بهره برداری تلفیقی از آب های سطحی و زیرزمینی، رویکردی برتر در مدیریت منابع آب است. در مقایسه با ساخت سد، استفاده از آب های زیرزمینی دارای مزایایی می باشد. معمولا، هزینه کمتر، کاهش تبخیر و رسوب گذاری، کاهش مشکلات کیفی آب و کاهش مشکلات اجتماعی و فرهنگی برخی از این مزایا می باشند. به منظور کاهش مشکلات اساسی مخازن سطحی بزرگ، سیستم ذخیره سیکلی به عنوان یک انتخاب می تواند مورد استفاده قرار گیرد. سسیتم ذخیره سیکلی، سیستمی ترکیبی است، متشکل از دو زیر سیستم آب سطحی (شامل مخزن سطحی و رودخانه) و آب زیرزمینی (مخزن زیرزمینی یا آبخوان) که همراه با تغذیه مصنوعی قادر به تامین نیاز منطقه با قابلیت اعتماد نسبتا بالایی می باشد. به منظور بهینه سازی در این سیستم ها، روابط هیدرولیکی بین تمام اجزای سیستم باید در نظر گرفته شود که متاسفانه در بسیاری از مطالعات از آن صرفنظر می شود. در این تحقیق مدلی جهت طراحی و بهره برداری به همراه فرمان بهره برداری بهینه با رویکرد توده ای تهیه شده است. مدل بهینه سازی حاصل به شکل یک مدل غیرخطی است. به منظور ارزیابی مدل، نتایج حاصل از این مدل با نتایج حل مدل با رویکرد توزیعی مقایسه شده است و بدین ترتیب کارآیی مدل های توده ای در حل مسایل سیستم های ذخیره سیکلی مورد بررسی قرار گرفته است.

فرمول بندی برنامه ریاضی مسائل طراحی و بهره برداری بهینه،‏ از منظر منابع آب،‏ سدهای برقابی همراه با اعمال کنترل بر اعتمادپذیری بده انرژی،‏ از نوع مدل های بهینه سازی غیرخطی غیرمحدب با متغیرهای مختلط است. در این مطالعه یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی،‏ با تلفیق مدل حوضه ای MODSIM به عنوان مدل شبیه ساز و الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات (PSO)‎،‏ برای حل این رده از مدل های پیچیده در مسائل چندمخزنه توسعه یافته است. در این روش ابتدا امکان تعریف نیاز برقابی و اعمال سیاست بهره برداری استاندارد برقابی از مخازن در مدل MODSIM فراهم شده است. سپس مدل شبیه ساز بهبودیافته (MODSIMP)‎ به الگوریتم PSO با تابع هدف حداکثرسازی سود خالص حاصل از طراحی و بهره برداری از سیستم مخازن و نیروگاه ها در طول عمر مفید آن متصل گردیده است. در این مدل ترکیبی هر بار ارزیابی تابع هدف مدلPSO مستلزم فراخوانی و اجرای مدل MODSIMP می باشد. مدل پیشنهادی در تعیین مشخصات بهینه سیستم سه سدی خرسان شامل ظرفیت مخازن و توان تولید نیروگاه ها به عنوان مطالعه موردی استفاده و نتایج حاصل از آن تحلیل شده است. با توجه به سرعت مدل توسعه یافته MODSIMP در شبیه سازی سیستم های چندمخزنه برقابی و انعطاف الگوریتم های فراکاوشی در اتصال به مدل های شبیه ساز و احتساب خصوصیات غیرخطی،‏ مدل ترکیبی PSO-MODSIMP از قابلیت مناسبی در حل مسائل طراحی و بهره برداری بهینه از این سیستم ها برخوردار است.

بهره برداری بهینه از جنگل، تابعی از موجودی سرپا، قیمت چوب سرپا، هزینه های بهره برداری و نرخ سود بازار است. برای تعیین مقدار برداشت بهینه، ابتدا معادله رویش برای جنگل خیرود نوشهر برآورد شد، سپس با استفاده از مدل خودکاهشی، قیمت چوب سرپا پیش بینی و مقدار برداشت بهینه با استفاده از معادلات رویش سالیانه جنگل و قیمت چوب سرپا محاسبه شد. مقدار برداشت بهینه بر اساس آخرین اطلاعات رویش جنگل و قیمت چوب سرپا است که ارزش فعلی سود حاصل از بهره برداری جنگل را به حداکثر می رساند. برای تعیین مقدار برداشت بهینه جنگل، ابتدا از روش برنامه ریزی تصادفی پویا استفاده شد، سپس نتایج این روش با روش برنامه ریزی ایستا مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که اگر از روش برنامه ریزی تصادفی پویا به جای برنامه ریزی ایستا استفاده شود، ارزش خالص فعلی مورد انتظار، حدود 26 درصد افزایش می یابد.

پمپها از جمله اولین وسایلی هستند که بشر برای بهره گیری هر چه بهتر از منابع آب آنها را اختراع کرده است. مساله طراحی و بهره برداری بهینه از ایستگاه های پمپاژ اغلب از نوع مدل های غیر خطی آمیخته با اعداد صحیح بوده و استفاده از روش های بهینه سازی بر مبنای مشتقات و گرادیانهای توابع موجود در حل اینگونه مسائل کارائی مطلوبی ندارد. جهت حل پیچیدگی های موجود در این گونه مسائل، الگوریتم های تکاملی از قبیل الگوریتم ژنتیک (GA) در بسیاری از مقوله های علمی و از جمله مسائل طراحی و بهره برداری از ایستگاه های پمپاژ به عنوان ابزارهای جستجو و بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفته اند. اما این روش ها در کنار تمام قابلیت هایی که دارا می باشند، در یافتن جواب در مدل های بزرگ مقیاس زمان طولانی ای را صرف کرده و در نهایت جواب های نزدیک به بهینه سراسری را نتیجه می دهند. در این تحقیق سعی بر آنست که با ترکیب دو روش برنامه ریزی غیرخطی (NLP) و GA و ابداع یک الگوریتم ترکیبی جدید، پس از بررسی یک مساله ریاضی ایستگاه پمپاژ به گونه ای طراحی و بهره برداری شود که مولفه های مختلف سامانه بهینه سازی و به گزینی شوند. در نهایت نتایج این الگوریتم با نتایج الگوریتمهای بهینه سازی جفت گیری زنبور عسل (HBMO)، GA و همچنین نتایج روش های NLP و روش مضارب لاگرانژ (LM) مقایسه شده است. نتایج کاربرد این الگوریتم تلفیقی نشان می دهد که الگوریتم ترکیبی به لحاظ کیفیت جوابهای حاصل و تعداد دفعات ارزیابی تابع هدف و همگرایی به پاسخ بهینه (زمان اجرا)، عملکرد بهتری نسبت به هر یک از روشهای ذکر شده داشته است.