این مطالعه به پیچیدگی های ذاتی و ماهیت تصادفی پدیده های هیدرولوژیکی، به ویژه رواناب ها و خشکسالی های ناشی از آن می پردازد. با توجه به اینکه فرآیندهای فیزیکی اساسی و تعاملات حاکم بر این پدیده ها به طور کامل درک نشده اند و مدل های ریاضی قابل اعتمادی در حال حاضر در این حوزه وجود ندارند، این مطالعه بر اساس روش های آماری و نظریه احتمال که به طور گسترده استفاده می شوند، برای توصیف چنین رویدادهایی بنا شده است. به طور خاص، این مطالعه بر ارزیابی جریان ورودی به سد زاینده رود و خشکسالی های ناشی از این جریانها در حوضه بالادست سد زایندهرود در اصفهان تمرکز دارد. برای دستیابی به این هدف جامع، این مطالعه مدل های مناسب تر و کارآمدتری را در چهار مرحله مجزا ارائه و اعمال می کند. مرحله اول، به مدل سازی رواناب های ورودی به سد زاینده رود اختصاص دارد. یک مدل مارکوف فازی برای غلبه بر محدودیت های ذاتی مدل مارکوف متداول در زمینه مدل سازی جریان رودخانه معرفی شد. کارایی و اثربخشی برتر مدل مارکوف فازی از طریق هشت مثال نظری به طور دقیق نشان داده شد. علاوه بر این، کاربردپذیری آن از طریق یک مطالعه موردی با تمرکز بر جریان ورودی ماهانه به سد زاینده رود تأیید شد. مدل مارکوف فازی پیش بینی ملموستر و دقیق تری ارائه داد که نشان می دهد محتملترین وضعیت آینده، جریان ورودی متوسط (جریان بین 1/11 تا 2/24 متر مکعب بر ثانیه) با حداکثر احتمال 53/0 خواهد بود. در مقابل، مدل مارکوف متداول ضعف قابل توجهی در عدم توانایی در تمایز مؤثر احتمالات تحت شرایط هیدرولوژیکی مختلف نشان داد و احتمال یکسانی (33/0) را به هر سه حالت جریان ورودی (جریان کم: کمتر از 1/11 متر مکعب بر ثانیه، جریان متوسط و جریان زیاد: بیشتر از 2/24 متر مکعب بر ثانیه) اختصاص داد. مرحله دوم مطالعه بر ارزیابی و رتبه بندی ریسک مرتبط با دسترسی به جریان ورودی سد زاینده رود تمرکز دارد. این ارزیابی دو دوره اصلی را پوشش می دهد: دوره تاریخی (2018-1990) و یک دوره آینده (2053-2025) که تحت سه سناریوی اقلیمی متمایز (SSP1-2.6، SSP2-4.5 و SSP5-8.5) ارزیابی شدند. این چهار دوره زمانی متمایز (تاریخی و سه سناریوی اقلیمی آینده) به عنوان گزینه های ارزیابی در نظر گرفته شدند. در این ارزیابی از سه شاخص عملکرد (قابلیت اطمینان، تاب آوری و آسیب پذیری) به عنوان معیار استفاده شد. در چارچوب ماتریس احتمالات رتبه ای، ارزیابی با استفاده از روشهای شاخص ریسک رواناب و روش های رتبه بندی ریسک رواناب انجام شد. همچنین رویکردهای ذهنی، عینی و ترکیبی برای وزن دهی به این معیارها به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که معیار تاب آوری، بیشترین وزن را در تمام دوره های زمانی داشته است. این یافته بر اهمیت حیاتی تاب آوری در مدیریت سیستم سد زایندهرود به ویژه در مواجهه با شرایط تغییر اقلیم تأکید می کند. بر اساس ماتریس احتمالات رتبه ای، نتیجه میشود که ریسک رواناب در دوره تاریخی در مقایسه با دوره آینده بیشتر ارزیابی شده است. در مرحله سوم این مطالعه، که تمرکز بر خشکسالی های هیدرولوژیکی ناشی از رواناب ها است، هدف ارائه چارچوبی جدید برای ارزیابی سلامت (یا ریسک) منابع آب سطحی در طول خشکسالی در حوضه مورد مطالعه بود. چارچوب نوآورانه و توسعه یافته در این مرحله، شاخص رواناب استاندارد چند متغیره اصلاح شده را با مفاهیم اساسی قابلیت اطمینان، تاب آوری و آسیب پذیری ترکیب می کند. در این ارزیابی از هر دو روش متداول و فازی استفاده شد. یک روش شناسی قابلتوجه، ایجاد روشی برای تنظیم خودکار پارامترهای تابع عضویت فازی بود. این تنظیم به صورت پویا بر اساس شرایط خشکسالی واقعی مشاهده شده در حوضه انجام شد. نتایج به وضوح نشان داد که روش فازی خودکار عملکرد بهتری در شناسایی شدت خشکسالی نشان داده و در نتیجه در تعیین کمیت سلامت منابع آب سطحی حوضه در شرایط خشکسالی مؤثرتر بوده است. هنگام استفاده از روش متداول برای طبقه بندی، سلامت (یا ریسک) حوضه به طور مداوم برای دوره های تاریخی و آینده به عنوان "ناسالم (ریسک زیاد)" ارزیابی شد. در مقابل، روش فازی خودکار، دیدگاهی متفاوت و دقیق تری ارائه داد و سلامت حوضه را برای هر دو دوره تاریخی و آینده به عنوان "متوسط سلامتی (متوسط ریسک)" طبقه بندی کرد. مرحله نهایی بر ارزیابی جامع ریسک خشکسالی هیدرولوژیکی متمرکز بود. این ارزیابی بر اساس ماتریس احتمالات رتبه ای، به طور خاص با در نظر گرفتن دوره های بازگشت دو متغیره (توأم و مشروط) در هر دو دوره تاریخی و آینده انجام شد. این ارزیابی با تعریف شش سناریوی ریسک متمایز، ساختاری جامع یافت. در این مرحله، توابع مفصل تی-استیودنت و جو به ترتیب برای مدل سازی توزیع های توأم در دوره تاریخی و آینده مناسب شناسایی شد. در تمام سناریوهای ارزیابی