کم توجهی به ظرفیت بالقوه آبخوان ها به عنوان گزینه مکمل ظرفیت مخازن سطحی، سبب شده است که با محدودتر شدن ساخت گاه های مناسب سدسازی، طرح های توسعه منابع آب سطحی با مشکلات عدیده فنی، اقتصادی، و اجتماعی همراه گردند. در بهره برداری تلفیقی، نیازهای سیستم به وسیله دو منبع آب سطحی و زیرزمینی به طور توأم تأمین می شوند. یکی از مشکلات اصلی در بهینه سازی پارامتر گسترده سیستم های بزرگ مقیاس مانند سیستم های تلفیقی، حجم بالای محاسبات مربوط به این مدل ها به دلیل گستردگی مکانی و زمانی پارامترهاست، به همین دلیل بهینه سازی به روش های معمول در این سیستم ها اغلب مشکل و زمان گیر می باشد. هدف اصلی این مطالعه بررسی امکان ارائه روش جدیدی برای کاهش حجم محاسبات مربوط به بهینه سازی پارامتر گسترده سیستم های رودخانه-آبخوان با ترکیب رویکردهای جداسازی (disaggregation) و بزرگنمایی تلسکوپی شبکه (telescopic mesh refinement) است. جهت نیل به این هدف یک سیستم بهره برداری تلفیقی مشتمل بر رودخانه، مخزن آب زیرزمینی (آبخوان)، چاه های پمپاژ، سیستم انتقال آب، سیستم انحراف جریان رودخانه و منطقه نیاز در نظر گرفته شده است. در این سیستم رودخانه با آبخوان دارای ارتباط هیدرولیکی است. به منظور محاسبه ارتباط بین دو زیرسیستم آب سطحی و آب زیرزمینی، و اعمال رفتار آب زیرزمینی (پاسخ به تحریکات مختلف) در مدل بهینه سازی از روش ماتریس پاسخ واحد (unit response matrix) استفاده شده است و برای تولید ضرایب پاسخ واحد از مدل شبیه سازی پارامتر گسترده، modflow استفاده شده است. نتایج بررسی جداسازی در مکان و زمان نشان داد که استفاده از جداسازی در بهینه سازی به نتایج قابل قبولی منجر نمی شود. سپس کارایی روش بزرگنمایی تلسکوپی شبکه ساده شده در شبیه سازی آبخوان ها مورد آزمون قرار گرفت، که بیانگر آن بود که استفاده از این روش در آبخوان های بزرگ مقیاس توجیه پذیر نمی باشد.

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.

چنانچه منابع آب موجود در حوضه از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشند، می بایست علاوه بر تجزیه و تحلیل های کمی متعارف، تحلیل های کیفی مناسب جهت بررسی امکان بهره برداری از این منابع و یا ارتقا کیفیت آن ها انجام پذیرد. یکی از پارامترهای مهم کیفی آب، شوری آن می باشد. از عوامل تاثیر گذار در شور شدن آب رودخانه عمدتا سرشاخه های شور و عبور رودخانه از سازندهای نمکی می باشد. در این پایان نامه با استفاده از داده های همزمان دبی (q) و شوری ( tds) ، یک مدل توده ای برای توازن جریان و شوری در حوضه آبریز (رودخانه و سرشاخه های آن) و مخزن سد تهیه گردیده است. با استفاده از این مدل تاثیر حذف شاخه های شور در کمیت (حجم) و کیفیت (شوری) شاخه اصلی و در خروجی سد مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه مدلی تهیه شده که اثر حذف شاخه های شور و نتایج حاصل از مدل حوضه و مخزن را بر راندمان تولید محصولات کشاورزی دشت پایین دست مورد بررسی قرار دهد. پس از بدست آوردن شاخه های شور موثر بر بازدهی تولید محصولات کشاورزی با استفاده از برنامه ریزی چند معیاره رتبه بندی حذف آبراهه های شور صورت گرفته است. در این مطالعه حوضه آبریز آجی چای، سد شهید مدنی (ونیار) و دشت تبریز به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده اند. بر اساس این تحلیل های زنجیره ای، حذف شاخه های کرچای، نهند پایانی و فرعی اوجان بیشترین تاثیر را در افزایش بازدهی تولید و سود دهی محصولات کشاورزی در دشت تبریز واقع در پایین دست سد شهید مدنی (ونیار) دارا می باشد.

