ساختار مدل ریاضی بارندگی رواناب متضمن تعیین فرآیندهای جداسازی دبی پایه، نفوذ، بارندگی موثر و رواناب سطحی می باشد. روش های مختلفی برای محاسبه این فرآیندها وجود دارد. روش «آبنمود» واحد لحظه ای که نمونه شاخص آن مدل ناش به شمار می رود، از رده مدل های مفهومی بوده که کاربرد وسیعی در مدل های بارندگی - رواناب دارد. در این مقاله یک مدل ریاضی مفهومی دیگر معرفی می گردد که در آن تعیین فرآیندهای جداسازی دبی پایه، نفوذ، بارندگی موثر و جریان سطحی با روش های جدید ارایه خواهد شد. محاسبه عوامل مدل با استفاده از بهینه سازی ریاضی غیرخطی انجام می پذیرد. نتایج اجرای مدل با معیارهای زمان و دبی اوج و مجموع مجذورات مولفه های آبنمود، محاسبه و مشاهده آن نشان می دهد که روش های پیشنهادی بر روش های مرسوم برتری دارد. در این تحقیق از روش های شبکه های عصبی مصنوعی و بهینه سازی ریاضی جهت محاسبه «آبنمود» واحد لحظه ای استفاده شده است. این تحقیق نشان می دهد که استفاده از شبکه عصبی مصنوعی به تنهایی نیاز به اطلاعات فراوان دارد و همیشه به جواب نخواهد رسید، اما ترکیب روش شبکه عصبی مصنوعی با بهینه سازی ریاضی امکان تقارب سریع و نتایج دقیق تر را میسر می سازد.

پژوهش حاضر به منظور تحلیل روابط جامع متغیرهای بارش، روان آب و رسوب معلق در مقیاس رگبار در حوزه آبخیز معرف خامسان با مساحت 4193 هکتار در استان کردستان انجام شد. بدین منظور تعداد 4 رگبار منجر به تولید روان آب و طبعا تولید رسوب از مجموع 9 واقعه اتفاق افتاده در فرصت مطالعه استفاده گردید. سپس مدل های مختلف رگرسیون دو متغیره برای تخمین مقدار رسوب رگبار تهیه شد. نتایج پژوهش حاضر بر توانایی برتر مدل رگرسیونی خطی حاصل از کاربرد حداکثر شدت بارش با ضریب تبیین و کارآیی به ترتیب بیش از 0.843 و 0.84 و خطای تخمین حدود 39 درصد در تخمین رسوب رگبار تاکید داشت.

تفکیک تاثیر هر یک از عوامل اقلیمی و عوامل بشری در فرآیندهای هیدرولوژیکی در مدیریت منابع آب بسیار مهم می باشد. در این مطالعه، آنالیز روند و آنالیز تغییرات کوتاه مدت رواناب سالانه حوضه سجاسرود واقع در استان زنجان به ترتیب با روش های رگرسیون خطی و آزمون پتیت در دوره آماری 1987 تا 2012 انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که سری زمانی رواناب در حوضه سجاسرود روند کاهشی داشته و نقطه شکست سری زمانی رواناب سال 1998 می باشد. بر این اساس، سری زمانی رواناب به بازه زمانی پایه و بازه زمانی ارزیابی تقسیم گردید. جهت شبیه سازی فرآیند هیدرولوژیکی از ابزار ارزیابی آب و خاک (SWAT) استفاده شد. واسنجی مدل SWAT برای رواناب ماهانه انجام گردید. مقادیر پارامترهای NSE، PBIAS و RSR در دوره زمانی واسنجی 0. 7، 7. 3 و 0. 55 محاسبه گردید. در دوره صحت سنجی نیز مقادیر پارامترهای NSE، PBIAS و RSR به ترتیب 0. 65، 9. 4-و 0. 58 تخمین زده شد. بررسی نتایج نشان داد که عملکرد مدلSWAT در شبیه سازی جریان در دوره واسنجی و صحت سنجی خوب می باشد. همچنین نتایج مطالعه در حوضه سجاسرود نشان داد که سهم عوامل اقلیمی و عوامل انسانی در کاهش رواناب حوضه به ترتیب 33% و 67% می باشد. رویکرد ارائه شده به مدیران کمک می کند تا سیاست هایی را اتخاذ نمایند که می تواند شرایط رودخانه و اکوسیستم منطقه را بهبود ببخشد.

