基于淮河流域1961~2020年38个气象站点的逐日降水数据，筛选出最长连续无雨日（CDD），采用M-K趋势检验、主成分分析、时滞相关分析、交叉小波变换等方法分析了淮河流域CDD的变化特征及其对12个环流指数的响应。结果表明，淮河流域CDD空间分布有明显的季节特征。夏季表现为西高东低分布特征，春季、秋季和冬季表现为北高南低分布特征；60年来，不同季节的CDD变化亦不同，其中秋季大部分站点CDD增加，流域有变干趋势，而冬季全部站点CDD减小，流域干旱减缓；不同时滞的CDD与WP、SOI和Nino4具有较好的相关性，与Nino4的相关性最强，Nino4对滞后4、5个月的CDD有明显增强作用，对滞后10、11个月的CDD有明显减弱作用；Nino4对CDD的显著影响主要集中在10~15个月共振周期上，且主要呈Nino4超前于CDD的显著负相关关系。研究结果对今后干旱预测防御及水资源管理具有一定参考意义。

分析极端降水时空分布特征及前后期风速的响应变化，对掌握极端降水发生规律、提高极端降水-风速响应关系认识、预防及应对水灾害具有重要意义。定义考虑前后期降水的极端降水事件并根据雨峰位置划分为峰前、峰后和双峰3种雨型，分析我国极端降水事件时空分布特征及与风速的关系。结果表明，单峰雨型发生频次高于双峰雨型，量级从西北到东南逐渐递增，西北地区极端降水事件上升趋势明显；东南、东北地区风速越大，极端日降水阈值越高，西南地区则相反；极端日降水发生前后风速存在异常波动现象，西南地区表现为风速减弱，其他地区先增强后减弱、极端日降水当天风速最大。

针对岩溶地区产汇流机制复杂、地下水监测资料不足、径流预报精度低等问题，提出了融合物理机制和数据驱动的相似性预测方法，建立了不同流量量级、不同预报因子、不同前期影响滞时下最优组合预报方案，可实现不同水雨情条件下多模式的自适应匹配和智能切换，可生成具有可解释性的径流预报结果，并将该方法应用于龙滩水电站径流预报中。结果表明，该方法提高了岩溶地区的径流精度和有效预见期，对保障大型电站科学调度和安全运行具有科学意义和实际价值。

为量化分析长江下游及湖泊水文节律受上游梯级水库开发和三峡工程运用的影响，采用M-K检验、累积距平法、小波相干谱法等水文时间序列趋势分析法和STL等时间序列分解法统计分析了石臼湖蛇山站49年的历史水位资料，解析了石臼湖在新河湖关系下的水文节律的长期变化趋势和规律，探析了水文节律变化和本地气象因子的相干关系和新形势下水文节律变化的生态效应。结果表明，新河湖关系下，枯季更早更长且平均水位更高，极端低水位更易出现，变化更平缓，难以出现高水位；汛期极值高水位更低更晚，汛期平均水位更低，结束更早，变幅更平缓。枯季提前有利于增加水生植物的生物量，但枯季水位变幅减小可能降低枯季生物多样性。

为探究鄱阳湖阻排效应造成的滨湖城市内涝风险，采用“调蓄模型”阐明鄱阳湖对昌南城区内河外排的阻排效应，定义量化阻排效应的阻排系数，探明了影响阻排系数的主控要素并量化阻排系数与主控要素之间的响应关系。结果表明，影响阻排系数的主控因素包括降雨强度、外江水位、排涝能力和调蓄空间等。降雨强度与阻排系数之间存在明显二次曲线关系，雨强11.67 mm/h为曲线拐点；阻排系数与外江水位呈四象限风险图关系；排涝能力提升比例增加，阻排系数降低频率增大，雨强超过11.67 mm/h后，昌南城区通过提升排涝能力降低阻排系数的效果明显降低；调蓄空间增加，相同雨强的阻排系数逐渐减小，雨强超过15.83 mm/h后，青山湖排涝片通过提升调蓄空间降低阻排系数效果明显降低。通过适当提升排涝能力、降低不透水地面比例、增加可调蓄空间可有效降低鄱阳湖阻排效应造成的滨湖城市内涝风险，但应对极端暴雨事件的能力仍然有限。