بهینه سازی بهره برداری از مخازن سدها با هدف استفاده موثرتر و کاراتر منابع آب و تامین مطلوب تر نیازها و کاهش کمبودها صورت می گیرد. در رویکرد معمول این مطالعات، سری زمانی تاریخی به عنوان جریان ورودی به سد منظور می گردد که با توجه به این که وضعیت دوره بهره برداری (آینده)، متفاوت از دوره تاریخی (گذشته) خواهد بود؛ لذا ممکن است سیاست بهره برداری حاصل، نتیجه رضایت بخشی نداشته باشد. در این تحقیق، با توسعه یک مدل انعطاف پذیر بهره برداری از مخزن براساس مدل آبدهی کلاسیک و رویکرد سیاست تخصیص فازی عملکرد مدل بهره برداری حاصل، انطباق بیشتری با شرایط زمان واقعی بهره برداری داشته و نتیجه آن رضایت بخش تر گردیده است. با به کارگیری داده های سد کرج به تحلیل و بررسی نتایج مدل توسعه داده شده براساس معیارهای ارزیابی کارایی سیستم پرداخته شده است. مقایسه دو رویکرد فازی و کلاسیک، آسیب پذیری کمتر در رویکرد فازی را نتیجه داده است.

یکی از مسائل مهم در بحث بهره برداری منابع آب، بهره برداری از منابع آب مشترک مانند رودخانه های مشترک می-باشد زیرا تصمیم های اتخاذ شده توسط هر کدام از تصمیم گیرندگان سیستم بر روی سیاست های تصمیم گیران دیگر تأثیر خواهد داشت. در عین حال، هر کدام از تصمیم گیران به دنبال کسب سود اقتصادی هر چه بیشتر از بهره برداری خویش هستند. ابتدا نیاز آبی کشاورزی و مصرف شهری در حوضه آبریز رودبار قصران محاسبه شده و سپس جریان رودخانه شبیه-سازی شده. با تعیین معادله مطلوبیت شهری و کشاورزی سه بخش اصلی (فشم، اوشان و رودک) این حوضه سیاست-های کمی بر اساس میزان جریان عبوری از رودخانه با استفاده از دو روش تئوری بازی ها و بهینه سازی تعیین شده است و سپس غلظت ناشی از ورود پساب شهری سه بخش اصلی این حوضه به رودخانه جاجرود، شبیه سازی شده. با استفاده از معادله هزینه حذف و جریمه اعمالی از سوی سازمان محیط زیست سیاست های کیفی حوضه بر اساس هر دو روش نامبرده تعیین شده است. در این پایان نامه، با استفاده ازدو رویکرد تئوری بازی ها و بهینه سازی به تعیین سیاست های کمی – کیفی حوضه آبریز رودبارقصران پرداخته شده است. برخلاف اکثر مطالعات پیشین در زمینه کاربرد تئوری بازی ها در منابع آب، که از بازی همکارانه بهره جسته اند، در این تحقیق از بازی غیرهمکارانه استفاده شده است. زیرا استفاده از بازی همکارانه گرچه منجر به سود اقتصادی بیشتری برای تصمیم گیران یک سیستم می شود ولی عدم اعتماد بین تصمیم گیران می-تواند پایداری سیاست های حاصله از بازی های همکارانه را مختل کند.

تلاش برای گسترش توانایی مدل های موجود، یکی از بخش های مهم مطالعات مرتبط با منابع آب است. یکی از مراحل اجرای هر مدل، کالیبراسیون می باشد. از همین رو، هدف از انجام این پایان نامه، کالیبراسیون خودکار کمی-کیفی یک مدل شبیه ساز حوضه آبریز تعریف شده است. در این پایان نامه، از مدل modsim برای شبیه سازی حوضه آبریز و از الگوریتم بهینه سازی pso برای کالیبراسیون مدل بهره گرفته شده است. modsim از آن جهت انتخاب شده است که می توان از قابلیت کدنویسی رایانه ای درون آن (به زبان vb.net) بهره برد و یک مدل یکپارچه شبیه سازی- بهینه سازی برای آب سطحی در حوضه ایجاد نمود. در این سیستم یکپارچه، علاوه بر اجرای مدل modsim، ابتدا روندیابی پارامتر کیفی tds به عنوان یک آلاینده پایدار با استفاده از کدنویسی، از ابتدای یک زیرحوضه تا انتهای آن انجام گردیده است. سپس کد رایانه ای الگوریتم pso -به عنوان الگوریتم بهینه ساز- اجرا شده تا با استفاده از آن، پارامترهای مدل شامل ضرایب جریان برگشتی از نیازها به شاخه اصلی و ضرایب جرم نمک برگشتی از نیازها، به صورت خودکار کالیبره شوند. تابع هدف مورد استفاده، تابع جذر میانگین مربع خطا rmse است که شامل دو قسمت می باشد. در قسمت کمی، مقادیر جریان مشاهداتی و جریان خروجی مدل و در قسمت کیفی، مقدار شوری جریان های محاسباتی و مشاهداتی مورد مقایسه قرار گرفته اند. با توجه به استفاده از روش بهینه سازی چندهدفه، این دو قسمت با استفاده از ضرایب وزنی با یکدیگر جمع شده اند. برای کنترل و مقایسه مقادیر بدست آمده برای پارامترهای مدل و تابع هدف، از نرم افزار بهینه سازی lindo systems inc.) lingo 14.0)استفاده شده است. از آنجا که بناست تا مدل از لحاظ کیفی هم کالیبره گردد، حوضه ای به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید که بررسی آن از لحاظ کیفی، دارای اهمیت باشد. حوضه آبریز آجی چای، به دلایل گوناگون، از جمله عبور رودخانه از سازندهای نمکی، یکی از حوضه های آبریزی است که با مشکل شوری روبروست. نتایج پایان نامه نشان می دهد pso و lingo نتایج نسبتا یکسانی ارائه می دهند و می توان کالیبراسیون توسط الگوریتم psoرا موفقیت آمیز دانست.