مدل های هیدرولوژیکی یکی از روش های برآورد رواناب به دست آمده از بارندگی می باشند. این مدل ها با شبیه سازی فرآیند رواناب - بارش، رواناب به دست آمده از بارندگی را در حوزه های آب خیزی بدون ایستگاه اندازه گیری با حداقل زمان ممکن و کمترین هزینه برآورد می کنند. مدل AWBM که در سال 1993 توسط بوتون تکمیل شد یکی از انواع مدل های بارش - رواناب است که می تواند رواناب را با استفاده از داده های بارش روزانه یا یک ساعته محاسبه نماید. کاربرد نتایج روزانه به دست آمده از اجرای این مدل در مطالعات مدیریت و استحصال آب و نیز نتایج یک ساعته مدل سازی برای محاسبه های مربوط به برنامه ریزی و مدیریت سیلاب می باشد. در این پژوهش برای ارزیابی مدل، 6 زیرحوزه بلوچستان جنوبی واقع در استان سیستان و بلوچستان مورد استفاده قرار گرفته است. بارش روزانه به کمک روش TPSS به صورت منطقه ای در آمده و دبی های روزانه هم به دبی های ویژه تبدیل می گردد. در نهایت به کمک مدل و با بهینه سازی پارامترهای مدل میزان دقت و کارایی مدل در برآورد رواناب محاسبه ای و مقایسه آن با رواناب مشاهده ای به وسیله ضرایب کارآیی و تعیین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج محاسبه شده توسط مدل در همه زیرحوزه ها نشان می دهد که مدل می تواند شبیه سازی قابل قبولی در حوزه های مورد مطالعه داشته و با اطلاعات قابل دسترس، عکس العمل حوزه های بدون آمار (یا دارای آمار کوتاه مدت) را در مقابل بارش دریافتی شبیه سازی نموده و از قابلیت خوبی در پژوهش ها و مدل سازی بارش - رواناب در مناطق خشک و نیمه خشک برخوردار باشد.

استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور به منظور تخمین رواناب حوضه آبریز در سال های اخیر افزایش یافته است. در این تحقیق، برای تهیه نقشه ارتفاع رواناب به نقشه های شماره منحنی رواناب و حداکثر بارندگی 6 ساعته با دوره بازگشت 2 ساله نیاز است. نقشه شماره منحنی رواناب با استفاده از ابزار ArcCN-Runof در محیط GIS تهیه شده است.شماره منحنی رواناب بر اساس فاکتورهایی مانند گروه هیدرولوژی خاک، کاربری اراضی، پوشش زمین و شرایط هیدرولوژیکی تعیین می شود. نقشه وضعیت پوشش زمین با استفاده از تصاویر ETM+ سال 2002 در محیط نرم افزاری Erdas، به روش طبقه بندی نظارت شده تهیه شد. همچنین با کمک شاخص پوشش گیاهی تفاوت نرمال شده (NDVI) مراتع و جنگل های حوزه به ترتیب به مراتع خوب، متوسط و جنگل های انبوه و نیمه انبوه تقسیم بندی شده است. نقشه حداکثر بارندگی 6 ساعته نیز از روابط و معادلات بارندگی حوزه با استفاده از نقشه DEM در محیط GIS ترسیم شد.با تلفیق نقشه های به دست آمده و معادلات مربوطه، نقشه ارتفاع رواناب حوزه ترسیم شد که بر این اساس متوسط رواناب حوزه 3.18 میلیمتر است که نسبت به روش های سنتی (حدود 3.98 میلیمتر) از دقت بالاتری برخوردار است.