针对无资料地区河道断面反演中使用优化算法和概率密度等数学方法在算法寻优过程中易陷入局部最优解的问题，提出了基于集合卡尔曼滤波（EnKF）和粒子群优化（PSO）耦合的方法实现对无资料地区河道断面的反演计算，即通过粒子群优化算法对缺失断面进行初始化，形成一个梯形的初始断面，再通过EnKF不断对初始断面进行修正，并通过理想案例对所提方法进行验证。结果表明，模型的R²、N_NSE均高于0.99，相对均方差小于0.04。考虑到工程实际中的观测误差，选取0.1%、1%、5%、10%的观测误差对缺失断面、PSO初始断面及EnKF法修正断面的水动力模拟误差进行评价，发现误差随选取的误差不同整体呈现正态分布，但EnKF法面对不同的观测误差均可保持一个很高的模拟精度，R²均高于0.98，相对均方差均小于0.06 m，N_NSE均高于0.98。可见所提方法具有较高的可行性。

为分析横沙东滩（六~八期）工程建设对长江口的影响，通过Delft3D建立长江口二维潮流模型，结合2008、2016年已有水文资料进行潮位、流速率定验证。基于平水年、洪水年水文条件，模拟计算横沙东滩六~八期工程实施前后长江口主要汊道潮量、潮位、流场等水文条件。结果表明，两种流量条件下，横沙东滩六~八期工程的建设对长江口主要汊道涨、落潮流量的影响较小，长江口高、低潮位的变化不超过0.01 m，工程所在水域高、低潮位的变化不超过0.02 m；工程对长江口大面流场结构无明显不利影响，北港水道、北港北沙夹泓涨潮流速有所减小，北港水道最大减幅为0.03 m/s，北港北沙夹泓最大减幅为0.02 m/s，横沙通道、长江口北槽深水航道涨潮流速基本无变化；在现状河床地形及工程边界条件下（横沙东滩工程全部建成），东北侧滩面存在西北—东南向窜沟，八期工程北缘和下游沙体北缘，落潮流速较大，最大流速在1.5 m/s以上，不利于横沙东滩整治工程的稳定。

为降低桥墩群对杭州之江新城骨干河道团结浦、三号浦交汇处的水流影响，构建了平原河网平面二维数学模型，研究了3个岸线优化方案对交汇处流态和雍水的改善效果，并综合阻水比、征地面积、水域面积及桥墩安全等多目标进行比较分析。结果表明，拓宽一侧河道以免桥墩位于主河槽或改道避开桥墩，均可有效降低桥墩雍水影响，3个优化方案对雍水高度的改善效果相当；方案2、3会影响桥墩安全，水域面积相对较小且征地面积大，方案1对桥墩安全影响较小，工程实施相对容易，综合优势较高，推荐方案1为最优方案。

海塘塘脚冲刷是影响河口海塘结构稳定的主要因素之一。准确把握河口区复杂水动力下海塘塘脚冲淤规律并提出精准的海塘塘脚冲刷预测方法，对保障海塘工程安全起着重要作用。为此，以钱塘江河口西江塘海塘为例，利用2010年以来的逐月实测断面监测资料，分析了海塘塘脚冲淤的变化规律，并基于悬移质挟沙力输沙和河床变形理论，提出了基于过程的非恒定水流下塘脚冲刷预测方法，利用该方法计算了其塘脚冲刷深度。结果表明，西江塘段海塘呈现洪冲潮淤的变化规律，其塘脚冲刷的临界径流量约为5 000 m³/s，冲刷预测误差可降低到20%以内，预测精度得到明显提升。

利用GRACE重力卫星数据联合GLDAS数据反演可得到地下水储量变化，能够在大尺度范围监测研究区域内的地下水储量变化，但得到的数据空间分辨率仅有0.25°，在小尺度范围内难以应用。基于GRACE陆地水储量及GLDAS浅层地表水储量与降水、NDVI之间的空间关系，提出一种基于地理加权回归模型（GWR模型）的地下水储量变化的降尺度方法，将地下水储量空间分辨率降尺度到1 km。结果表明，GWR模型降尺度方法成功应用于海河流域地区，降尺度后的地下水储量数据变化与46个验证点实测地下水位数据的相关系数均大于0.6，模拟结果合理可靠。进而利用降尺度结果分析了海河流域与北京平原的地下水储量的时空变化特征，结果与现有数据高度吻合，表明基于GWR模型的降尺度方法能有效提高地下水储量变化数据的空间分辨率。