کم توجهی به پتانسیل بالقوه ظرفیت آبخوانها به عنوان گزینه مکمل ظرفیت مخازن سطحی، سبب شده است که با محدود تر شدن ساختگاههای مناسب سدسازی، طرحهای توسعه منابع آب سطحی با مشکلات عدیده فنی، اقتصادی، و اجتماعی همراه گردد. در بهره برداری تلفیقی، نیازهای سیستم به وسیله دو منبع آب سطحی و زیرزمینی به طور توأم تأمین می شوند. از جمله روشهای کارآمد بهره برداری تلفیقی، روش ذخیره سیکلی است که در آن دو سیستم آب سطحی و زیرزمینی، ضمن تأمین نیازهای تعهد شده، یک حلقه تعاملی بینابینی از طریق اعمال سیاست بهره برداری به وجود می آورند. هدف از این مطالعه، ارایه ساختار و روش توسعه تلفیقی زیرسیستم های آب سطحی و آب زیرزمینی با نگرش ذخیره سیکلی، و نیز ارایه مدل شبیه سازی-بهینه سازی پارامتر گسترده، به منظور طراحی و بهره برداری از یک سیستم ذخیره سیکلی، و نیز ارایه سیاست بهره برداری بهینه از این سیستم بوده است. در این راستا مدل جامعی تهیه شده است که در آن با در نظر گرفتن هدرولیک جریان در محیط متخلخل و هیدرولیک رودخانه، اندرکنش بین مولفه های سیستم مورد توجه قرار گرفته است. این اندرکنشها با استفاده از روش ماتریس پاسخ واحد در قالب ضرایب ماتریسهای پاسخ، محاسبه و در مدل بهینه سازی قرار گرفته اند. در این مطالعه تعمیمی از روش ماتریس پاسخ واحد ارایه گردیده است که دامنه کاربرد و دقت این روش را افزایش داده است. از طرفی تعمیم روش از تحریکها و پاسخهای نقطه ای (سلولی) به تحریکها و پاسخهای خطی و گسترده به طور قابل ملاحظه ای از حجم مدل بهینه سازی کاسته است بدون اینکه خطای آن افزایش محسوسی داشته باشد. بعلاوه کارایی شبکه های عصبی مصنوعی در تولید ضرایب پاسخ در سیستمهای بزرگ مقیاس با تعداد عوامل تحریک کننده و تحریک شوده زیاد، با هدف کاهش حجم محاسبات در این سیستمها، نمایش داده شده است. کاربرد عملی مدلها با استفاده از یک سیستم واقعی به عنوان مطالعه موردی، مورد آزمون قرار گرفته است. برخلاف روشهای معمول بهره برداری تلفیقی، تحلیل نتایج نشان داد که در این روش، تغذیه مصنوعی به آبخوان در دوره های کم آبی و انتقال آب از آبخوان به مخزن سطحی، می تواند توجیه پذیر باشد. سیاست بهره برداری بهینه سیستم به صورت روابط خطی (ترکیب خطی) از تأثیرگذارترین متغیرهای حالت قابل سنجش تعریف و تدوین گردید. تحلیل عدم قطعیت، نشان داد که با در نظر گرفتن عدم قطعیت جریانهای ورودی، می توان سیستمی را طراحی و/یا سیاست بهره برداری را تدوین نمود که در شرایط نامعین آینده هزینه کمتر و اعتمادپذیری بیشتری در تأمین نیازها داشته باشد.

