورد مطالعه استفاده شده و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفته است. همگام با پیشرفت و توسعه فناوری، اطلاعات بیشتر با شرایـط آسـان و در زمانی کوتـاه تر در اختیار انـسان قرار می گیرد. در مورد آب های سطحی، اطلاعات مربوطه را پردازش کرده و نتیجه خلاصه شده آن را برای کاربردهای مختلف به متخصصین ارائه شد. مسئله مهمی که وجود دارد، تعیین معیاری منطقی و درست برای آلودگی است. در تعیین این معیار، پارامترهای مختلفی از کیفیت آب با توجه به کیفیت آلاینده ها و اهداف کنترل آن مشارکت داشته، در نظر گرفتن توأم همه این پارامترها برای تحلیل کیفیت آب یک رودخانه مشکل و پیچیده بوده و نهایتاً با توجه به ضرورت نیاز به استفاده از ابزارها و مدل هایی که هرچه بیشتر به واقعیت مسئله نزدیک باشند، از روش تحلیل مولفه های اصلی در ساختار الگوریتم طبقه بندی، به منظور کاهش تعداد پارامترهای مورد بررسی استفاده شد. نتیجتاً هم زمان با کم کردن حجم اطلاعات و در نتیجه کم شدن حجم محاسبات از از دست رفتن اطلاعات مهم جلوگیری شد. با توجه به ویژگی های روش "تحلیل طبقه بندی فازی" این روش تکنیکی کارآمد و مفید برای شناخت و تحلیل آلودگی رودخانه ها و در پی آن استنتاج، استدلال، کنترل و تصمیم گیری صحیح در مدیریت کیفیت آب می باشد. نگرش این روش به مسئله از دو جنبه ی سودمند مورد بررسی قرار گرفت. جنبه اول، فراوانی و تنوع داده های مربوط به مسائل آلودگی رودخانه که همواره برای تصمیم گیری های مدیریتی گمراه کننده بوده است. برای رفع این مشکل، ابتدا با استفاده از رابطه فازی ممدانی به فازی سازی اطلاعات پرداخته شد و سپس ماتریس تجانس توسط روابط فازی تشکیل گردید. روش ریاضی "تحلیل طبقه بندی" یا " تحلیل گروه" با طبقه بندی و کالیبره کردن داده های فراوان، باعث روشن شدن نگرش نسبت به مسئله و به تبع، باعث تصمیم گیری صحیح در جهت حل معضل گردید. جنبه ی دوم، "تطابق" ابزار مورد استفاده با واقعیت مسئله در طبیعت است. در این راستا علم ریاضیات فازی نقش خود را ایفا و ویژگی مهم تطابق برای تکنیک مورد نظر با استفاده از تکنیک تثبیت ماتریس تشابه و تشکیل نمودار دینامیک طبقه بندی فراهم گردید. در نهایت با مشخص کردن حدود آستانه مناسب طبقه بندی کیفی صورت گرفته و نتایج مورد بررسی قرار گرفته شد. کارایی روش پیشنهادی با استفاده از اطلاعات کیفی جمع آوری شده از نقاط پایش کیفیت آب در طول رودخانه زاینده رود ارزیابی شده است. در ادامه به بررسی کیفی بازه های ایجاد شده پرداخته و برای هرکدام از بازه ها راه کارهایی برای بهبود کیفیت آب ارائه گردیده شد.

عدم تعادل منابع و مصارف آبی در سطح حوضه های آبریز، اختلافاتی بر سر تخصیص آب به مصرف کنندگان مختلف را به همراه داشته است. تئوری بازیها ابزاری نوین در جهت رفع اختلاف در زمینه منابع آب محسوب می شود. در این تحقیق از روشهای تئوری بازیها، رویکردهای همکارانه و غیرهمکارانه، به منظور تخصیص آب در سطح حوضه آبریز زاینده رود استفاده شده است. سناریوهایی با در نظر گرفتن شرایطی از جمله اصلاح مصرف، برداشت مجاز از آبخوان ها و طرح انتقال آب به حوضه به منظور اعمال در روش های به کار گرفته شده در رویکرد همکارانه ارائه می شود. از جمله روش های همکارانه روش های ورشکستگی می-باشد که مقدار منابع موجود جوابگوی نیاز های سیستم نبوده و هدف تخصیص منصفانه و برآورده کردن نسبتی از ادعای ذینفعان سیستم می باشد. روش های ورشکستگی نسبی، نسبی تعدیل شده، مقید به سود یکسان زیرمجموعه از روش های رویکرد ورشکستگی می باشد که در دو روش اول نسبتی مساوی از نیاز مدعیان برآورده شده و در دیگری ذینفعانی با ادعای کمتر از نفع بیشتری بهره می-برند. نتایج بدست آمده نشان از تامین 80 درصد ادعای ذینفعان در شرایط نرمال آبی و حدود 50 درصد در شرایط خشکسالی در روشهای نسبی بوده و در روش مقید به سود یکسان ذینفعانی از جمله شرب خارج از حوضه و صنایع کوچک با ادعای کمتر بطور کامل تامین می شوند همچنین روش های استفاده شده با شاخص پایداری در رفتار ارزیابی شده که برای سال هایی با بحران کمبود آب روش نسبی تعدیل شده و سال های نرمال آبی روش مقید به سود یکسان به عنوان گزینه مناسب ارائه می شود. به منظور اعمال سیاست-های مختلف در تخصیص منابع آب از مدل مشارکتی scrb بر پایه روش هسته استفاده شد که در این روش اساس تخصیص بر همکاری و عملکرد اقتصادی مصرف کنندگان( ذینفعان) در بازی می باشد که در این روش شرط همکاری هر ذینفع، صرنظر از دریافت ادعای کامل خود می باشد به همین دلیل آن دسته از ذینفعانی که ادعای بیشتری نسبت به این منابع داشته باشند، در نتیجه همکاری موثرتر هستند. نتایج این مدل با نتایج تخصیص اولیه با مدل weap مقایسه شده که عملکرد حوضه با مدل scrb از لحاظ اقتصادی مناسب تر می باشد. همچنین کلیه نتایج بدست آمده از روش های تخصیص در رویکرد همکارانه با روش های تصمیم-گیری اجتماعی ارزیابی شده و نتایج نشان می دهد که روش مقید به سود یکسان از محبوبیت بالاتری برخوردار است. مدل گرافیکی حل اختلاف(gmcr) از روش های رویکرد غیرهمکارانه، بازی مورد نظر را بین دو ذینفع که شامل شرکت آب منطقه ای اصفهان و سازمان جهاد کشاورزی استان اصفهان می باشند، بصورت مناقشه ای بررسی می کند و سناریوی متعادل و پایدار جهت اعمال برای حل اختلاف ارائه می دهد که این سناریو حاکی از اصلاح راندمان آبیاری و توسعه اراضی کشاورزی به همراه کنترل برداشت از سفره های زیرزمینی می باشد.

