به دلیل رشد جمعیت، آبیاری زمین‌های کشاورزی و توسعه صنعتی و ترکیب این عوامل با خشکسالی‌ها و پیامد‌های ناشی از تغییرات آب و هوایی، بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی افزایش یافته است. هدف این تحقیق، مدیریت بهینه منابع آب سطحی و زیرزمینی با استفاده از الگوی مدل‌سازی ترکیبی به منظور افزایش پایداری سیستم منابع آب زیرزمینی و کاهش مسائل آبی می‌باشد. در این مطالعه یک الگوی شبیه‌سازی ترکیبی ارائه شد که با توجه به آن، ابتدا بهترین مکان تغذیه مصنوعی به روش فازی و وزنی با استفاده از مدل GIS در دشت شهریار مشخص شد. سپس به منظور محاسبه پارامتر (نسبت دبی نفوذ به دبی سیلاب) در رودخانه، از مدل هیدرولیکی HEC-RAS استفاده شد. در مرحله بعد دو مدل مستقل برای روندیابی سیلاب در رودخانه و مخازن سیستم تغذیه مصنوعی بوسیله مدل HEC-HMS تعریف شد. در مدل اول جهت روندیابی سیلاب در رودخانه از پارامتر نسبت دبی نفوذ به دبی سیلاب در روش ماسینگهام-کانژ استفاده شد و مقدار سیلاب ورودی به طرح تغذیه مصنوعی برآورد شد. در مدل دوم روندیابی سیلاب در مخازن طرح تغذیه انجام شد و مقدار نفوذ، ذخیره و تغذیه توسط طرح محاسبه شد. و در نهایت مقدار تغذیه در طرح تغذیه مصنوعی با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی شبیه‌سازی شد و عملکرد سیستم تغذیه مصنوعی و تغییرات سطح آب زیرزمینی برآورد شد. با توجه به تحلیل فازی و وزنی، بهترین مکان‌ جهت تغذیه مصنوعی مخروطه افکنه آبرفتی در شمال دشت در نظر گرفته شد. مساحت نواحی مناسب (خوب) حاصل از روش فازی به طور میانگین 8.62 درصد بیشتر از روش وزنی محاسبه شد و عملکرد روش فازی در برآورد مکان‌های مناسب بهتر از روش وزنی ارزیابی شد. بر اساس نتایج حاصل از مدل HEC-HMS و مدل شبکه عصبی، حجم تغذیه سیلاب در مخازن طرح نسبت به حجم سیلاب ورودی به طرح به ترتیب برابر 89 و 86 درصد محاسبه شد. همچنین تغییرات سطح آب زیرزمینی حاصل از سیستم تغذیه مصنوعی برابر 1.88 متر و عملکرد تغذیه برابر 90 درصد برآورد شد. با توجه به نتایج الگوی شبیه‌سازی ترکیبی، همزمان سیلاب، منابع آب سطحی و زیرزمینی و سیستم تغذیه مصنوعی تحت کنترل بوده و می‌توان بر اساس منابع آبی قابل دسترس، افزایش پایداری سیستم منابع آب زیرزمینی و کاهش مسائل کمی و زیست‌محیطی مربوط به منابع آبی را مدیریت نمود.