رودخانه ها یکی از مهمترین منابع تأمین نیاز شهری و خانگی یا اصطلاحا شرب می باشند. روش پالایش حاشیه رودخانه یا rbf، یکی از روش های تأمین آب شرب است که هم میزان آلودگی موجود در رودخانه را کاهش می دهد و هم از افت شدید تراز آب زیرزمینی جلوگیری می کند. آب تأمین شده از این سیستم بسیار سالم تر از حالت برداشت مستقیم از رودخانه است، چرا که زمان پیمایش مواد آلاینده در سیستم rbf بسیار بیشتر از حالت برداشت مستقیم آب از رودخانه است. علاوه بر آن، زمان تأخیر ایجاد شده بین جریان آب سطحی و آب پمپ شده به متولیان امر اجازه تصمیم گیری و واکنش به موقع می دهد. هدف اصلی این تحقیق، بهینه سازی جانمایی چاه های پمپاژ در یک سیستم rbf (نسبت به رودخانه و نسبت به یکدیگر است)، در حالی که قابلیت پالایش آب برداشت شده از چاه ها حداکثر، و هزینه پمپاژ و نرخ پمپاژ آنها حداقل شود. در این تحقیق، ابتدا یک سیستم فرضی rbf مورد بررسی و مدلسازی قرار گرفت تا پس از بررسی های لازم، آمادگی لازم جهت مدلسازی سیستم واقعی فراهم گردد. با استفاده از نرم افزار lingo، مدل بهینه سازی جهت تعیین جانمایی سیستم rbf در محیط پروژه، توسعه داده شده و معادلات به صورت تحلیلی حل شده است. سپس ناحیه مورد بررسی در محیط نرم افزار modflow مدل گردید و حل عددی انجام گرفت. مدلسازی کیفی یا انتقال و انتشار آلاینده ها با استفاده از مدل mt3dms صورت گرفت. برای مطالعه موردی، قسمتی از رودخانه زاینده رود واقع در استان اصفهان و زیرحوضه نجف آباد (شهر درچه)، و آلودگی مورد بررسی نیز فسفات در سیستم اصلی، (و کلر در سیستم فرضی) انتخاب گردید و بهتربن مکان برای حفر چاه های حاشیه رودخانه زاینده رود با هدف تأمین آب شرب شهر درچه تعیین شد. نتایج حاکی از آن بود که آب پمپ شده از این چاه ها با کیفیت قابل قبول و حداقل آلودگی بود و هزینه بسیار کمتری به منظور تصفیه نهایی آب صرف خواهد شد.

حفاظت ساحل رودخانه در مقابل فرسایش از اهداف اصلی ساماندهی رودخانه ها در توسعه پایدار منابع آب به شمار می آید. چرا که فرسایش سواحل رودخانه ها، باعث خسارت به اراضی کشاورزی، آسیب دیدن سازه های مجاور مانند پل ها و جاده ها، عریض شدن آبراهه جریان، و مسائل زیست محیطی قابل توجه می باشد. این مساله سبب می گردد هر ساله مبالغ زیادی برای حفاظت از سواحل رودخانه در برابر فرسایش هزینه شود. آبشکن ها از جمله سازه های ساماندهی رودخانه می باشند که به کناره رودخانه متصل شده و با انحراف آب از سواحل رودخانه از فرسایش کناره ها جلوگیری می کنند. از این رو ساخت سازه های رودخانه ای علاوه بر هزینه های بالا باعث تغییرات عمده در وضعیت پایدرای آبراهه ی طبیعی می شود. لذا در مدل بهینه سازی آبشکن، طراحی سازه ای که بتواند تاثیر مناسبی از نظر کنترل فرسایش و رسوب گذاری و برقراری تعادل در رودخانه داشته، و از طرفی طراحی کارآمد و مقرون به صرفه داشته باشد، مدنظر است. در تحقیق حاضر برای بررسی پایداری رودخانه از مدل مورفولوژیکی "مقطع پایدار" حاصل از تئوری حدی حداکثر ظرفیت انتقال رسوب (mstc) استفاده شده، و مدل طراحی نیز برای محاسبه هزینه های ساخت سازه با توجه به ضوابط طراحی حاصل می شود. در نهایت مدل بهینه سازی آبشکن به صورت ترکیبی از دو مدل مورفولوژیکی و طراحی، با هدف حداکثر شدن پایداری رودخانه پس از اجرای سازه و حداقل شدن هزینه ساخت به دست می آید. به عبارتی هر یک از مدل های مورفولوژیکی و طراحی به عنوان توابع هدف مدل اصلی تعریف شده و مسئله بهینه سازی چندهدفه با استفاده از روش وزن دهی حل می شود. در این مدل به منظور بهینه سازی اجزای طراحی آبشکن شامل طول، فاصله بین آبشکن ها، ارتفاع و تعداد آبشکن ها در بازه ی اصلاح شده مسئله طراحی به صورت یک مدل بهینه سازی غیر خطی فرموله شده است، و از قیدهایی که هیدرولیک جریان و رسوب و ضوابط طراحی پایدار را دربر می گیرد استفاده کرده و یک تابع مرکب که هزینه پروژه را حداقل و ظرفیت انتقال رسوب را حداکثر کند به کار می گیرد. این مدل توسط نرم افزار lingo13 حل شده است، و علاوه بر تعیین ابعاد بهینه شامل طول، ارتفاع، فاصله بین اپی ها و تعداد آنها، هزینه اجرای سازه، دبی رسوب انتقالی، عمق آبشستگی و وزن موثر هر یک از توابع هدف به دست می آید. این مدل قابلیت تحلیل، و بررسی تاثیر هر یک از اجزای طراحی و حساسیت سنجی نسبت به ورود ی های مدل را دارا بوده و با انتخاب رابطه آبشستگی مناسب به تعیین دبی طراحی بهینه منجر می شود. مدل موردنظر با استفاده از مشخصات رودخانه زنجان رود اجرا شده و علاوه بر تخمین ابعاد بهینه سازه، دبی طراحی آبشکن های زنجان رود را تعیین می نماید.