برف به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای موثر در بیلان آبی مناطق کوهستانی از اهمیت بسزایی برخوردار است. در حوضه های کوهستانی بخش عمده ای از بارندگی به صورت برف نازل می شود و جریان حاصل از ذوب برف قسمت اعظم رواناب در فصول بهار و تابستان را تشکیل می دهد. رواناب حاصل از ذوب برف در تامین منابع آب آشامیدنی و کشاورزی و تغذیه سفره های زیرزمینی موثر بوده و در برخی موارد منشأ بروز سیلاب های مخرب می باشد. بنابراین شناخت دقیق ویژگی های برف در زمان و مکان به منظور مدیریت صحیح و موثر منابع آب حائز اهمیت بسیار است. در این پایان نامه اثر تغییر اقلیم بر رواناب ناشی از ذوب برف در بالادست حوضه آبریز زاینده رود و مشخصاً در دو زیرحوضه بالادست ایستگاه های هیدرومتری قلعه شاهرخ و اسکندری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای نیل به این هدف از محصولات روزانه و هشت روزه پوشش برف سنجنده مودیس برای پایش پوشش برف در بالادست حوضه آبریز زاینده رود به عنوان یکی از متغیرهای مهم در مدل شبیه سازی برف-رواناب srm استفاده شده است. به عنوان پیش نیازی بر استفاده از این محصولات، دقت آن ها در تشخیص پوشش برف بوسیله مقایسه با برداشت های انجام شده در ایستگاه های زمینی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقایسه مشخص گردید، محصول روزانه پوشش برف، دارای دقت کلی 37/73% و در شرایط هوای صاف دارای دقت 05/92% می باشد. دقت محصول هشت روزه پوشش برف در منطقه مورد مطالعه نیز 18/84% برآورد گردید. با استفاده از پوشش برف استخراج شده و متغیرهای دیگر مدل و همچنین تعیین پارامترهای مدل، شبیه سازی ذوب برف در دو زیرحوضه مورد مطالعه انجام گرفت که نتایج در مراحل کالیبراسیون و صحت سنجی نشان دهنده دقت قابل قبول این مدل در شبیه سازی رواناب در منطقه مورد مطالعه می باشد. سپس اثر تغییر اقلیم بر بارش و دما به عنوان دو متغیر اثرگذار بر ذوب برف در منطقه مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی از مدل چرخش عمومی hadcm3 تحت دو سناریوی انتشار a2 و b2 استفاده گردید. برای ریزمقیاس سازی داده های خروجی مدل چرخش عمومی نیز از مدل آماری sdsm نسخه 2/4 استفاده شد. نتیجه بررسی انجام گرفته نشان دهنده افزایش قابل توجه دما (حداکثر تا 9/4+ برای ایستگاه سینگرد و 46/3+ برای ایستگاه بادیجان) در منطقه مورد مطالعه می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد بارش در دهه های آینده روندی کاهشی خواهد داشت، گرچه این روند کاهشی چندان شدید نخواهد بود. نهایتاً با استفاده از خروجی های ریزمقیاس شده مدل چرخش عمومی شبیه سازی برف-رواناب برای دو بازه 2011 تا 2040 به عنوان آینده نزدیک، و 2071 تا 2099 به عنوان آینده دور انجام گرفت، که نتایج نشان دهنده کاهش حجم رواناب سالانه در هر دو زیرحوضه و کاهش شدید رواناب تولید شده در فصول بهار و تابستان و افزایش رواناب در فصول زمستان و پائیز می باشد. همچنین مشخص گردید دبی های بیشینه از ماه های مارس و آوریل به ماه های دسامبر و ژانویه جا به جا خواهند شد و بزرگی این دبی های بیشینه کاهش خواهد یافت.

با توجه به مسئله بحران کمبود آب یکی از راهکار های موثر و قابل برنامه ریزی در بحث مدیریت منابع آب، استفاده تلفیقی بهینه از منابع آب های سطحی و زیرزمینی می باشد. به طوری که در بسیاری از حالات و شرایط بتوان نیازهای موجود شامل نیازهای کشاورزی، صنعت، شرب و محیط زیست را در ماه های مختلف سال با در نظر گرفتن حجم تجدید پذیر آبخوان و میزان افت سطح ایستابی آب برآورده نمود. به همین منظور استفاده از روش های شبیه سازی و بررسی سناریوهای ممکن یک روش مفید و قدرتمند در تعیین استراتژی های مدیریتی و طراحی برای توسعه ی بهره برداری تلفیقی از منابع آب های سطحی و زیرزمینی است. در این تحقیق بهره برداری تلفیقی منابع آب حوضه زاینده رود و به طور ویژه زیر حوضه نجف آباد از دیدگاه کمی مورد توجه قرار گرفته است. پس از بررسی دقیق حوضه مورد مطالعه از نظر منابع آب سطحی و زیرزمینی، نیازهای آبی و سایر پارامترهای موثر جهت تهیه مدل و همچنین تعیین مرزهای محدوده مورد مطالعه از مدل شبیه سازی groundwater vistas 4.0 برای هفت سال آبی با دوره تنش و گام های زمانی ماهانه جهت شبیه سازی بخش زیرزمینی آبخوان و ارزیابی اثرات سیاست های تلفیقی آب های سطحی و زیرزمینی استفاده شده است. با توجه به توسعه مدل weap به عنوان ابزاری برای برنامه ریزی انعطاف پذیر، جامع و شفاف به منظور ارزیابی پایداری حال حاضر آبی و الگوهای تأمین آب و ارزیابی شرایط مختلف بلند مدت از این مدل به منظور شبیه سازی منابع آب سطحی منطقه و تولید و توسعه سناریوهای مختلف بهره برداری از آب های سطحی استفاده شده است. جهت تحقق اهداف مورد نظر در این تحقیق، پس از ایجاد تغییراتی در مدل شبیه سازی آب زیرزمینی منطقه و کالیبره نمودن مدل، با استفاده از بسته های خروجی مدل آب زیرزمینی امکان ایجاد یک ارتباط پویا میان مدل های gwv و weap فراهم شده و در نهایت با ایجاد مدل weap-modflow و پیاده سازی جزئیات مدل، پس از اجرای مدل این امکان فراهم می شود که با اتصال سلول های معینی از بین سلول های فعال مدل modflow به عناصر weap مدیریت آبخوان با تقسیم منطقه به زیر بخش های مختلف انجام پذیر باشد. با توجه به نتایج مدل weap-modflow در هر گام زمانی می توان اثرات تخصیص آب سطحی و زیرزمینی به گره های مختلف نیاز و آب برگشتی از این گره ها را بر روی سطح ایستابی آبخوان در تک تک سلول ها مشاهده نمود و با در نظر گرفتن سناریوها یا گزینه های مدیریتی مختلف اثرات سیاست های مدیریتی مختلف را در درصد تأمین نیاز های شرب، صنعت، کشاورزی و زیست محیطی منطقه و سطح ایستابی در آبخوان مورد بررسی قرار داد. در نهایت با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی، ahp و توسط نرم افزار expert choice بهترین گزینه مدیریتی انتخاب می گردد. نتایج مدل تدوین شده نشان می دهد که در نظر گرفتن شرایطی از جمله کاهش نیازها از طریق اصلاح الگوی مصرف، برداشت مجاز از آبخوان ها، طرح انتقال آب به حوضه و تغییر اولویت های تخصیص امکان بهره مندی بلند مدت از آبخوان های محدوده به عنوان منبع مطمئن و مکمل آب سطحی و نیز بهبود وضعیت آبخوان ها و استفاده بهینه از منابع آب سطحی و تأمین هر چه بیشتر نیازهای آبی منطقه را در پی خواهد داشت.

