رودخانه ها یکی از اصلی ترین منابع آب شیرین جهت تأمین مصارف مختلف می باشند. در اغلب موارد رژیم جریان طبیعی رودخانه ها مطابق با رژیم تقاضای آب برای مصارف مختلف نبوده و لذا سیستم مخازن ذخیره برای کنترل و تنظیم رژیم جریان رودخانه ها طراحی و احداث می گردند. سیستم مخازن ذخیره در دو کلاس سیستم های منفرد و چندگانه به صورت تک منظوره (تأمین آب شرب) یا چند منظوره (تأمین آب شرب، آب کشاورزی و . . . ) طراحی و مورد بهره برداری قرار می گیرند. اغلب سیستم مخازن ذخیره برای سادگی و پرهیز از روش های محاسباتی پیچیده، به صورت سیستم های منفرد مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند، در حالی که چندین مخزن برای تأمین یک تقاضای مشترک مانند تأمین آب شرب شهر تهران لازم باشد، استفاده از روش های تحلیل مخازن ذخیره منفرد، بهینه شدن سیستم از جنبه های مختلف طراحی و بهره برداری از جمله کمینه کردن مجموع حجم ذخیره، کمینه کردن سرریز آب، بهینه کردن الگوی بهره برداری و ... دارای تردیدهای جدی بوده و ضرورت به کارگیری روش های تحلیل به صورت سیستم های چندگانه الویت بسیار بالایی را پیدا می کند. در این تحقیق سیستم مخازن ذخیره سه گانه کرج، لتیان و لار جهت تأمین آب شرب و کشاورزی شهر تهران با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو و روش بهینه سازی در دو حالت سیستم مخازن ذخیره منفرد و چندگانه جهت ارزیابی و مقایسه روش های مذکور مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور با استفاده از دو مدل استوکستیک توزیعی منفرد و چندگانه 1000 سری داده های جریان سالیانه و ماهیانه ورودی به مخازن ذخیره مذکور تولید و سپس سری جریان های ماهیانه تولید شده برای شبیه سازی سیستم مخازن ذخیره با استفاده از روش spa و برنامه ریزی خطی با اعمال شاخص های عملکرد مخزن (قابلیت اعتماد زمانی، برگشت پذیری و آسیب پذیری) در دو حالت سیستم منفرد و چندگانه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان می دهد که عملکرد دو روش شبیه سازی spa و بهینه سازی در برآورد حجم ذخیره مورد نیاز سیستم مخازن منفرد کاملاً منطبق بر هم بوده و هر دو روش حجم ذخیره مورد نیاز را کمینه می کند. این درحالی است که روش spa دارای قابلیت بسیار بالاتری از جمله اعمال تلفات ناشی از تبخیر و شاخص های عملکرد مخزن در محاسبات می باشد. ضمناً مقایسه نتایج حاصل از تحلیل در دو حالت سیستم مخازن ذخیره منفرد و چندگانه بیانگر مزیت قابل توجه روش تحلیل به صورت چندگانه بوده، به طوری که حجم ذخیره مورد نیاز سیستم مخازن ذخیره تأمین آب شهر تهران برای تقاضاهای 30 و 70 درصد متوسط جریان سالیانه ورودی به سیستم به ترتیب 70 و 40 درصد کم تر از نتایج حاصل از تحلیل در حالت سیستم مخازن ذخیره منفرد می باشد. هم چنین نتایج بیانگر کاهش معنی دار میزان تلفات ناشی از تبخیر و دوره بحرانی در حالت تحلیل سیستم چندگانه نسبت به منفرد است.