با توجه به هزینه بالای پروژه های تهیه و توزیع آب، ضرورت و اهمیت طراحی اقتصادی و بهینه نمودن اینگونه شبکه ها به گونه ای که بتوان با صرف حداقل هزینه ها، کلیه محدودیت های مورد نظر در شبکه را ارضا نمود کاملاً روشن و آشکار بوده، از طرفی کارهای انجام شده قبلی در این زمینه هر کدام دارای مشکلات و نواقص خاص خود می باشد، لذا در این تحقیق جهت طراحی بهینه سیستم های شاخه ای تحت فشار روش برنامه ریزی خطی مختلط ارائه گردید. تابع هدف که باید کمینه گردد، شامل هزینه های خرید لوله ها و کارگذاری آنها در شبکه، تأسیسات ایجاد فشار و بهره-برداری سالانه می باشد. محدودیت های هیدرولیکی حاکم بر شبکه از قبیل محدودیت های سرعت در لوله ها و فشار در گره ها در بهینه-سازی شبکه اعمال گردیدند. علاوه بر موارد فوق، یکی از عوامل مخرب که گاهاً منجر به وقوع خسارت و تخریب یک سیستم انتقال و توزیع می شود، پدیده ضربه قوچ در خطوط لوله می باشد، لذا بررسی پدیده ضربه قوچ تحت عنوان یک محدودیت به مدل اضافه گردید. داده های ورودی مورد استفاده در مدل بهینه سازی شامل اطلاعات آرایش لوله ها در شبکه، افت هیدرولیکی برای هر لوله به ازای قطرهای موجود در بازار، قیمت واحد طول هر قطر لوله و هزینه ایستگاه پمپاژ بوده و داده های خروجی از مدل قطرهای بهینه برای خطوط لوله، هد فشاری مورد نیاز در ابتدای سیستم و هزینه کلی شبکه می باشند. برای ارزیابی رفتار مدل از چند مساله طراحی استفاده شد. مقایسه نتایج طراحی بهینه بدست آمده از روش برنامه ریزی خطی مختلط با جواب های حاصل از سایر روش ها نظیر روش تحلیلی، روش برنامه ریزی خطی، روش عددی و غیره، دقت و رفتار مناسب مدل پیشنهادی را نشان داد. پس از بررسی و ارزیابی مدل در مقیاس کوچک، از آن برای طراحی بهینه خطوط اصلی و نیمه اصلی یک شبکه آبیاری و زهکشی واقعی استفاده گردید. در سناریوی اول بهینه سازی شبکه بدون در نظر گرفته پدیده ضربه قوچ یک کاهش 12 درصدی در هزینه های خرید را نشان داد. در سناریوی دوم بهینه سازی بر اساس جریانات میرا و لحاظ نمودن فشار مازاد ناشی از پدیده ضربه قوچ انجام گرفت، در این حالت نیز یک کاهش 9 درصدی در هزینه های خرید بدست آمد.

یکی از اصلی¬ترین روش¬های جلوگیری از آبشستگی تکیه¬گاه پل، استفاده از آبشکن می¬باشد. طراحی مناسب و بهینه¬ی آبشکن می¬تواند باعث تعدیل شرایط هیدرولیکی، کاهش قدرت فرسایشی آب و توان حمل مواد رسوبی و سرانجام حفاظت کناره رودخانه و تکیه¬گاه پل شود. در این تحقیق، به بررسی تأثیر مشخصات هندسی و هیدرولیکی آبشکن t شکل در میزان آبشستگی و تغییر الگوی جریان در اطراف تکیه¬گاه پل واقع در سیلاب¬دشت و شبیه¬سازی دو بعدی هیدرولیک جریان و رسوب با استفاده از مدل عددی cche2d پرداخته شده است. ابتدا آزمایش¬ها در دبی¬های 18، 20، 22 و 24 لیتر در ثانیه در شرایط بدون لحاظ نمودن آبشکن (شاهد) انجام گرفته و سپس با احداث آبشکنی از نوع نفوذناپذیر، صلب، آب نگذر، غیر مستغرق، عمودی و t شکل، در فواصل (x) 9، 12، 18، 24، 30، 60 و 70 سانتی¬متر از تکیه¬گاه، طول جان (l_j) 6، 5/7، 9، 5/10 و 12 سانتی¬متر و با طول بال (l_b) 6، 5/7، 9، 5/10 و 12 سانتـی¬متر در دبـی¬های مذکور تکرار شد. در ادامه با استفاده از مدل عددیcche2d، الگوی جریان و