با در نظر داشتن ضرورت مدیریت سیستمهای چندمخزنی منابع آب، به منظور تحقق اهداف چندگانه و با توجه به پیچیدگیهای محاسباتی چنین مسائلی، گسترش الگوریتمی توانمند جهت یافتن سیاست بهینه ی بهره برداری از سیستمهای چندهدفه-چندمخزنی و ارائه ی راهکاری جهت دستیابی به توازنی معقول در برآورده نمودن اهداف مختلف مطرح در چنین سیستمهایی، از اهداف اصلی تحقیق حاضر بوده است. در همین راستا، ابتدا با ایجاد اصلاحاتی ساختاری بر روی الگوریتم بهینه سازی جستجوی هارمونی، الگوریتمی جدید گسترش یافته و منجر به ارائه ی روشی کارآمد در حل مسائل پیوسته با ابعاد بالا و بازه های جستجوی وسیع گردیده است. توانمندی الگوریتم پیشنهادی، در حل توابع پایه ی متعدد و چندین مسئله ی کاربردی مورد ارزیابی قرار گرفته و عملکرد آن در مسائل مختلف در مقایسه با سایر الگوریتمهای بهینه سازی تحلیل شده است. همچنین یک الگوریتم چندهدفه ی فراکاوشی با دقت عملکرد بالا بر مبنای الگوریتم پیشنهادی این تحقیق، گسترش یافته است. سیاست بهینه ی بهره برداری از سیستم های چندمخزنی با اهداف دو و سه گانه با استفاده از الگوریتم چندهدفه ی توسعه یافته در این رساله، استخراج شده و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفته اند. برآورده ساختن همزمان اهداف اصلی مطرح در چنین سیستمهایی نظیر تأمین نیازهای زیست محیطی، کشاورزی، تولید انرژی برقابی و کنترل سیلاب بدلیل ماهیت متضاد آنها غالباً ناشدنی است. لذا، در دست داشتن الگوریتمی که قادر به یافتن سطوح تبادل بهینه ی اهداف باشد ضروری است. عملکرد الگوریتم چندهدفه ی پیشنهادی در بررسی های صورت گرفته بسیار مناسب بوده و می توان استفاده از آنرا در زمینه های کاربردی با خصوصیات مشابه توصیه نمود. در ادامه، راهکاری مناسب جهت تجزیه و تحلیل و استخراج سیاست های بهینه ی بهره برداری از سیستمهایی که در آنها کنترل سیلاب در کنار تولید انرژی و تأمین نیازهای کشاورزی مطرح است ارائه شده است . مطابق نتایج حاصله، تدوین سیاستهای بهینه ی بهره برداری برای دوره ی زمانی بلندمدت با استفاده از مدل توسعه یافته امکان پذیر می باشد. جهت آزمون قابلیت کاربردی مدل توسعه یافته از یک سیستم چهارمخزنی در حوضه ی کارون استفاده شده است.