شبکه های آبرسانی تاسیسات مهم شهری هستند که برنامه ریزی و طراحی آنها نیازمند سرمایه گذاری های کلان می باشد. در این راستا بهینه سازی به عنوان ابزاری برای کمینه کردن هزینه های مرتبط با سیستم های توزیع آب مورد استفاده قرار می گیرد. در چند دهه ی اخیر استفاده از روش های تکاملی جهت بهینه سازی توجه بسیاری از محققین را به خود جلب نموده است؛ به طوریکه در شبکه های آبرسانی تکنیک های برگرفته از برنامه ریزی خطی و غیر خطی جای خود را به روش هایی همچون الگوریتم ژنتیک و مورچگان داده اند. رساله ی حاضر به بهینه سازی شبکه های آبرسانی با الگوریتم های ژنتیک و مورچگان می پردازد. در استفاده از ga جهت بهینه سازی ابتدا با استفاده از قابلیت پارامتر سرعت آب و مفهوم مسیر در لوله ها فضای جستجو کاهش می یابد. حل بهینه در ga به عوامل مختلفی همچون اندازه جمعیت، توابع جریمه و برازندگی، عملگرهای ga، تعداد نسل و از همه مهمتر فضای جستجوی محاسباتی بستگی دارد. کاهش در فضای جستجو چنانچه با معیارهای مناسبی همراه باشد، می تواند به افزایش کارکرد و کیفیت روش های بهینه سازی در شبکه های آبرسانی منجر گردد و امکان ایجاد یک راه حل بهینه در زمان کمتر را فرهم سازد. در ga برای مقایسه ی نتایج از کدگذاری binary و gray با عملگرهای انتخاب مسابقه ای و چرخ رولت و عملگرهای ترکیب تک نقطه ای، دو نقطه ای و یکنواخت استفاده شده است. در کنار استفاده از بهینه سازی با ga مبتنی بر کاهش در فضای جستجو، از الگوریتم مورچگان نیز جهت بهینه سازی شبکه های آبرسانی استفاده شده است. الگوریتم مورچگان براساس رفتار اجتماعی مورچه ها در یافتن غذا پایه ریزی شده است. در این الگوریتم از سیستم مورچه ی برگزیده در هر تکرار استفاده شده و در برنامه از عملگرهای ترکیب مضاعف و جهش نیز برای بهینه سازی سود برده می شود.

فناوری نانو به عنوان یکی از دستآوردهای علم نانو توانسته است بتدریج جایگاه تازهای در تولید محصولات نو داشته باشد. بر این اساس همزمان با گسترش جنبه های مختلف نانو فناوری، این فناوری توانسته در حیطه محیطزیست قابلیتهای بالایی را از خود نشان دهد. یکی از انواع محصولات این فناوری که کاربردهای زیست محیطی نیز دارد نانو ذرات است. در میان انواع مختلف نانو ذرات به آن دسته ای که کاربردهای مهندسی دارند نانو ذرات مهندسی گفته می شود. در میان انواع نانوذرات مهندسی که تا به حال مورد استفاده قرار گرفته اند، ترکیبات مختلف نانو ذرات آهن کاربردهای فراوانی دارند، این مواد می توانند در فرآیندهای درجای حذف آلودگی ها مورد استفاده قرار گیرند. از مزایای استفاده از نانو ذرات آهن در فرآیندهای درجا این است که می توان آنها را مستقیماً به درون محیط تزریق کرد، بنابراین اطلاع از چگونگی حرکت آنها امری ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه حرکت نانو ذرات آکسیدآهن(iii) پوشش داده شده با پلی اکریلیک اسید(paa) را در ستون استوانه ای مورد بررسی قرارداده ایم و با استفاده از نتایج آن ضریب پراکندگی(d) و پراکندگی پذیری طولی(?)را محاسبه نموده ایم و در نهایت با استفاده از پارامترهای محاسبه شده و جایگذاری در پاسخ های تحلیلی معادلات انتقال- پخش، نتایج را با یکدیگر مقایسه کرده ایم. در ادامه برای ورود اثر جذب به معالادلات انتقال- پخش ضریب جذب را با استفاده از ایزوترم خطی فرندلیخ محاسبه کرده و با جاگذاری در معادلات انتقال – پراکندگی نتایج حاصله را با نتایج آزمایشگاهی مجددا مقایسه کرده ایم.