با توجه به بحران جهانی آب، داشتن اطلاعات درست از آن در نقاط مختلف برای مدیریت برنامه ریزی و بهینه سازی ضروری است. روش های مرسوم اندازه گیری بسیار پرهزینه، وقت گیر و دشوار است که سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به منظور تخمین رواناب حوضه آبریز در سال های اخیر جهت کاهش این مشکل مورداستفاده قرارگرفته است. در این تحقیق، با استفاده از بارندگی روزانه در نرم افزار SMADA دوره بازگشت 2 و 50 ساله حاصل شد. ابزار ArcCN-Runoff با توجه به صحت و دقت بالایی که در پژوهش های متعدد از آن حاصل شده جهت ایجاد نقشه های شماره منحنی و ارتفاع و حجم رواناب در حوضه کشار مورداستفاده قرار گرفت. منطقه کشار به سه گروه هیدرولوژیکی  B, C, Dو هفت کاربری تقسیم شد. نتایج تحقیق نشان داد CN 79 در گروه هیدرولوژیکی C بیشترین مساحت (56.08 درصد) از اراضی سطح حوضه را شامل می شود، ﺧﺎک ﻫﺎیی ﺑﺎﻧﻔﻮذﭘﺬﯾﺮی ﮐﻢ که ﺗﻮاﻧﺎیی ﺗﻮﻟﯿﺪ رواﻧﺎب آن ﻫﺎ ﻧﺴﺒﺘﺎ زﯾﺎد اﺳﺖ و 15 درصد از منطقه CN بالای 80 را در بر می گیرند، این درحالیست که به دلیل وقوع رگبارهای شدید و کوتاه مدت، ریزش باران های طولانی مدت همزمان با بالا رفتن درجه حرارت و ذوب شدید برف، این حوضه در معرض خطر سیلاب قرار می گیرد.

شبکه های جمع آوری آب های سطحی وظیفه جمع آوری، انتقال و هدایت آن ها را به نزدیک ترین نقطه خروجی قابل قبول به عهده دارند. در این پژوهش، شبیه سازی و ارزیابی سامانه انتقال رواناب شهر ایلام با مدل ریاضی ASSA که به وسیله شرکت اتودسک توسعه یافته، انجام گرفت. در این تحقیق، کل منطقه مورد مطالعه شهر ایلام را که شامل حوضه داخل و خارج شهر است، به 46 زیرحوضه تقسیم شد. خصوصیات فیزیکی هر یک از زیرحوضه ها با استفاده از نرم افزار ArcGIS و پیمایش میدانی مشخص شد. درون شهر ایلام چهار مسیل اصلی وجود دارد که رواناب زیرحوضه ها را به خارج از شهر هدایت می کنند. رواناب حاصل از زیرحوضه ها با سه روش استدلالی، استدلالی اصلاح شده و SWMM محاسبه شد. نتایج پژوهش نشان داد، سامانه جمع آوری شهر ایلام تنها در دوره بازگشت دو سال توانایی انتقال سیلاب را دارد و در دوره های بازگشت پنج سال و بالاتر، قسمت عمده ای از مسیل های اصلی درون شهر، دچار طغیان شده و باعث آب گرفتگی و خسارت در محیط شهری می شوند و لذا، سامانه جمع آوری کارایی خود را از دست می-دهد.

تعدد عوامل مؤثر در خصوصیات حوزه آبخیز منجر به تغییرات مکانی و زمانی در فرآیندهای تولید رواناب و رسوب می شود. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تغییرات مکانی مقادیر رواناب، رسوب و آستانه شروع رواناب با استفاده از داده های شبیه سازی بارش در حوزه آبخیز قره شیران اردبیل انجام گرفت. شبیه سازی بارش با استفاده از دستگاه باران ساز در 45 نقطه در سازندهای مختلف زمین شناسی حوزه آبخیز انجام و پس از اندازه گیری مقدار رواناب و رسوب در هر نمونه متغیرهای مورد مطالعه با روش کریجینگ درون یابی و تغییرات مکانی ارزیابی و ارتباط مکانی مقادیر این متغیرها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نقشه های درون یابی نشان داد که سازندهای بخش های بالادست حوزه آبخیز (گدازه های داسیتی و تراکیتی) در آستانه های پایین (17/3-99/1 دقیقه) رواناب تولید می شود و به سمت سازندهای بخش های پایین دست (مانند پادگانه های آبرفتی قدیمی) آستانه تولید رواناب (25/7-13/6 دقیقه) افزایش می یابد. مقدار رواناب در بالادست حوزه (گدازه های داسیتی و تراکیتی)، زیاد (25/7-07/6 لیتر بر مترمربع) ولی مقدار رسوب کم (66/1-25/1 گرم بر لیتر) و در پایین دست حوزه (مانند پادگانه های آبرفتی قدیمی) مقدار رواناب تولیدی کم (50/3-20/2 لیتر بر مترمربع) و مقدار رسوب تولید شده بیشتر (5/3-25/2 گرم بر لیتر) می باشد. نتایج ارتباط بین مقادیر تغییرات رسوب، رواناب و آستانه شروع رواناب در نرم افزار Surfer نشان داد که در آستانه های بالای 4 دقیقه و رواناب های بین 5/5-5/2 لیتر، مقدار رسوب بیشتر از حدود 2 گرم بر لیتر می باشد و به طور کلی می توان گفت که در آستانه های پایین اثر تولید رواناب بر تولید رسوب در حوزه بیشتر است و در آستانه های بالا اثر تولید رواناب کاهش می یابد.