طراحی، تحلیل و بهره برداری از سیستم های کنترل سیلاب، به دلیل ماهیت تصادفی فرایند ها و خطاهای اندازه گیری با انواع عدم قطعیت های هیدرولوژیکی، هیدرولیکی، اقتصادی و ژئوتکنیکی همراه است. در طراحی به روش سنتی، یک دبی با دوره بازگشت مشخص به منظور تعیین ابعاد سازه به کار می رود و از پرداختن به عدم قطعیت های موجود صرف نظر می شود. ولی در روش احتمالاتی، اثر عدم قطعیت ها در طراحی اعمال می گردد و با کمی نمودن ریسک، می توان به ابعاد بهینه سازه دست یافت. یکی از اقدامات سازه ای به منظور مقابله با سیلاب، احداث خاکریز کناره رودخانه یا گوره می باشد. در این تحقیق به طراحی ابعاد بهینه گوره با در نظر گرفتن انواع عدم قطعیت های موجود در محدوده رودخانه لیف در ایالت می سی سی پی پرداخته شده است. بدین منظور دو مدل استوکستیک، یکی بدون اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک مستقل) و دیگری با اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته (مدل استوکستیک وابسته) تهیه شده است. بهینه سازی انجام شده در این تحقیق به روش تحلیل ریسک صورت گرفته است. در این روش سود عبارت است از جلوگیری یا کاهش خسارت سیلاب در ناحیه پتانسیل خسارت و هزینه عبارت است از مجموع هزینه های اجرایی و بهره برداری گوره. مدل بهینه سازی حاصل، یک مدل استوکستیک غیرخطی است که به منظور کمی نمودن عدم قطعیت ها از گشتاور های آماری و روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردیده است. مدل بهینه سازی حاصل با استفاده از نرم افزار lingo-13 حل شده است. به منظور مقایسه و مشاهده میزان اختلاف نتایج مدل استوکستیک و مدل قطعی، یک مدل قطعی نیز تهیه شده است. با توجه به مطالعات انجام گرفته و در پی اجرای مدل احتمالاتی، سیلاب با دوره بازگشت 200 ساله همانند مدل قطعی دارای بیشترین سود خالص سالانه بوده و به عنوان سیل طراحی انتخاب گردیده، اما مقدار دبی طراحی به علت وجود عدم قطعیت، متفاوت است. برخلاف مدل قطعی که در آن ابعاد سیستم به صورت قطعی و تک مقداری حاصل شده، در مدل استوکستیک یک بازه برای هر پارامتر طراحی نتیجه شده و توزیع آماری مناسب آن ها نیز تعیین شده است. همچنین ابعاد طراحی سازه براساس ریسک قابل قبول برای اقتصاد و ایمنی طرح تعیین شده و نمودار طراحی ابعاد گوره هم براساس هر دو عامل ایمنی و اقتصاد تهیه شده است. در این تحقیق، به منظور مشاهده و درک تأثیر اعمال همبستگی متغیر های تصادفی وابسته در روند شبیه سازی مونت کارلو، مقایسه ای بین نتایج حاصل از مدل قطعی، استوکستیک مستقل و استوکستیک وابسته نیز صورت گرفته است. نتایج بیانگر این موضوع هستند که عدم اعمال وابستگی متغیر های تصادفی در روند شبیه سازی و بهینه سازی بر روی ابعاد و پارامتر های طراحی موثر بوده و عدم اعمال وابستگی باعث ایجاد حالاتی می شود که با واقعیت تطابق نداشته و قابلیت اعتماد مناسبی ندارند و در نتیجه اعمال وابستگی متغیر های تصادفی وابسته در مدل ضروری است. به عنوان نتیجه گیری کلی می توان بیان نمود که با در نظر گرفتن عدم قطعیت های معمول در مهندسی منابع آب، روش تحلیل ریسک مقادیر واقع بینانه تری را در اختیار طراحان سازه کنترل سیلاب از نظر ایمنی و اقتصادی قرار می دهد و در نتیجه تعیین ابعاد سازه گوره، با تحلیل ریسک و اعمال عدم قطعیت ها، نسبت به روش های سنتی طراحی و مدل های قطعی ارجحیت دارد.

