چکیده: کاهش منابع آب شرب، همراه با افزایش سریع تقاضای ناشی از توسعه شهرنشینی و افزایش هزینه‌های تصفیه و انتقال آب، به یک چالش جدی در بسیاری از کشورها تبدیل‌شده است. برای مقابله با این مشکلات، ضرورت مدیریت مؤثر در توزیع، بهره‌برداری و کنترل تقاضا بیش از پیش احساس می‌شود. نشت، یکی از چالش‌های مهم در شبکه‌های توزیع آب است که مدیریت مؤثر آن اهمیت بسزایی برای حفاظت از منابع آبی دارد. از این منظر، کنترل نشت نه‌تنها منجر به کاهش هدررفت آب می‌شود، بلکه هزینه‌های مرتبط با تعمیر و نگهداری را نیز کاهش می‌دهد. هدف از این رساله، توسعه یک مدل نزدیک به واقعیت نشت در شبکه‌های توزیع آب به‌کمک اندازه‌گیری‌های میدانی و شبیه‌سازی هیدرولیکی است. این پژوهش تلاش دارد با کمک از مطالعات پیشین و شناسایی نقاط ضعف آن‌ها، به درک واقع‌گرایانه‌تری نسبت به گذشته در مدل‌سازی شبکه‌های توزیع آب دست یابد. در این راستا، توسعه و شبیه‌سازی مدلی دقیق از شبکه‌های توزیع آب با به‌کارگیری روش‌ بهینه‌سازی مناسب ضروری است تا بالاترین سطح کارایی از شبکه حاصل شود. در بخش نخست این رساله، رویکردی عملی برای برآورد نشت در شبکه‌های توزیع آب با استفاده از کالیبراسیون و داده‌های میدانی موجود ارائه شده است. در این‌روش، ابتدا داده‌های مربوط به فشار و جریان گردآوری شدند و در ادامه از الگوریتم خوشه‌بندی مبتنی بر چگالی (DBSCAN) برای شناسایی داده‌های نویز (پرت یا غیرعادی) بهره گرفته شد. همچنین، به‌منظور دستیابی به کالیبراسیونی دقیق برای شبکه، از بهینه‌سازی بیزین استفاده گردید. در این بخش، از مدل‌های هیدرولیکی نشت، از جمله رابطه توان نشت و معادله روزنه اصلاح‌شده، به‌صورت نوآورانه برای شناسایی و تحلیل نشت‌ها در گره‌های مختلف شبکه استفاده شده است. نتایج محاسبات نشان می‌دهند که این‌روش در مواجهه با پیچیدگی‌های محاسباتی و محدودیت‌های زمانی با دقت و کارایی بالا عمل می‌کند؛ به‌طوری‌که با کالیبراسیون یک شبکه توزیع آب واقعی، مقدار MSE به‌ترتیب 066/0، 002/0 و 824/0 برای پایین‌دست شیرفشارشکن، جریان ورودی و فشار در گره بحرانی از شبکه به‌د‌ست آمد. همچنین مقادیر میانگین R² و NSE نزدیک به 98/0 محاسبه شد که نشان‌دهنده دقت بالای مدل و هم‌خوانی آن با داده‌های واقعی است. مدل‌سازی نشت‌ها همچنین نقص‌هایی را در ارتباط بین معادله روزنه اصلاح‌شده و معادله توان نشت نشان داده است. این بخش از پژوهش، توصیه‌های مهمی برای بهبود مدیریت هدررفت آب ارائه می‌کند که اهمیت فراوانی به‌ویژه برای شرکت‌های آبرسانی که بودجه و درآمد محدودی دارند. بخش دوم این رساله به مدیریت فشار در شبکه توزیع آب با هدف کاهش نشت و حفظ حداقل فشار لازم در هر بخش از شبکه از طریق نصب شیرهای فشارشکن می‌پردازد. در این مطالعه، موقعیت و تنظیم این شیرها با استفاده از تئوری گراف بدست آمده است. ابتدا، فشار در گره‌ها و نرخ جریان در طول لوله به‌کمک حل‌کننده هیدرولیکی استاندارد شبکه با استفاده از نرم‌افزار متن‌بازEPANET محاسبه می‌شود. سپس، از مدل هیدرولیکی به‌عنوان یک گراف جهت‌دار، با توجه به جهت جریان، برای شناسایی اتصالاتی استفاده می‌شود که بیشترین تأثیر را در کاهش فشار پایین‌دست دارند. در ادامه، لوله‌های دارای بیشترین تأثیر برای نصب شیر فشارشکن انتخاب و محل قرارگیری شیرها مشخص می‌شود. در پایان، یک شیر فشارشکن پس از هر بار اجرای الگوریتم به مدل هیدرولیکی اضافه می‌شود که شامل موقعیت نصب و فشار پیشنهادی پایین‌دست است. تعداد تکرار اجرای الگوریتم به تعداد شیرهای لازم برای نصب بستگی دارد. جانمایی شیرهای فشارشکن با استفاده از الگوریتم پیشنهادی در دو مطالعه موردی اجرا شده است. نتایج نشان می‌دهند که با نصب اولین شیر فشارشکن، کاهش چشم‌گیری در فشار کلی شبکه حاصل شده است. شایان به‌ذکر است که فشار در گره‌ها از حداقل سطح مورد نیاز برای ارائه خدمات پایین‌تر نمی‌رود. بخش سوم به این نکته اشاره می‌کند که برای محاسبه نشت کلی شبکه نیازی به استفاده از فشار در نقطه میانگین ناحیه (AZP) نیست. بلکه نشت کلی می‌تواند با دقت بالایی تنها با استفاده از ضرایب و فشارهای گرهی در هر بخش از شبکه تخمین زده شود.