پیش بینی رواناب رودخانه ها به دلیل اهمیت زیاد آن در برنامه ریزی ها، بهره برداری از مخازن و همچنین مدیریت آب های سطحی همواره مورد توجه مسئولان، برنامه ریزان و مهندسان آب و منابع آبی بوده است. از طرفی، به دلیل تغییرات زمانی و مکانی موجود، روابط غیرخطی و عدم قطعیت و بسیاری از عوامل دیگر پیش بینی رابطه ی بارش رواناب بسیار مشکل است، اما امروزه استفاده از سامانه های هوشمند در پیش بینی چنین پدیده های پیچیده ای می تواند مفید و مؤثر باشد. در این پژوهش سعی شده است با استفاده از داده های هواشناسی و هیدرومتری طی دوره ی زمانی 1349-1350 تا 1390-1391 رواناب در حوضه ی آبخیز امامه با استفاده از مدل های شبکه ی عصبی پرسپترون چندلایه، تابع پایه ی شعاعی و سیستم عصبی فازی تطبیقی تخمین زده شود. نتایج نشان داد از بین مدل های یادشده سیستم عصبی فازی تطبیقی عملکرد بسیار زیادی داشته است و به خوبی می تواند رواناب را پیش بینی کند به طوری که با توجه به خطاها ساختار 54 با هشت ورودی شامل بارندگی و دبی تا تأخیر دو روز و دما، تبخیر و تعرق و رطوبت نسبی همان روز که دارای تابع عضویت گوسی و جداسازی از نوع خوشه ای با خطای MSE، RMSE و MAE به ترتیب 001/0، 025/0 و 008/0 در مرحله ی آموزش و 001/0، 026/0 و 008/0 در مرحله ی آزمایش به عنوان بهترین مدل حوضه ی امامه بوده است.

تشابه سازی فرایند ذوب برف - روناب از تحلیل های لازم برای بهره برداری بهینه از منابع آب است که جز زیر برنامه های اصلی و مهم در مدل های هیدرولوژی (آبشناسی) است. این فرایند و مدل سازی آن از دیربازاز دیدگاه های مختلف مورد توجه قرار گرفته ایت و یکی از آنها، مشکلات و چالش های رودروی آن است. در مقاله حاضر توفیقات در تشابه سازی ذوب برف-رواناب در دهه اخیر همراه با مشکلاتی که رودروی آن است، بررسی و ارزیابی شده است. بررسی ها نشان می دهد که توفیقات اصلی در این دهه،روی کرد به تولید و استفاده از مدل های توزیعی و استفاده از فناوری های جدید به خصوص سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) و ادغام آن با اطلاعات سنجش از راه دور بوده است، اما مشکل اصلی که همواره محققان گذشته از دیرباز نیز بر آن اذعان داشته اند و همچنان باقی است، مشکل داده، آمار و اطلاعات است. مطالعه گسترده و عمیق مراجع مختلف طی دهه اخیر نشان می دهد که زیر برنامه برف مدل های هیدرولوژی و آنچه به عنوان فرایند ذوب و تجمع برف پیشنهاد شده تا طی یک تلاش همگانی زیر نظر موسسه ای بین المللی مانند اتحادیه بین المللی علوم هیدرولوژی(IAHS)  داده های تحقیقات انجام شده که در مراکز مختلف به انجام رسیده است، گردآوری شود و آنها را برای استفاده عموم محققان در دسترس قرار دهند.