استفاده از نانوذرات آهن به سبب داشتن سطح ویژه بالا، واکنش پذیری بالا و قابلیت انتقال در محیط های متخلخل مورد توجه بسیاری از پژوهش ها در دهه اخیر بوده است. ولیکن از آنجای که نانوذرات آهن در محیط های اشباع به یکدیگر چسبیده و با تشکیل ذرات توده ی بزرگ تر و سنگین تر نشست می کنند، لذا بیشتر مطالعات پژوهشی بر روی پایداری سازی مخلوط نانوذرات با استفاده از اصلاح کننده های سطحی پرداخته اند. در زمینه انتقال نانوذرات در محیط های متخلخل و پارامترهای تاثیرگذار بر روی حرکت آنها از قبیل جلوگیری از چسبیدن نانوذرات به سطح دانه های بستر محیط متخلخل، مکانیسم های انتقال، مدلسازی انتقال نانوذرات در محیط های متخلخل مطالعات کمی صورت پذیرفته است، لذا این عدم اگاهی از مکانیسم انتقال و هیدرولیک حرکت نانوذرات در محیط متخلخل اشباع بسیاری از این تلاش ها در زمینه استفاده از نانوذرات برای پاکسازی مناطق آلوده را منجر به شکست نموده است.

امروزه یکی از مهمترین اهداف مهندسی در جوامع بشری، به حداکثر رساندن سود و یا به حداقل رساندن هزینه در طرح ها و پروژه ها می باشد. این هدف سبب تولید و توسعه علم بهینه سازی در میان سایر علوم مهندسی شده است. آب آشامیدنی به عنوان یکی از نیازهای اساسی بشر، تامین آن مستلزم احداث شبکه های آبرسانی جدید و گسترش و بازسازی شبکه های موجود می باشد. اجرای شبکه های آبرسانی همواره با هزینه بسیار بالا همراه است و از آنجایی که طراحی بهینه می تواند تأثیر بسزایی در کاهش هزینه های چنین طرحهای را در برداشته باشد، لذا استفاده از نرم افزارهای طراحی بهینه امری ضروری به نظر می رسد. چگونگی تحلیل هیدرولیکی هر شبکه آبرسانی بزرگ مقیاس در حین فرآیند بهینه سازی که مهمترین بخش یک الگوریتم بهینه سازی است و چگونگی مدل سازی مسئله بهینه سازی توسط روش های گوناگون، از جمله مواردی هستند که می بایست به آنها توجه گردد. در این رساله سعی شده است از ترکیب یک برنامه شبیه ساز هیدرولیکی و کیفی شبکه های آبرسانی (epanet v.2) جهت تحلیل هیدرولیکی شبکه آبرسانی و استفاده از روش بهینه یابی ga به عنوان یک تکنیک جستجو، نرم افزاری برای بهینه سازی شبکه های آبرسانی تهیه گردد. مثال های استاندارد ارائه شده در پژوهش هایی که از (epanet v.2) جهت تحلیل هیدرولیکی استفاده نموده اند، با در نظر گرفتن معیار تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای بوده است. به جهت کاربردی شدن این تحقیق علاوه بر معیار تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای، معیار نگهداری مقدار سرعت جریان در داخل لوله ها یک شبکه آبرسانی در محدوده مجاز نیز مورد توجه قرار گرفته شده است. بنابراین در این رساله دو حالت طراحی، حالت1 (در نظر گرفتن تنها یک معیار طراحی، تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای ) و حالت2 (با در نظر گرفتن دو معیار طراحی: تأمین مینیمم مقدار فشار گره ای و نگهداری مقدار سرعت جریان در داخل لوله ها در محدوده مجاز) جهت طراحی شبکه های آبرسانی در نظر گرفته شده است. در این رساله همچنین به منظور بررسی پارامترهای دخیل در بهینه یابی با ga، دو نوع تابع هدف اصلاح شده پیشنهادی متفاوت (ایستا و پویا)، دو نوع عملگر انتخاب (چرخ گردان و مسابقه ای) و سه نوع عملگر پیوند (یکنواخت و یک نقطه ای و دونقطه ای) مورد بررسی قرار گرفته اند. بدین ترتیب 12 نوع برنامه رایانه ای مختلف برای هر یک از دو حالت طراحی (در مجموع 24 برنامه رایانه ای) تهیه و برای ارزیابی عملکرد این برنامه های رایانه ای، هر یک از این برنامه های رایانه ای 100 بار بر روی هر شبکه آبرسانی جهت یافتن جواب (طرح) بهینه اجرا شده اند. با اجرا شدن این برنامه های رایانه ای بر روی چهار شبکه آبرسانی (سه شبکه آبرسانی استاندارد و یک شبکه آبرسانی ارائه شده توسط مولف) توانمندی خود را در یافتن جواب بهینه را به نمایش گذاشتند. برای نمونه یکی از برنامه های رایانه ای توانست از 100 بار اجرا بر روی یکی از شبکه های آبرسانی 94 بار به جواب بهینه دست یابد. این برنامه های رایانه ای نیز قادر هستند جواب بهینه ارائه شده توسط سایر محققین برای سه شبکه آبرسانی استاندارد که از روش های بهینه یابی غیر از روش بهینه یابی ga و یا بدون استفاده از برنامه شبیه ساز هیدرولیکی و کیفی شبکه های آبرسانی (epanet v.2) استفاده کرده بودند، را با ارزیابی تعداد شبکه آبرسانی کمتر و در یک زمان محدودتر تکرار نمایند.