در سال‏های اخیر با وقوع خشکسالی‏های متوالی و کاهش منابع آب سطحی در رودخانه‏ها و مخازن سدها، رویکرد استفاده روزافزون از منابع آب زیرزمینی در اغلب مناطق کشور منجمله مناطق مرکزی توسعه یافته و باعث ایجاد مشکلاتی در برنامه ریزی و بهره برداری از منابع آب شده است، تا جایی که در برخی مناطق ایران از جمله حوضه ی آبریز زاینده رود سطح سفره های آبهای زیرزمینی به شدت افت کرده است (بین 2 تا 12 متر در آبخوان های مختلف در طی سال آبی گذشته). این مطالعه برروی آبخوان‏های حوضه آبریز زاینده رود انجام گرفته است. در سال‏های اخیر به علت کاهش منابع آب سطحی، این حوضه با افزایش شدید در استفاده از آب‏های زیرزمینی مواجه شده است که به تبع آن سطح آب زیرزمینی در اکثر آبخوان‏های این حوضه به صورت چشمگیری افت پیدا کرده است. تا به حال شاخص های خشکسالی متعددی جهت پیشبینی و تعیین شدت خشکسالی ارائه شده است، اما شاخص جامعی جهت برآورد شدت خشکسالی آب‏های زیرزمینی ارائه نشده است. در این پایان نامه با استفاده از داده های سال‏های آبی (1390-1374)، با بهره-گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی (gis) پارامترهای تعیین شاخص جامع خشکسالی آب‏ زیرزمینی (igdi) محاسبه شده است و به مقایسه ی این شاخص با شاخص منبع آب زیرزمینی (gri) پرداخته شده است. شاخص پیشنهادی در این پایان‏ نامه دربر گیرنده‏ پارامترهای اصلی خشکسالی در دو گروه پارامترهای استاتیک و دینامیک می‏باشد. پارامترهای استاتیک شامل خصوصیات خاک در سه لایه ی سطحی، غیراشباع و اشباع، هدایت هیدرولیکی، کاربری اراضی و پارامترهای دینامیک شامل حجم بارش نفوذی به آبخوان، ضخامت لایه ی اشباع، حجم آب رهاشده از سد ذخیره‏ای بالادست، هدایت الکتریکی و سطح پیزومتریک لایه آبدار می-باشد.به دلیل طولانی بودن فرآیند نفوذ و تغذیه آب‏های زیرزمینی ناشی از بارش، فاصله زمانی بین خشکسالی هواشناسی و خشکسالی آب‏های زیرزمینی به لحاظ وضعیت بحرانی آن‏ها دیده می‏شود. از اینرو انتخاب شاخصی جامع جهت تعیین شدت آسیب‏پذیری آب‏های زیرزمینی در مقابل خشکسالی در راستای برنامه ریزی و مدیریت خشکسالی این حوضه کمک شایانی خواهد کرد.

روزافزون جوامع باشد، مدیران به سمت مدیریت تقاضای آب، جهت حرکت به سمت مصرف پایدار متمایل شدند. با توجه به رشد نیاز آبی در بخش های مختلف، کمبود آب گریبان گیر حوضه آبریز زاینده رود است که در شرایط خشکسالی، این کمبود بیش تر احساس می شود. به همین دلیل این تحقیق سعی نمود اقداماتی را که می توانند بر تقاضای آب در بخش مصارف آب شرب، کشاورزی و صنعت تأثیرگذار باشند، شناسایی نماید. برای تعیین اولویت این اقدامات در حوضه مورد مطالعه، به دلیل وجود گزینه ها و معیارهای مختلف، از فرایند تحلیل سلسله مراتبی، به عنوان یکی از روش های پرکاربرد تصمیم گیری چندمعیاره، کمک گرفته شد. مقایسه های زوجی مورد نیاز این فرایند، بر مبنای نظرات کارشناسان هر بخش صورت پذیرفت. در نهایت، وزن های نهایی اقدامات هر بخش با استفاده از نرم افزار expert choice 11 استنتاج گردید. نتایج این بخش، می تواند راهنمای مدیران تقاضای آب در بخش های آب شرب و کشاورزی باشد. : هنگامی که تعادل بین عرضه و تقاضای آب برهم خورد و مدیریت عرضه آب نتوانست پاسخگوی تقاضای روزافزون جوامع باشد، مدیران به سمت مدیریت تقاضای آب، جهت حرکت به سمت مصرف پایدار متمایل شدند. با توجه به رشد نیاز آبی در بخش های مختلف، کمبود آب گریبان گیر حوضه آبریز زاینده رود است که در شرایط خشکسالی، این کمبود بیش تر احساس می شود. به همین دلیل این تحقیق سعی نمود اقداماتی را که می توانند بر تقاضای آب در بخش مصارف آب شرب، کشاورزی و صنعت تأثیرگذار باشند، شناسایی نماید. برای تعیین اولویت این اقدامات در حوضه مورد مطالعه، به دلیل وجود گزینه ها و معیارهای مختلف، از فرایند تحلیل سلسله مراتبی، به عنوان یکی از روش های پرکاربرد تصمیم گیری چندمعیاره، کمک گرفته شد. مقایسه های زوجی مورد نیاز این فرایند، بر مبنای نظرات کارشناسان هر بخش صورت پذیرفت. در نهایت، وزن های نهایی اقدامات هر بخش با استفاده از نرم افزار expert choice 11 استنتاج گردید. نتایج این بخش، می تواند راهنمای مدیران تقاضای آب در بخش های آب شرب و کشاورزی باشد. علاوه بر این، سعی شد با استفاده از نظرات کاشناسان بخش های مختلف ونیز اقدامات مشابه و موفق انجام گرفته در سایر مناطق، برآوردی از میزان پتانسیل کاهش مصرف در بخش های شرب، کشاورزی و صنعت بدست آید. نتایج نشان داد که بر مبنای مصارف سال 1385، پتانسیل کاهش مصرف 294 میلیون مترمکعب و بر اساس نیاز آبی افق توسعه سال 1410، پتانسیل کاهش 523 و 424 مترمکعب برای دو سطح کشت متفاوت وجود دارد. با توجه به نتایج این تحقیق می توان چنین اظهار داشت که با برنامه ریزی بلند مدت و اجرای صحیح اقدامات مدیریت تقاضای آب، می توان به میزان قابل توجهی از مصارف موجود و نیاز آبی آینده حوضه آبریز زاینده رود کاست.

در عصر حاضر که نیاز به آب افزایش وکمبود آب سطحی شدت پیدا کرده است بهره برداری تلفیقی به عنوان راهکاری برای غلبه بر مشکلات شناخته شده است. در این راستا استفاده از مدل های شبیه سازی/ بهینه سازی یک روش قدرتمند در بهره برداری بهینه از سیستم آب های سطحی و زیرزمینی محسوب می شود. مدل های شبیه ساز توانایی شبیه سازی پاسخ های سیستم به سیاست های مدیریتی اعمال شده را دارا هستند. مدل های بهینه ساز، سیاست های مدیریتی بهینه را از میان مجموعه ای از سیاست های مدیریتی ممکن تعیین می کنند. در این تحقیق از مدل شبکه ی عصبی مصنوعی به عنوان مدل شبیه ساز و از الگوریتم مورچه به عنوان مدل بهینه ساز جهت تعیین سیاست های بهره برداری بهینه در محدوده ی آبخوان نجف آباد از زیرحوضه های حوضه ی بزرگ زاینده رود استفاده شده است. با توجه به وجود سه شبکه ی مدرن آبیاری در محدوده ی مطالعاتی، مدل مدیریتی مذکور برای 3 منطقه ی کشاورزی نکوآباد راست، نکوآباد چپ و خمیران اجرا گردید. از تعداد 240 ردیف داده ی موجود حاصل از آمار 20 ساله ی منطقه، جهت آموزش شبکه های عصبی مصنوعی استفاده گردید. مدل های شبکه ی عصبی مصنوعی امکان تخمین تراز ایستابی مناطق کشاورزی را تحت سیاست های مدیریتی برداشت آب به صورت ماهیانه فراهم آورد، سپس با ترکیب این مدل ها با مدل بهینه سازی الگوریتم مورچه، بهینه ترین سیاست های برداشت آب با هدف کاهش کمبود آب بدست آمد. از نتایج این تحقیق، کمبود منابع آب جهت تامین نیاز کشاورزی محدوده ی مطالعاتی است که بایستی جهت رسیدن به توسعه ی پایدار نیاز آبی منطقه را کاهش داد. همچنین تعیین میزان تخصیص آب سطحی و زیرزمینی برای هر منطقه در دوره های خشک سالی و ترسالی از دیگر نتایج این تحقیق است.