研究引黄灌溉入渗引起的地下水化学变化特征，对区域地下水水质调节和改善有着积极的指示作用。通过田间原位入渗试验，进行水田、旱田回灌过程中回灌水-地下水监测和分析，利用AquaChem水化学分析和SPSS数理统计揭示地下水化学演变规律。由试验可知，地下水化学变化特征呈现“前期骤变活跃带—中期渐变过渡带—后期平缓稳定带—停灌潜在回升带”四个演变过程，主要受回灌水的物理混合作用，伴随着水-岩物理吸附离子交换、化学溶解和溶滤等作用，特别是水田的回灌水量大，回灌水决定了地下水化学演变方向；同时，受水-岩溶滤作用，地下水化学组分Na⁺、Cl^-浓度有较好的线性变化，相关系数在0.93以上，Ca²⁺、Mg²⁺与SO₄^2-、HCO₃^-浓度有一定的线性相关性；在停灌后，地下水蒸发浓缩作用强烈，水中各离子呈增加趋势，特别是Na⁺、Cl^-，停灌后需及时排水、降水。研究表明引黄灌溉不仅丰富了地下水水源，而且可以改善地下水水质。

维持河道内生态流量是协调水资源开发利用与河流生态保护的重要举措，现有的生态流量计算方法大多受限于生态数据不足、生态建模困难。为此，建立了基于浮游植物生物量的贝叶斯层次模型，研究探讨了河流水文—生态响应关系，以沙颍河为例，分析计算了汛前、汛期、汛后的浮游植物生物量与流量、水温的关系。结果表明，贝叶斯层次模型可识别水文—生态的复杂响应关系，分层分析产生的优势借用提高了短系列数据的可用性；生物量—流量关系参数β汛前大于0的概率为0.683，汛期小于0的概率为0.577，汛前河道内流量的保证及汛期泄流的控制对浮游植物生物量有正向影响；在符合设计要求的生态流量条件下，预测生物量最大和最小改善分别发生在河段7（汛前+32.05%，汛期+871.80%，汛后+81.79%）和河段3（汛前+3.91%，汛期+1.16%，汛后+2.89%）。

气候变化等因素使得降雨时空分布不均匀性增强，研究洪水对降雨空间异质性的响应关系，对于指导干支流不同频率暴雨组合遭遇条件下的流域洪水模拟意义重大。以山东省沂河临沂站以上流域为例，应用新安江模型构建流域水文模型。利用1980~2020年6~9月逐小时降雨数据进行频率分析，推求沂河流域降雨历时为72 h的不同重现期的设计暴雨。通过不同重现期的暴雨组合设计情景，利用构建的水文模型模拟，对临沂站的洪水过程进行分析，得到降雨空间异质性对洪水过程的影响关系。结果表明，降雨空间分布对洪峰流量的影响显著，靠近流域出口的区域降雨量是洪峰流量的决定性因素，降雨空间异质性高的情景下，较小的降雨也可能产生较大的洪水峰值流量。研究结果可为降雨空间异质性导致的干支流洪水遭遇条件的下游断面洪水预报提供参考。

以白洋淀分汊河流双泄水建筑物为例，通过模型试验先单独确定泄洪闸、溢流堰不考虑相互影响下的水位—泄量关系，再通过数值模拟考虑二者之间的相互影响，确定二者相互影响下能否达到设计效果，探索出模型试验与数值模拟相结合确定分汊河道分流比及泄流能力的方法。通过这种方法，得到了泄洪闸溢流堰的分流比及闸下、堰下水位，并与设计值进行比较，发现其差异很小，差异均在6%以内，表明泄洪闸、溢流堰设计泄流能力基本满足要求。

面板坝在我国水利水电建设中应用广泛、发展迅速。针对面板坝常规设计的局限性，提出了基于BIM技术优化面板坝设计方法，通过可视化比选定线、结构参数化设计和模图表关联计量，实现了趾板定线动态比选、结构应力动态计算和坝体挖填动态决策，并分析了模型成果的数字化应用。进而将该方法应用于高坪桥水库面板坝设计，通过开发BIM插件、可视化编程和定制智能横断面，对趾板定线、BIM-FEM联合分析和分区计算起到了提质增效的作用；同时模型成果轻量化交付，支撑“高坪桥数字水库智慧应用”，发挥BIM全生命周期价值。