چکیده با رشد و توسعه فعالیتهای صنعتی، نفوذ انواع آلاینده ها به آب های زیرزمینی روند رو به رشدی یافته است. برخلاف آب های سطحی، پایداری انواع آلاینده ها در آب های زیرزمینی بسیار بالاست و از این رو هزینه پاکسازی آبخوان های آلوده بسیار زیاد است. با توجه به این مسائل، از روش های مختلف احیاء آب های زیرزمینی برای احیاء آبخوان ها از آلاینده های گوناگون استفاده می شود که از جمله آنها می-توان به روش پمپاژ-تصفیه اشاره نمود. طی قرن گذشته در بسیاری از نقاط جهان به طور فزاینده ای منابع آب زیرزمینی آلوده شده اند. آلاینده های آب زیرزمینی یک خطر جدی برای منابع آب به شمار رفته و برای جلوگیری از مشکلات زیست محیطی و بهداشتی، آب های آلوده به این مواد بایستی به سرعت پاکسازی شوند. در تحقیق موجود، مروری بر روش های پاکسازی آبخوان های آلوده انجام و درنهایت یک روش به عنوان روش مناسب انتخاب شده است. برای شبیه سازی روند پاکسازی نیاز به یک مدل شبیه ساز بود. مدل شبیه ساز انتخاب شده در این تحقیق با نام های modflow2000 و mt3dms، مدل های سه بعدی بوده و بر اساس تفاضلات محدود کار می کنند. این مدل ها جزء جامع ترین مدل های موجود برای پیش بینی رفتار کمی جریان و انتقال جرم آلاینده می باشند. البته در این تحقیق از قابلیت های اصلی این مدل برای شبیه سازی فرآیندهای اصلی کیفی آب زیرزمینی نظیر انتشار، انتقال و پخش استفاده شده 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 5 چاه از بین 18 چاه محتمل و نیز بهترین دبی چاه های انتخاب شده مقدار کل هزینه های لازم برای پاکسازی را کمینه می کند. الگوریتم استفاده شده در این تحقیق می تواند با پیشنهادات داده شده ارتقاء یافته و زمان اجرای کمتری را به خود اختصاص دهد. تاکنون مدل های کارآمدی در شبیه سازی و بهینه سازی سیستم احیاء آبخوان های آلوده در سایت های واقعی استفاده نشده است. از این رو هدف این تحقیق، تهیه و کاربرد مدل تلفیقی شبیه سازی و بهینه سازی احیاء آب زیرزمینی و ارزیابی عملکرد آن در مواجه با مسائل واقعی می باشد. بنابراین، پس از بررسی مقادیر مجموع هیدروکربن های نفتی و خطوط ایزوپیز در منطقه اسماعیل آباد واقع در حوالی پالایشگاه تهران، طرح بهینه ای برای احیاء آبخوان به روش پمپاژ-تصفیه ارائه گردید. واژه های کلیدی: احیاء آب های زیرزمینی، پمپاژ-تصفیه، شبیه سازی، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک

با عنایت به محدودیت منابع و امکانات اجرای طراحهای فاضلاب بویژه محدودیت منابع مالی و اعتباری طبیعتا پرداختن به مقوله ایجاد تاسیسات نوین جمع آوری و دفع فاضلاب برای کلیه شهرها و روستاها بدون ملحوظ نمودن اولویت ها و ضرورت ها امری نامعقول بنظر می رسد اما سوال اساسی که اینجا مطرح می شود این است که از بین تعداد زیاد شهرهای نیازمند به تاسیات فاضلاب کدامیک را باید در اولویت قرار داد و در این راستا چه معیارهایی را باید مد نظر قرار داد در این شرایط مدلهای تصمیم گیری چند معیاره برای کمک به تصمیم گیرندگان و طراحان توسعه یافته است این مدلها در حالت کلی به دو دسته مدلهای چند هدفه و مدلهای چند شاخصه تقسیم می شوند. در میان روشهایی که بر پایه مفاهیم مدلهای چند شاخصه استوارند روش electre iii بعوان یکی از قویترین این روشها توسعه یافته است در کنار این روش روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی ahp با تجزیه مسائل مشکل و پیچیده آنها را به شکلی ساده تبدیل کرده و به حل آنها می پردازد. دراین مجموعه ابتدا به تشریح دو روش مذکور پرداخته شده است سپس معیارهای مهم پیشنهادی جهت اولویت بندی طرحهای فاضلاب و وزن نسبی هر یک از معیارها ارائه گردیده است در این راستا 9 معیار تعداد جمعیت شهر نحوه دفع فاضلاب شهر در حال اثرات زیست محیطی و بهداشتی ناشی از دفع فاضلابها بر روی منابع آب و نیز منابع خاک محیط موقعیت فعلی و دورنمای شهر نحوه دفع یا استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه شده سهولت در سرمایه گذاری واحداث تایسیات فاضلاب سهولت در راهبری ونگهداری تاسیسات و میزان فاضلابهای غیر خانگی تولیدی درمحدوده شهر معرفی شده اند که برای هر یک از معیارها زیر معیارهایی تعریف گردیده است سپس مطالعه موردی برای 5 شهر زاهدان ? چابهار? کنارک? اردکان و لاهیجان با استفادهاز دو روش مذکور و با درنظر گرفتن معیارهای اشاره شده انجام گرفته است. همچنین به دلیل عدم قطعیت برخی از شاخصه ها آنالیز حساسیت برای آنها انجام شده و نیز تغیر وزن بعضی از معیارها بررسی گردیده است. درانتها نتایج دو روش بررسی مقایسه و تحلیل شده است