امروزه ایران در شمار کشورهای در حال توسعه قرار گرفته است. لیکن چنانچه همزمان با توسعه، مسائل محیط زیست به خصوص کیفیت آب توجه نشود، نه تنها توسعه اقتصادی به دست نمی آید، بلکه این امر مشکلات و عواقبی جبران ناپذیری را به همراه خواهد داشت. رودخانه زاینده رود به عنوان یکی از رودخانه های مهم بخش مرکزی مدت طولانی است که محل دفع فاضلاب های تصفیه نشده شهر، روستاها و چندین صنعت کوچک و بزرگ اطراف آن شده است. در راستای تدوین طرح مقابله با خشکسالی و مدیریت فعال آن و با توجه به توسعه صنعتی و اثرات مخرب خشکسالی و تأثیر آن بر کیفیت منابع آب سطحی و محیط زیست رودخانه، همچنین لزوم در اختیار داشتن مدلی مدیریتی جهت مدیریت کیفی این رودخانه، انجام تحقیقاتی در زمینه آلودگی آن از لحاظ کمی و کیفی واستفاده از ابزارهای مدیریتی چون مدلهای ریاضی و کامپیوتری به منظور پیش بینی وضعیت کیفی آب این رودخانه و پیشگیری از آلودگی فزاینده آن امری مهم به نظر می رسد. هدف از انجام تحقیق، پیش بینی و شبیه سازی پارامتر کیفی هدایت الکتریکی آب در دوره ی خشکسالی و به دست آوردن ارتباط پارامترهای کیفی و هیدرولوژیکی رودخانه زاینده رود به وسیله ابزار مدلسازی شبکه عصبی مصنوعی می باشد. برای سه ایستگاه اول بالادست شبکه های شعاع مبنا نتایج قابل قبولی را ارائه داد و برای پنج ایستگاه پایین دست شبکه پرسپترون چندلایه نتایج مناسب تری را نمایش داد. نتایج نشان داد که شبکه های عصبی مصنوعی در به دست آوردن ارتباط بین پارامتر هدایت الکتریکی و پارامترهای هیدرولوژیکی در شرایط خشکسالی، توانایی بالایی دارند.

در مسایل مورفودینامیکی و ساماندهی رودخانه، جریان غالب شکل دهنده آبراهه به عنوان دبی طراحی در مسایلی چون احیاء رودخانه استفاده میشود. اصولاً جریان غالب می تواند به روش صحرایی، جریان با یک دوره بازگشت معین و یا جریان موثر محاسبه شود. تعادل اشکال رودخانه ها متأثر از انرژی ناشی از جریان آب و مقاومت رسوبات در مقابل فرسایش است و جریان موثر هم جریانی است که بیشترین رسوب را در طول دوره آماری انتقال می دهد. هرگونه تغییر در مورفولوژی آبراهه نتیجه تغییرات محلی در رسوب است. وقتی رودخانه در تعادل و یا رژیم است، مورفولوژی مقطع پر خودش را نسبت به جریانی که باعث انتقال بیشترین رسوب می شود تنظیم می کند. بطوریکه طی دوره ای هیچ فرسایش و یا رسوبگذاری خالصی در طول آبراهه وجود نخواهد داشت، اما هرگونه تغییر در رژیم جریان و یا رسوب رودخانه مقدار این جریان را تغییر داده و منجر به ناپایداری در آبراهه خواهد شد. این ناپایداری در آبراهه تا رسیدن به شرایط جدید ادامه داشته و آبراهه برای رسیدن به تعادلی جدید لازم است که خود را با شرایط جدید وفق دهد. در این پایان نامه تخمین جریان موثر با استفاده از بار معلق اندازه گیری شده و بار بستر محاسبه شده برای 11 رودخانه شنی و 7 رودخانه ماسه ای به روش های محاسباتی مختلف شامل منحنی سنجه رسوب، روش میانگین، قدرت جریان اضافی بررسی شده و فاکتورهای تأثیرگذار در تعیین این جریان ارزیابی شده است. در کنار روش محاسباتی برای جریان موثر، مدلی تحلیلی برای این جریان تحت شرایط مختلف رودخانه ای بررسی شده است. نتایج بدست آمده از مدل توانست با اختلاف قابل قبولی گویای مقدار واقعی برای جریان موثر بوده و می تواند برای تعیین دبی طراحی برای رودخانه تحت شرایط موجود آن استفاده شود. نتایج بدست آمده برای جریان موثر برای بار بستر و بار معلق در دو نوع اصلی رودخانه های شنی و ماسه ای متفاوت است. در رودخانه های شنی برای بار معلق جریان موثر کمتری نسبت به بار بستر بدست آمده و همچنین در این نوع رودخانه ها جریان موثر برای بار بستر دوره بازگشت بزرگتری نسبت به جریان مقطع پر دارا می باشد. در رودخانه های ماسه ای عکس حالت قبل جریان موثر برای دو بار بستر و معلق یکسان عمل کرده و دارای مقادیری برابر و یا کوچکتر از جریان مقطع پر بوده اند. این نتایج نشان داده که در بررسی و محاسبه جریان موثر در رودخانه های شنی لازم است که بار بستر محاسبه شود و برای دست یافتن به نتایجی بهتر لازم است که بار بستر اندازه گیری شده استفاده شود. اما در بررسی رفتار جریان موثر برای رودخانه های ماسه ای استفاده از تنها بار معلق در این نوع رودخانه ها کافی می باشد.

افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در جو زمین تغییرات قابل ملاحظه ای را در اقلیم زمین به وجود آورده است. با توجه به اینکه گرمایش زمین عامل تهدیدکننده ای برای زندگی بشر و کشاورزی در کره زمین می باشد، لذا پیش بینی تغییرات اقلیمی در آینده امری ضروری به حساب می آید. در این پایان نامه، هدف پیش بینی دما و بارش روزانه آینده نزدیک (2050-2021) و آینده دور (2099-2071) می باشد. معمولترین ابزار برای توسعه سناریوهای اقلیمی در جهت ارزیابی اثرات کمّی استفاده از مدل های aogcm، می باشند. هر مدل aogcm، دارای پیش بینی متفاوتی از آینده می باشد. این مدل ها بطور معمول اقیانوس و اتمسفر زمین را در جهت افقی به مقیاس 2 تا 4 درجه سانتیگراد عرضی و طولی و در جهت عمودی به 10 تا 20 لایه تقسیم می کنند. بنابراین نیاز به راهی برای تبدیل مقیاس این مدل ها به مقیاس منطقه ای می باشد. بدلیل عدم قطعیت های موجود در مدل های aogcm، و براساس مطالعات جدید در نواحی مختلف جهان، مدل های چندگانه گروهی (multimodel ensemble)، بهترین ابزار برای پیش بینی تغییر اقلیم می باشد. اولین قدم پس از گرفتن خروجی مدل های gcm، پیداکردن مقادیر آنها در ایستگاه مورد نظر است. بنابراین نیاز به راهی برای درونیابی بین مقادیر اطراف ایستگاه ها می باشد، که در این پایان نامه، از روش مطلوب وزن دهی عکس فاصله (idw)، استفاده شده است. قدم بعدی ساخت مدل های چندگانه گروهی است و مسأله نحوه وزن دهی مدل و ترکیب آنها می باشد. در این پایان نامه از چهار روش وزن دهی استفاده شده است؛ 1-rea، 2-روش رِیسنِن، 3-وزن دهی میانگین مشاهداتی دما و بارش و 4- وزن دهی یکسان. هر کدام از روش های وزن دهی مدل های gcm را براساس معیارهایی مورد ارزیابی قرار می دهد و وزن خاصی نسبت می دهد. از داده های مشاهداتی دما و بارش در دوره سال های 2009-2001 برای مقایسه هر کدام از روش ها استفاده شد و بهترین روش وزن دهی بر اساس میزان تطابق بهتر با داده های مشاهداتی انتخاب شد. روش های انتخاب شده برای ایجاد مدل چندگانه خروجی و پیش بینی دوره آینده دور و نزدیک بکار گرفته شد. نتایج نشان می دهد در هر دو دوره دور و نزدیک دمای حداقل و حداکثر در کل ماه های سال افزایش می یابد که این بر خلاف بارش می باشد. در حالیکه بارش سالانه در هر دو دوره کاهش خواهد داشت اما این کاهش در تمام ماه های سال نیست. بارش در فصل تابستان افزایش و در فصل زمستان کاهش خواهد یافت.