رسوب اطراف آبشکن t شکل شبیه¬سازی عددی شده و در نهایت نتایج با مدل فیزیکی مقایسه شده است. برای اجرای هیدرولیک مدل، از مدل آشفتگی طول اختلاط استفاده شد. همچنین برای واسنجی هیدرولیک مدل، ضرایب زبری مختلفی به مدل معرفی و با استفاده از روش سعی و خطا، مقدار آن 0149/0 به دست آمد. برای مقایسه نتایج مدل و داده¬های اندازه¬گیری، از عمق جریان اندازه¬گیری شده استفاده گردید. همچنین مشاهدات نشان داد که جریان پس از برخورد با آبشکن منحرف شده و ناحیه چرخشی با تلاطم شدید پیرامون آبشکن ایجاد می¬شود. فرآیند هیدرولیکی این جریان، باعث توسعه ناحیه آبشستگی موضعی در پیرامون آبشکن، ته¬نشست رسوبات به ¬صورت یک بار رسوبی طویل و تغییر فرم بستر در بازه پایین¬دست آبشکن می¬شود که این فرآیند موجب تثبیت طبیـعی تکیـه¬گاه می¬گردد. برای اجرای بخش رسوب مدل نیز از توابع انتقال رسوب انگلوند و هانسن (2000)، وو و همکاران (2000)، sedtera (1995) و ایکرز و¬ وایت (1983) استفاده شد. مقدار شاخص rmse مدل در تخمین عمق آبشستگی با توابع ذکر شده، به ترتیب 78/2، 68/8، 98/1 و 87/1 میلی¬متر بوده است. نتایج، نشان دهنده تخمین بهتر تابع انتقال ایکرز و وایت (1983) و تخمین نامناسب¬تر تابع انتقال وو و همکاران (2000) نسبت به سایر توابع می¬باشد. در مجموع، نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان می¬دهد که مدل cche2d برای تخمین عمق آبشستگی در پروفیل عرضی بستر در شرایط تحقیق حاضر، مناسب می¬باشد.

منابع آبی محدود و نیاز روز افزون بشر به آب و عدم توزیع یکنواخت ریزش های جوّی و از طرفی آلودگی منابع آب، عامل بحران آب در سال های آتی خواهد بود. در این میان بهره برداری صحیح و اصولی از منابع آب به علت عدم توسعه مخازن به دلیل محدودیت های اقتصادی و زیست محیطی که با تأمین اهداف در کوتاه مدّت و توسعه پایدار در درازمدّت همراه باشد یکی از مهم ترین دغدغه های محققّین علوم آب می باشد. در این تحقیق نیز تلاش شده است گامی هر چند کوچک در این راستا برداشته شود. در این مطالعه، سیاست بهره برداری استاندارد (sop)، مدل برنامه ریزی پویای معیّن (ddp) و الگوریتم ژنتیک (ga) برای استخراج قاعده بهره برداری بهینه از مخزن سد سهند با توابع خسارت تک هدفه و چندهدفه به کار گرفته شده است. شبیه سازی برای یک دوره آماری 43 ساله از داده های ورودی به مخزن سد سهند انجام شد. عملکرد دو مدل با معیارهای کارایی اعتمادپذیری زمانی و کمّی، برگشت پذیری، آسیب پذیری و درصد کنترل سیلاب با یکدیگر و سیاست بهره برداری استاندارد بررسی شده است. نتایج حاصل بیانگر عملکرد موفقّ الگوریتم ژنتیک در مقایسه با مدل ddp و سیاست sop با میانگین آسیب پذیری حداکثری به ترتیب برابر 4603/0،6248/0 و 7058/0 در توزیع زمانی آب مخزن سد سهند در دوره های متفاوت و توزیع کمبودها در ماه های سال شده است و به این ترتیب باعث کاهش خسارات شدید در مواقع بحرانی مانند بروز پدیده خشکسالی شده است. در مقایسه توابع هدف، تابع تک هدفه و چندهدفه با اعتمادپذیری کمّی 9494/0، 9206/0 و برگشت پذیری 2424/0، 4567/0، عملکرد تابع چندهدفه به علت در نظر گرفتن اهداف متعدّد بهره برداری بهتر بوده که حاکی از لزوم توجّه به همه اهداف احداث مخزن در بهره برداری می باشد.