در این پایان نامه، از مدلqual2e به منظور شبیه سازی کیفیت آب رودخانه استفاده شد. متغیرهای کیفی انتخاب شده برای شبیه سازی کیفی، بر اساس آمار در دسترس عبارتند از do, bod, tds,nh3, no2, no3,t . دوره های زمانی اردیبهشت ماه 1380 و بهمن ماه 1379 به ترتیب برای واسنجی و صحت سنجی نتایج استفاده گردید تا ضرایب مورد نیاز مدل بدست آید. پس از شبیه سازی کیفی، با استفاده از زیربرنامه qual2e-uncas (که در مدل qual2e به منظور تحلیل عدم قطعیت تعبیه شده است) سهم متغیرهای ورودی در عدم قطعیت نتایج شبیه سازی مشخص گردید. این کار با استفاده از روش تحلیل خطای مرتبه اول (f.o.e.a) انجام شده است. در کنار استفاده از روش f.o.e.a، شبیه سازی مونت کارلو نیز انجام شد و با مقایسه انحراف معیار بدست آمده از این روش با روش قبلی، میزان خطای فرض خطی بودن در روش f.o.e.a مشخص گردید.

یکی از پیامد های تغییرات اقلیمی، وقوع سیلاب های مخرب ناشی از رگبارهای سیل آسا در مناطق سیل خیز است. دخل و تصرف بشر در منابع طبیعی و تغییر کاربری اراضی این وضعیت را وخیم تر می نماید. نتیجه این اثرات طبیعی و مصنوعی این است که در حال حاضر، ایران در وضعیت نامناسب به لحاظ وقوع سیلاب و به تبع آن خسارات ناشی از آن قرار دارد. به این ترتیب پرداختن به مسئله سیل و ارائه راهکارهایی برای تخفیف و کاهش خسارات سیل، از جمله مواردی است که همواره باید مورد توجه متخصصین امر قرار گیرد. روشهای مختلفی جهت کاهش خسارات سیل وجود دارد که بطور کلی، آنها را به دو گروه سازه ای و غیرسازه ای تقسیم بندی می نمایند. تنوع گزینه های کنترل سیل از یک طرف و محدودیت سیستم مورد بررسی از طرف دیگر، لزوم توجه به روش های ترکیبی کنترل سیلاب را گوشزد می نماید. معمولا در این سیستمها با لحاظ نمودن ترکیبی از دو یا چند گزینه می توان به وضعیت مطلوب تری رسید. جهت نیل به این هدف، تحقیق حاضر به استفاده از روش ترکیبی سازه ای (سد - گوره) کاهش خسارات سیلاب می پردازد. هدف از این مطالعه، تهیه یک مدل بهینه سازی جهت تعیین ابعاد بهینه سیستم ترکیبی سد - گوره می باشد که شامل: ارتفاع (حجم) سد، ابعاد سرریز (طول - ارتفاع)، ارتفاع گوره، فاصله گوره از کرانه رودخانه در کنار تعیین سیل طرح، می باشند. محوریت این بهینه یابی بر اساس تحلیل سود - هزینه صورت می گیرد. در مطالعه مورد بررسی سود عبارت است از جلوگیری یا کاهش خسارات سیلاب در منطقه پتانسیل خسارت و هزینه عبارت است از مجموع هزینه های اجرایی و بهره برداری سیستم سد - گوره. مدل بهینه سازی سیستم حاصل، یک مدل غیرخطی بزرگ مقیاس می باشد که حل آن توسط نرم افزار lingo 11.0 (lindo system inc, 2008)، صورت می گیرد. جهت آزمون صحت مدل، نظر به عدم وجود یک مثال یا مطالعه از قبل انجام شده و تست شده در این زمینه، آزمون از طریق کنترل تغییر منطقی و مورد انتظار ابعاد و خروجی های سیستم با تغییر پارامترهای ورودی و رفتار منطقی سیستم (ارتباط بین خروجی ها) در شرایط مختلف، انجام پذیرفته است. جهت انجام آزمون حساسیت مدل نسبت به داده های ورودی، از روش مرتبه اول استفاده شده است. مزیت استفاده از روش بهینه سازی در این است که تنها با یک بار حل مدل (یا چند بار جهت تحلیل های تکمیلی) می توان به گزینه بهینه رسید و دیگر نیازی به تعریف و بررسی گزینه های منفرد مختلف و متنوع نمی باشد. در این تحقیق سیستم پیشنهادی ترکیبی کنترل سیلاب رودخانه خشک معالی آباد (تنگ سرخ) شیراز مورد بررسی قرار گرفت.