در این تحقیق بهره برداری بهینه از منابع آب سطحی و زیرزمینی در محدوده مطالعاتی نجف آباد در حوضه آبریز زاینده رود مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به اینکه در این منطقه بخش کشاورزی مصرف کننده عمده آب سطحی انتقال یافته از طریق شبکه های آبیاری نکوآباد راست و چپ می باشد و آب زیرزمینی می باشد، تدوین مدل مدیریتی به منظور تعیین میزان تخصیص بهینه از هر یک از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی موجود به اراضی تحت کشت در گام های زمانی ماهانه مورد توجه قرار گرفته است. در مدل مدیریتی از ترکیب مدل شبیه سازی داده محور شبکه عصبی و الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی استفاده شده است. به این صورت که در هر تکرار الگوریتم بهینه سازی، مدل شبیه سازی تغییرات به وجود آمده در تراز آب زیرزمینی را نشان می دهد. مدل مدیریتی تحت سناریوهای مختلف اجرا شد و توسط الگوریتم بهینه سازی میزان برداشت از منابع آب های سطحی و زیرزمینی به دست آمد. نتایج به دست آمده نشان می دهد در منطقه راست نکوآباد امکان تامین نیاز آبی در بیشتر شرایط وجود دارد، ولی در منطقه چپ نکوآباد با توجه به نیاز آبی بالا در بیشتر شرایط امکان تامین تمام نیاز آبی وجود ندارد.

مدل سازی تلفیقی منابع آب، مدل سازی ریاضی اندرکنش جریان های سطحی و زیرزمینی است که اثر متقابل جریان های سطحی و زیرزمینی را با لحاظ نمودن اثرات سایر پارامترهای موثر از قبیل تغذیه، برداشت و تبادلات سیستمی نشان می دهد. این نوع مدل سازی می تواند نقش اصلی را در مدیریت و بهره برداری جامع از منابع آب ایفا نماید. در این تحقیق به بررسی و مدل سازی یک هیدروسیستم پیچیده و به طور خاص مدل سازی اندرکنش رودخانه، سیستم کانال های آبیاری و زهکشی چند شبکه ای با آبخوان چند لایه ای شامل لایه های آبدار محصور و غیرمحصور پرداخته شده است. در این مدل سازی محدوده زیرحوضه کوهپایه- سگزی با ساختار فیزیکی پیچیده به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده است و شرایط فیزیکی، معادلات حاکم بر اندرکنش جریان های سطحی وزیرزمینی، پارامترهای موثر بر فرآیند اندرکنش، نحوه تأثیر پارامترها، لحاظ نمودن اثرات مربوطه در مدل و محدودیت های مدل سازی، به منظور ارایه مدل شبیه ساز تلفیقی در یک نمونه کاربردی، براساس ساختار مدل groundwater vistas 4 بررسی شده است. مدل شبیه سازی تلفیقی برای حالت های ماندگار و ناماندگار به صورت جداگانه اجرا و در مراحل مختلف مورد واسنجی قرار گرفته است و با انجام آنالیز حساسیت در مراحل مختلف ضمن بررسی نحوه و میزان تأثیر هر یک از پارامترها بر نتایج مدل در هر مرحله، صحت نتایج حاصل از واسنجی مدل مورد تأیید قرار گرفته است. در نهایت رفتار هیدرولیکی هیدروسیستم مشخص و مقادیر سطح تراز هیدرولیکی، جریان و میزان تبادلات جرمی، ضرایب هیدرودینامیک سفره های سطحی وعمقی به صورت متوسط، و سایر پارامترهای مورد نظر نیز تعیین و ارایه شده است. لازم به ذکر است که در کلیه مراحل مدل سازی اندرکنش آب های سطحی و زیرزمینی در محیط اشباع فرض گردیده است.

در خلال قرن گذشته در بسیاری از نقاط جهان به طور فزاینده ای منابع آب با مواد lnapl (سیالات امتزاج ناپذیر سبکتر از آب) آلوده شده اند. این سیالات یک خطر جدی برای منابع آب به شمار رفته و برای جلوگیری از مشکلات زیست محیطی و بهداشتی، آبهای آلوده به این مواد بایستی به سرعت پاکسازی شوند. این مواد در حرکت خود به سمت پایین تحت تاثیر نیروهای گرانش و مویینگی قرار گرفته و پیش بینی رفتار آنها بر اساس میزان این دو نیرو انجام می شود. همچنین در صورت نفوذ عمقی به زمین و رسیدن به سطح آبهای زیرزمینی به صورت یک لایه نازک روی آن قرار گرفته و حرکت می کنند. شایان توجه است در صورتی که سطح آب زیرزمینی نوسان داشته باشد، مواد نفتی متحرک در مناطقی که قبلاً آب زیرزمینی در آن جریان داشته به حالت پسماند در خواهند آمد. مواد نفتی پسماند قطراتی از سیال هستند که بر اثر نیروی مویینگی بین حفرات خاک در تله افتاده و امکان حرکت آزادانه از آنها گرفته شده است. با توجه به میزان قابل توجه نیروی مویینگی به ویژه در خاکهای با بافت ریزدانه، پاکسازی این مواد بسیار دشوار و در مواردی غیر ممکن خواهد بود. روشهای جدیدی برای پاکسازی آبهای آلوده به lnapl ها بدون برداشت خاکهای آلوده ابداع شده اند که اکثر آنها مبتنی بر پمپاژ آبهای آلوده هستند. در تحقیق موجود، مروری بر روشهای پاکسازی آبخوانهای آلوده به این مواد انجام و در نهایت یک روش به عنوان روش مناسب برای آبخوانهای عمیق و نفوذ پذیر انتخاب شده است. روش انتخاب شده، تخلیه دوپمپه بوده که راندمان بالایی در پاکسازی مواد lnapl از آبهای زیرزمینی دارد. این روش مبتنی بر استفاده همزمان از دو پمپ متحرک(یکی برای آب و دیگری برای نفت) است. در سالهای اخیر محققان همواره به دنبال بهینه سازی این روش بوده اند، به گونه ای که حتی الامکان از تبدیل مواد نفتی متحرک به مواد پسماند جلوگیری شود. در رابطه ای که اخیراً ارایه شده است با ایجاد یک رابطه خطی بین دبی آب و نفت، از به وجود آمدن مواد نفتی پسماند جلوگیری می شود در حالی که مزیت این روش که راندمان بالا در پاکسازی است، همچنان حفظ می گردد. برای شبیه سازی روند پاکسازی نیاز به یک مدل شبیه ساز بود. مدل شبیه ساز انتخاب شده در این تحقیق با نام utchem، یک مدل سه بعدی بوده و بر اساس تفاضلات محدود کار می کند. این مدل به سفارش سازمان محیط زیست آمریکا توسعه داده شده و جزء جامع ترین مدلهای موجود برای پیش بینی رفتار جریانهای چند فازی می باشد. البته در این تحقیق تنها از قابلیتهای اصلی این مدل برای شبیه سازی فرآیندهای اصلی کیفی آب زیرزمینی نظیر انتقال، دیسپرژن و دیفیوژن استفاده و از فرآیندهایی چون جذب، تجزیه بیولوژیکی، انتقال دما، مواد فعال در سطح و واکنشهای شیمیایی صرف نظر گردیده است. از طرف دیگر با توجه به اینکه هدف نهایی این تحقیق بهینه سازی روند پاکسازی می باشد، فرم کلاسیک الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش مناسب بهینه سازی برای کمینه کردن تابع هدف(مقدار هزینه) انتخاب شده است. این الگوریتم با یافتن بهترین مکان برای حداکثر 3 چاه از بین 9 چاه محتمل و نیز بهترین دبی چاههای انتخاب شده برای پمپهای آب و نفت (در محدوده تعیین شده توسط کاربر) مقدار کل هزینه های لازم برای پاکسازی را کمینه می کند. البته چاه مرکزی توسط برنامه نوشته شده در مرکز سطح هاله آلودگی قرار گرفته و مکان بقیه چاههای محتمل نسبت به آن تعیین می گردد. مزیت این الگوریتم استفاده آسان و سادگی برنامه نویسی با آن می باشد که البته در این تحقیق از روش باینری این الگوریتم به علت کارکرد ساده تر استفاده شده است. در نهایت برنامه توسعه داده شده در این تحقیق با نام lr optimizer برای بهینه سازی روند پاکسازی آبخوان اطراف پالایشگاه اصفهان به lnapl ها به عنوان یک مطالعه موردی، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این بهینه سازی مکان و دبی چاههای پمپاژ آب و نفت را مشخص نموده است. الگوریتم استفاده شده در این تحقیق می تواند با پیشنهادات داده شده ارتقاء یافته و زمان اجرای کمتری را به خود اختصاص دهد. چکیده در خلال قرن گذشته در بسیاری از نقاط جهان به طور فزاینده ای منابع آب با مواد lnapl (سیالات امتزاج ناپذیر سبکتر از آب) آلوده شده اند. این سیالات یک خطر جدی برای منابع آب به شمار رفته و برای جلوگیری از مشکلات زیست محیطی و بهداشتی، آبهای آلوده به این مواد بایستی به سرعت پاکسازی شوند. این مواد در حرکت خود به سمت پایین تحت تاثیر نیروهای گرانش و مویینگی قرار گرفته و پیش بینی رفتار آنها بر اساس میزان این دو نیرو انجام می شود. همچنین در صورت نفوذ عمقی به زمین و رسیدن به سطح آبهای زیرزمینی به صورت یک لایه نازک روی آن قرار گرفته و حرکت می کنند. شایان توجه است در صورتی که سطح آب زیرزمینی نوسان داشته باشد، مواد نفتی متحرک در مناطقی که قبلاً آب زیرزمینی در آن جریان داشته به حالت پسماند در خواهند آمد. مواد نفتی پسماند قطراتی از سیال هستند که بر اثر نیروی مویینگی بین حفرات خاک در تله افتاده و امکان حرکت آزادانه از آنها گرفته شده است. با توجه به میزان قابل توجه نیروی مویینگی به ویژه در خاکهای با بافت ریزدانه، پاکسازی این مواد بسیار دشوار و در مواردی غیر ممکن خواهد بود. روشهای جدیدی برای پاکسازی آبهای آلوده به lnapl ها بدون برداشت خاکهای آلوده ابداع شده اند که اکثر آنها مبتنی بر پمپاژ آبهای آلوده هستند. در تحقیق موجود، مروری بر روشهای پاکسازی آبخوانهای آلوده به این مواد انجام و در نهایت یک روش به عنوان روش مناسب برای آبخوانهای عمیق و نفوذ پذیر انتخاب شده است. روش انتخاب شده، تخلیه دوپمپه بوده که راندمان بالایی در پاکسازی مواد lnapl از آبهای زیرزمینی دارد. این روش مبتنی بر استفاده همزمان از دو پمپ متحرک(یکی برای آب و دیگری برای نفت) است. در سالهای اخیر محققان همواره به دنبال بهینه سازی این روش بوده اند، به گونه ای که حتی الامکان از تبدیل مواد نفتی متحرک به مواد پسماند جلوگیری شود. در رابطه ای که اخیراً ارایه شده است با ایجاد یک رابطه خطی بین دبی آب و نفت، از به وجود آمدن مواد نفتی پسماند جلوگیری می شود در حالی که مزیت این روش که راندمان بالا در پاکسازی است، همچنان حفظ می گردد. برای شبیه سازی روند پاکسازی نیاز به یک مدل شبیه ساز بود. مدل شبیه ساز انتخاب شده در این تحقیق با نام utchem، یک مدل سه بعدی بوده و بر اساس تفاضلات محدود کار می کند. این مدل به سفارش سازمان محیط زیست آمریکا توسعه داده شده و جزء جامع ترین مدلهای موجود برای پیش بینی رفتار جریانهای چند فازی می باشد. البته در این تحقیق تنها از قابلیتهای اصلی این مدل برای شبیه سازی فرآیندهای اصلی کیفی آب زیرزمینی نظیر انتقال، دیسپرژن و دیفیوژن استفاده و از فرآیندهایی چون جذب، تجزیه بیولوژیکی، انتقال دما، مواد فعال در سطح و واکنشهای شیمیایی صرف نظر گردیده است. از طرف دیگر با توجه به اینکه هدف نهایی این تحقیق بهینه سازی روند پاکسازی می باشد، فرم کلاسیک الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش مناسب بهینه سازی برای کمینه کردن تابع هدف(مقدار هزینه) انتخاب شده است. این الگوریتم با یافتن بهترین مکان برای حداکثر 3 چاه از بین 9 چاه محتمل و نیز بهترین دبی چاههای انتخاب شده برای پمپهای آب و نفت (در محدوده تعیین شده توسط کاربر) مقدار کل هزینه های لازم برای پاکسازی را کمینه می کند. البته چاه مرکزی توسط برنامه نوشته شده در مرکز سطح هاله آلودگی قرار گرفته و مکان بقیه چاههای محتمل نسبت به آن تعیین می گردد. مزیت این الگوریتم استفاده آسان و سادگی برنامه نویسی با آن می باشد که البته در این تحقیق از روش باینری این الگوریتم به علت کارکرد ساده تر استفاده شده است. در نهایت برنامه توسعه داده شده در این تحقیق با نام lr optimizer برای بهینه سازی روند پاکسازی آبخوان اطراف پالایشگاه اصفهان به lnapl ها به عنوان یک مطالعه موردی، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این بهینه سازی مکان و دبی چاههای پمپاژ آب و نفت را مشخص نموده است. الگوریتم استفاده شده در این تحقیق می تواند با پیشنهادات داده شده ارتقاء یافته و زمان اجرای کمتری را به خود اختصاص دهد.

مدل سازی منابع آب زیرزمینی به عنوان ابزاری در مدیریت منابع آب محسوب می شود. اندرکنش منابع آب سطحی و زیرزمینی همواره در بیلان منابع آب از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. از طرف دیگر شبکه های عصبی مصنوعی ابزار قدرتمندی برای مدل سازی پارامترهای هیدرولوژیکی و آب زیرزمینی با در نظر گرفتن کلیه پارامتر های تأثیرگذار را در اختیار قرار می دهد. در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش های تحلیل همبستگی در حوزه زمان و فرکانس، آبخوان مورد مطالعه بر اساس تأثیر پارامتر های موثر بر تغییرات سطح آب زیرزمینی تقسیم بندی شده و تأخیر زمانی تغییرات سطح آب زیرزمینی نسبت به هرکدام از پارامترها محاسبه و به همراه سطح متوسط آب زیرزمینی در همان منطقه و مناطق مجاور به عنوان ورودی شبکه عصبی مصنوعی در نظر گرفته شده است. خروجی مدل ها سطح آب در کلیه پیزومترهای منطقه بصورت مجزا می باشد. مدل های شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از دو روش لورنبرگ – مارکوات و تنظیم بایزن آموزش داده شده و با استفاده از معیار میانگین مربعات خطا (mse) مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از پایان مراحل مربوط به مدل سازی زمانی، به منظور بررسی مکانی تغییرات سطح آب زیرزمینی در این محدوده مطالعاتی روش های مختلف میانیابی با استفاده از روش صحت سنجی جانبی بررسی و مقایسه شده اند. نتایج نشان دهنده توانایی بالای شبکه های عصبی مصنوعی پیشخور با الگوریتم آموزش لورنبرگ-مارکوات در مدل سازی زمانی با پارامتر خطای mseمتوسط برابر با 87/0 مترمربع و روش کریجیگ معمولی در تخمین مکانی تغییرات سطح آب زیرزمینی با پارامتر خطای rmse برابر با62 /11 متر در محدوده مورد مطالعه می باشد.