تحلیل عدم قطعیت مدلهای بهره برداری از مخازن، از جمله مسائلی است که علیرغم اهمیت فراوان در گذشته کمتر به آن توجه گردیده است. عدم قطعیت ها در بهره برداری از مخزن شامل جنبه های مختلفی است و در این مطالعه تنها عدم قطعیت هیدرولوژیکی مدلهای بهره برداری مورد بررسی قرار گرفته است. رویکرد مورد استفاده جهت تحلیل عدم قطعیت هیدرولوژیکی (جریان ورودی)، شبیه سازی مونت کارلو می باشد. بدین معنا که با استفاده از تحلیل مدلهای سری زمانی جریان تاریخی، یک مدل arma به آن برازش داده شده و سپس سریهای ساختگی متعددی تولید گردیده است. در ادامه به جای تنها استفاده از سری تاریخی از مجموعه این سریهای ساختگی (100 سری) استفاده گردیده است. مدل بهینه سازی منتخب جهت به دست آوردن سیاست بهره برداری از مخزن مدل آبدهی (yield) می باشد. در این رویکرد منحنی فرمان بهره برداری از مخزن (خروجی مدل آبدهی)، به جای خطوط جداکننده مناطق مختلف بهره برداری، باندهای جداکننده خواهد داشت. بر اساس سریهای ساختگی جریان می توان توابع عضویت هر یک از این باندها را توصیف نمود و به عبارتی یک منحنی فرمان فازی-آبدهی حاصل خواهد شد. بدین ترتیب خروجی مخزن جهت مصارف مختلف بر اساس رویکرد فازی مشخص خواهد شد. نکته جالب توجه در این منحنی فرمان آن است که بر خلاف منحنی فرمان معمول در اینجا ممکن است نیازهای مختلف با سطوح (احتمال) مختلفی تأمین گردند. به همین دلیل نتیجه خروجی مدل در دوره های خشکسالی هموارتر بوده و نیازها را با کمبودهای کمتر تأمین می نماید. در این مطالعه از آمار و اطلاعات سد دز به عنوان مطالعه موردی استفاده گردیده است و نتایج حاکی از وقوع کمبودهای با شدت کمتر در مقایسه با منحنی فرمان تاریخی می باشد.

بسیاری از نیروگاه های حرارتی جهان در مجاورت رودخانه ها احداث گردید ه اند. در کشور ما علی رغم وجود رودخانه های بزرگ، مکان نیروگاه های حرارتی مستقل از موقعیت رودخانه ها تعیین و آب مورد نیاز برجهای تر خنک کننده آنها نیز عمدتا از طریق چاه تأمین می شود. هزینه های گزاف بهره برداری استفاده از آب های زیرزمینی از یک سو و عدم اطمینان به این منبع به علت کاهش تراز آبخوان ها، مشکلاتی را برای صنعت برق کشور بوجود آورده است. در این پایان نامه یک مدل بهینه سازی چند هدفه برای تأمین آب مورد نیاز برج خنک کننده نیروگاه های حرارتی به صورت مطمئن و پایدار با استفاده تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی ارائه شده است. در این مدل مقادیر بهینه برداشت آب از هر دو منبع و همچنین موقعیت نیروگاه در کنار رودخانه با توجه به ریسک سیل گرفتگی آن در نظر گرفته شده است. بدین منظور پس از مرور مبانی نظری بهینه سازی و آنالیز ریسک، روابط بین پارامتر های مؤثر در مدل نظیر هزینه احداث و بهره برداری از خط لوله و ایستگاه پمپاژ آب از رودخانه، هزینه احداث و بهره برداری از چاه های آب، خسارت سیل در نیروگاه و هزینه احداث سیستم مهار سیلاب برای موقعیت های مختلف نیروگاه مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از روابط موجود آنالیز اقتصادی ریسک سیلاب، تابع هدف بهینه سازی تشکیل گردیده است. با توجه به رفتار پیچیده و غیر خطی مدل، الگوریتم ژنتیک در نرم افزار مت لب برای بهینه سازی تابع هدف کدنویسی شده است. در انتها از مدل پیشنهادی برای بهینه سازی تأمین آب نیروگاه گازی خرمشهر در کنار رودخانه کارون استفاده گردیده است. نتایج این تحقیق نشان داد که پارامتر فاصله نیروگاه تا رودخانه را می توان به عنوان یک عامل کاهنده خسارت سیل مد نظر قرار داد و همچنین با استفاده از سکوی خاکی به عنوان یک سازه مهار سیلاب بخش زیادی از نیاز آب نیروگاه را از طریق رودخانه به صورت پایدار و با هزینه کم تأمین کرد.