چکیده نحوه استفاده از منابع آب موجود در اکوسیستم به عنوان یکی از اساسی ترین عناصر چرخه حیات بشری از دیر باز موضوع بحث و بررسی علوم بوده است. شناخت پارامترهادر قالب تطابق با محیط اطراف، سیاست گذاریها، برآوردهای فنی و اقتصادی، تدبیر وبرنامه ریزی در محدوده منابع آب در یک کلام، مدیریت منابع آب گفته می شود. نیاز روز افزون به آب بر اثر افزایش جمعیت و توسعه فعالیتهای کشاورزی و صنعتی و محدودیت منابع آب تجدید شونده و قابل استحصال از یک طرف و مواجهه با مشکلات آلودگی و هزینه های سنگین پروژه های جدید و توسعه این منابع از طرف دیگر از جمله دلایلی هستند که بهره گیری ازمدیریت تلفیقی آبهای سطحی و زیرزمینی را به عنوان دو جزء اصلی تأمین کننده آب مطرح و ضروری نشان می دهند. در یک مسأله مدیریت تلفیقی منابع آب، دو جزء اصلی یعنی شبیه سازی حوضه مورد مطالعه و بهینه سازی آن بایستی در نظر گرفته و حل شود. نکته ای که در مسائل مدیریتی وارد می شود عدم قطعیت های متفاوت ناشی از شرایط متفاوت مسأله مثل؛ مبهم بودن شرایط موثر در حل مسأله، خطا در اندازه گیری و یا عدم قطعیت در مدل سازی باعث می شود که تصمیم سازان از روشهای مختلف آماری و استوکستیکی و یا اخیرا از ابزار فازی برای در نظر گرفتن شرایط مبهم و غیر قطعی در حل مسائل استفاده کنند. در این پایان نامه به طور خاص روی مدیریت تلفیقی منابع آب سطحی و زیرزمینی آبخوان دشت نجف آباد به عنوان مطالعه موردی تحقیق شده است. شبیه سازی و اندر کنش بین آب سطحی و زیرزمینی به همراه تعیین و تدقیق مرزهای آبخوان با استفاده از نرم افزار مدل سازی آب زیرزمینی groundwater vistas 4.0 برای داده های شش سال آبی متوالی 80-79 الی 85-84 به صورت ماهانه انجام گرفت. پس از شبیه سازی و تعیین ارتباط بین جریان های آب سطحی و زیر زمینی، بهینه سازی روی آبخوان مورد مطالعه انجام می گیرد. برای کنترل تراز سطح ایستابی در بهینه سازی نیاز به معادلات و نتایج مدل شبیه ساز در حالات مختلف است تا شرایط آبخوان در بهینه سازی در نظر گرفته شود. اما از آنجا که استفاده همزمان از مدل شبیه ساز در بهینه سازی باعث وقت گیر شدن و پیچیده شدن معادلات بهینه ساز می شود از یک روش برای تقریب مدل شبیه ساز و استفاده از آن در بهینه سازی استفاده می شود. به منظور در نظر گرفتن شرایط عدم قطعیت های موجود در اثر تقریب مدل شبیه ساز از رگرسیون خطی فازی استفاده شد. حسن این روش در آن است که پهنای تقریب را می توان به گونه ای تنظیم کرد که تمام متغیرهای مستقل و وابسته را در نظر بگیرد وشرایط عدم قطعیت مورد نظر نیز با توجه به نظر تصمیم ساز مورد توجه قرار می گیرد. تقریب بدست آمده از مدل شبیه ساز که در حوضه مورد نظر برای هریک از دو ناحیه تحت پوشش شبکه های آبیاری به صورت جداگانه انجام گرفت در بهینه سازی استفاده شد. بهینه سازی به صورت برنامه ریزی پویای فازی روی آبخوان مورد نظر با هدف حداقل شدن اختلاف بین نیاز آبی ومنابع آب قابل تخصیص انجام گرفت که در آن قیود سیستم های تأمین آب و نیز کنترل سطح ایستابی که از رابطه تقریبی مدل شبیه ساز بدست می آید در نظر گرفته شد. نکته قابل توجه در بهینه سازی در نظر گرفتن شرایط متفاوت اقلیمی و تأثیر آن بر تغییرات منابع آب قابل تأمین ونیاز آبی است که با استفاده از قوانین اگر-آنگاه فازی انجام شد. لذا با استفاده از سیستم استنتاج فازی و بر اساس میزان خروجی سالانه از سد زاینده رود مقادیر آب سطحی قابل تخصیص به شبکه های آبیاری منطقه، کل سطح زیر کشت در هر ناحیه و همچنین میزان درصد تمایل به کشت محصولات مختلف تعیین گردید. این موضوع باعث می شود که نیاز آبی و منابع آب سطحی قابل تخصیص با توجه به شرایط آبی محاسبه شده و در روند بهینه سازی در نظر گرفته شود. در نهایت جداول نتایج برای حالت های مختلف بهره برداری از آب های سطحی و زیر زمینی این زیرحوضه ارائه گردیده است.

امروزه با رشد بی سابقه جمعیت و نیاز روزافزون به آب در زمینه های مختلف کشاورزی، صنعتی و شهری، مسأله چگونگی تأمین آب با کیفیت مناسب بسیاری از سیاست گزاران و برنامه ریزان منابع آب را با چالش های جدی مواجه ساخته است. در زمینه مدیریت منابع آب یکی از راهکار هایی که در دهه های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است، بهینه سازی استفاده تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی می باشد. ترکیب روش های شبیه سازی و بهینه سازی یک تکنیک مفید و قدرتمند جهت یافتن سیاست های بهینه مدیریت تلفیقی منابع آب به شمار می رود. در این تحقیق بهره برداری بهینه از منابع آب سطحی و زیرزمینی محدوده مطالعاتی کوهپایه - سگزی در حوضه آبریز زاینده رود مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به این که در این منطقه بخش کشاورزی مصرف کننده عمده آب سطحی انتقال یافته از طریق شبکه های آبیاری آبشار و رودشتین و آب زیرزمینی برداشت شده از آبخوان های آبرفتی سطحی و عمقی منطقه می باشد، تدوین مدل مدیریتی به منظور تعیین میزان تخصیص بهینه از هر یک از منابع آب سطحی و زیرزمینی موجود به اراضی تحت کشت در گام های زمانی فصلی مورد توجه قرار گرفت. در مدل مدیریتی از تلفیق مدل شبیه سازی داده محور مبتنی بر روش نوین ماشین های بردار پشتیبان و تکنیک بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شد. برای آموزش مدل شبیه سازی ماشین های بردار پشتیبان که به منظور تخمین تغییرات تراز سطح ایستابی و تعیین توابع پاسخ آبخوان تدوین شده است از اجراهای مکرر مدل gv4 کالیبره شده محدوده به ازای نرخ های برداشت و تغذیه مختلف استفاده شد. مدل شبیه سازی تدوین شده توانایی تعیین میزان تغییرات متوسط تراز سطح ایستابی آبخوان مورد مطالعه در پاسخ به استراتژی های مدیریتی پیشنهادی مدل بهینه سازی الگوریتم ژنتیک را دارا می باشد. مدل مدیریتی تحت سناریو های مختلف اجرا شده و الگو های بهینه برداشت از منابع آب موجود در منطقه مطالعاتی برای هر سناریو به دست آمد. نتایج نشان داد در شرایط حاضر از لحاظ الگوی کشت و میزان اختصاص آب سطحی به شبکه های آبیاری آبشار و رودشتین، امکان تأمین نیاز آبی تمام اراضی قابل کشت منطقه وجود ندارد؛ اما در صورت کاهش نیاز آبی از طریق تغییر الگوی کشت و یا کاهش سطوح زیرکشت امکان بهره برداری پایدار از منابع آب موجود ضمن کنترل تغییرات تراز سطح ایستابی وجود خواهد داشت

در نگرش سیستمی، آب سطحی و آب زیرزمینی عناصر مجزا در یک سیستم هیدرولوژیکی نیستند ، بلکه در چرخه هیدرولوژیکی به صورت یکپارچه عمل می کنند. این دو منبع آب در تنوع وسیعی از مناطق آب و هوایی بر همدیگر اثر متقابل دارند و مکانیزم های اندرکنش به وسیله عوامل طبیعی و مصنوعی تحریک می شوند. بنابراین تغییر و نوسان یکی از آن ها، خواه مربوط به کمیت و یا کیفیت، منجر به تغییر در دیگری می شود. غالباً بدلیل وجود پیچیدگی های محاسباتی، اندرکنش کمی و کیفی آب های سطحی و زیرزمینی در شبیه سازی ها در نظر گرفته نمی شود و این دو منبع آب به صورت مجزا شبیه سازی می شوند. این موضوع می تواند در سیاست های مدیریتی تدوین شده اثر قابل ملاحظه ای داشته باشد. از این رو شبیه سازی تلفیقی آب سطحی و آب زیرزمینی به عنوان ابزاری کارآمد در مدیریت حوضه های آبریز مطرح می گردد. یکی از انواع سیستم های آب سطحی- آب زیرزمینی، سیستم آبراهه- لایه آبدار می باشد. شبیه سازی حرکت آلاینده در چنین سیستمی از دو جزء اصلی تشکیل شده است. جزء اول دربرگیرنده حرکت آب در سفره آب زیرزمینی، حرکت آب در رودخانه و تبادل جریان مابین رودخانه و سفره آب زیرزمینی است و جزء دوم حرکت آلاینده در سفره آب زیرزمینی، حرکت آلاینده در رودخانه و تبادل آلاینده مابین رودخانه و سفره آب زیرزمینی را شامل می شود. در این تحقیق شبیه سازی کیفی یک هیدروسیستم پیچیده شامل آبخوان کوهپایه- سگزی و رودخانه زاینده رود در گذر از آن انجام گرفته است. با توجه به اینکه فعالیت عمده در محدوده مورد مطالعه کشاورزی می باشد، مهمترین منبع آلاینده آبخوان پساب های کشاورزی می باشند که باعث بالا رفتن غلظت آنیون ها و کاتیون های موجود، خصوصاً کلراید، سدیم، کلسیم و منیزیم می گردند. با توجه به اینکه این آلاینده ها کاملاً محلول هستند، tds به عنوان متغیر کیفی شاخص انتخاب گردید. به علت ماهیت کاملاً پایستار آلاینده ها، فرآیند های غالب در حرکت آلاینده در محیط متخلخل و رودخانه فرآیند های انتقال و پخشیدگی بودند. مدل شبیه ساز کیفی این هیدروسیستم پیچیده برای پنج دوره تحریک در حالت ناماندگار اجرا گردید. پس از واسنجی مدل کیفی در این هیدروسیستم پیچیده نتایج بدست آمده از این مدل شبیه ساز با نمونه های برداشت شده از چاه های مشاهده ای دیگر مقایسه گردید و صحت شبیه سازی تأیید شد. همچنین نتایج آنالیز حساسیت برای پارامتر ضریب دیسپرسیویته در لایه های آبدار سطحی و عمقی نشان داد که مدل نسبت به این ضریب حساس نیست. به عبارت دیگر فرآیند غالب در حرکت آلاینده در این هیدروسیستم پیچیده فرآیند انتقال می باشد. همچنین با بررسی و تحلیل خروجی های مدل شبیه ساز کیفی، نقش اساسی و کلیدی رودخانه زاینده رود در تأثیر بر کیفیت آب آبخوان مورد تأیید قرار گرفت.

آب های زیرزمینی یکی از منابع مهم تأمین آب در تمام دنیا به ویژه اقلیم های خشک و نیمه خشک به شمار می آید. بهره برداری بی رویه از منابع آب زیرزمینی در سال های اخیر باعث برهم خوردن تعادل طبیعی آن شده و تراز آب زیرزمینی در بسیاری از نقاط کشور منفی شده است. لذا با توجه به مشکل کمبود منابع آبی، استفاده و مدیریت بهینه از منابع آب اهمیت خاصی دارد. به منظور آگاهی از وضعیت این منابع و مدیریت بهینه آن ها، ابتدا لازم است که پیش بینی دقیقی از نوسانات سطح آب زیرزمینی صورت گیرد. در این تحقیق از شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی سطح ایستابی آب های زیرزمینی در آبخوان نجف آباد استفاده شده است. زیرحوضه نجف آباد به عنوان یکی از مهم ترین آبخوان های حوضه ی بزرگ زاینده رود می باشد، که پتانسیل بالای کشاورزی و استفاده بیش از اندازه از منابع آب زیرزمینی این آبخوان را با مشکلات بیلان منفی و افت کمی و کیفی آب های زیرزمینی مواجه نموده است. برای شبیه سازی سیستم از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده، با این تفاوت که برای آموزش شبکه عصبی از الگوریتم بهبود یافته گروهی ذرات استفاده شده است. در آموزش شبکه عصبی وزن ها و بایاس های شبکه همان متغیر تصمیم هستند و خطای شبکه نیز به عنوان تابعی است که باید آن را مینیمم کرد. مقایسه مقادیر مشاهداتی میانگین عمق سطح ایستابی بیست ساله با استفاده از 58 پیزومتر با گام های زمانی ماهانه با مقادیر پیش بینی شده توسط شبکه عصبی آموزش دیده با الگوریتم بهبود یافته گروهی ذرات نشان می دهد که شبکه عصبی طراحی شده توانایی خوبی در پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی در شرایط مختلف این آبخوان داشته و می توان از آن به طور قابل اعتمادی جهت بررسی سناریوهای مدیریتی منابع آب در این زیرحوضه استفاده کرد. در ادامه سه سناریو مدیریتی تحت دو سناریو اقلیمی a2 b1 تعریف و اثرات آن بر حوضه بررسی گردید. سناریو اول با هدف ادامه روند کنونی بهره برداری از منابع آب در طی 5 سال آینده، سناریو دوم با هدف کاهش پمپاژ و سناریو سوم تحت عنوان افزایش دبی ورودی به کانال های آبیاری در جهت حفظ کشاورزی منطقه تعریف و اثرات آن بر سطح آب زیرزمینی منطقه نجف آباد بررسی گردید. تغییرات میانگین عمق سطح ایستابی در دو دشت چپ و راست نکوآباد تحت دو سناریو اقلیمی a2 b1 , و نیز سه سناریو مدیریتی اشاره شده نشان داد که جهت کاهش افت منابع آب زیرزمینی در طی 5 سال آینده بایستی ضمن کاهش پمپاژ از این آبخوان، افزایش آورد کانال های آبیاری را نیز در نظر داشت.

محدودیت منابع آب سطحی و افزایش تقاضای آب در چند دهه اخیر باعث وارد آمدن فشار مضاعف بر سفره های آب زیرزمینی و خسارات جبران ناپذیری به منابع طبیعی کشور شده است. بهره برداری تلفیقی از منابع آب های سطحی و زیرزمینی یک رویکرد تأثیرگذار بر جبران کمبودها و نواسانات موقتی و توزیع مکانی منابع آب است. در این راستا مطالعه و بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر روی سطح آب زیرزمینی و تغییرات تراز سطح آب در مدیریت تلفیقی منابع آب بسیار مهم می باشد. در این تحقیق، از شبکه های بیزی، به منظور بهره برداری تلفیقی از منابع آب های سطحی و زیرزمینی با در نظر گرفتن عدم قطعیت های موجود استفاده شده است. این مدل امکان تخمین تراز سطح ایستابی مناطق کشاورزی را تحت سیاست های مدیریتی برداشت آب به صورت ماهیانه فراهم می آورد. مطالعه موردی این تحقیق، زیرحوضه ی نجف آباد از واحدهای مطالعاتی حوضه زاینده رود می باشد.