为了弄清石漫滩水库混凝土重力坝坝体运行期裂缝形成机理，采用APDL语言中的ESEL命令并配合局部坐标系的旋转来完成随机骨料的投放方法，构建了石漫滩大坝^#9非溢流坝段的三维宏-细观有限元模型，通过模拟计算，分析了运行期大坝的裂缝成因。结果表明，该方法可快速生成三维球形及多面体形骨料，大大提高了骨料的生成效率；采用宏-细观模型计算的结果与大坝的实际裂纹分布情况更为符合，周期性的冬季快速温降及夏季快速温升对运行期混凝土坝开裂的影响不容忽视。

利用大坝的监测数据对大坝力学参数进行精确反演，对于确保大坝的安全稳定运行至关重要。对此，提出基于径向基函数（RBF）网络和人工大猩猩部队优化算法（GTO）的拱坝参数反演模型。首先，采用RBF代理模型代替有限元模型，探讨材料参数与监测点位移响应之间的关系，RBF代理模型的采样数据由高效的拉丁超立方采样技术生成；其次，采用GTO智能优化算法，使材料参数识别的目标函数最小。工程实例分析结果表明，RBF-GTO模型能够在降低计算成本的同时实现高精度的混凝土特高拱坝参数反演分析。

拱坝变形监测模型是拱坝健康监测中最常用的方法。针对特高拱坝的变形监测问题，提出了一种混凝土特高拱坝的智能优化支持向量机变形监测模型。采用粒子群算法（PSO）优化支持向量机（SVM）的惩罚因子、核函数参数及容忍偏差，建立基于PSO-SVM的混凝土特高拱坝变形监测模型，分析了时效因子对模型性能的影响。工程实例表明，混凝土特高拱坝的PSO-SVM变形监测模型有着良好的预测精度及泛化能力，适用于特高拱坝的变形监测。

混凝土坝变形序列中存在的噪声和非线性特征严重影响了大坝变形预测的精度。为此，采用集合经验模态分解（EEMD）对坝体水平位移信号进行分解，挖掘其中有效变形信息；并利用奇异谱分析（SSA）对分解所得高频本征模态分量（IMF）进行特征提取，以减少有效信息的丢失。考虑到效应量与环境量之间复杂的随机性和非线性映射关系，采用极限梯度提升（XGBoost）对降噪后的数据建模预测；考虑到XGBoost超参数对模型预测性能的显著影响，引入全局搜索能力较好的北方苍鹰算法（NGO）对其参数寻优，构建了基于NGO-XGBoost的大坝位移预测模型。计算结果表明，EEMD-SSA能有效地去除大坝位移监测信息中的噪声，NGO-XGBoost模型显著提高了大坝位移预测模型的精度。

针对大坝预测中采用深度学习方法难以确定最优参数和精度不高等问题，改进了麻雀搜索算法（SSA），采用改进麻雀搜索算法（ISSA）对门控循环单元（GRU）的参数进行寻优，构建了基于ISSA-GRU的大坝变形预测模型，并将该模型应用于黄河上游青海段龙羊峡大坝变形预测中。结果表明，基于ISSA-GRU的大坝变形预测模型具有更高的预测精度和稳定性，可为大坝变形预测提供参考。

为探究河流水位及降雨总历时对雨水管网排水性能的影响，构建了某园区管网—河流一体化SWMM概化模型，基于设计重现期为5年、降雨总历时分别为2、24 h的降雨事件，模拟分析了不同河流初始水位时园区雨水管网和河流的排水工况。结果表明，当河流初始水位较低，排水口处于自由出流时，河流水位对雨水管网的排水性能几乎无影响。排水口淹没出流时，随着河流初始水位的提升，排水系统的超载管道比例和溢流节点比例递增，超载时间和溢流时间延长，排水口及管道节点峰值流量下降，且越靠近排水口节点峰值流量下降幅度越大；基于相同降雨重现期及河流初始水位，相比于短历时降雨，长历时降雨的超载管道比例和溢流节点比例较大，超载时间和溢流时间较长，排水口及管道节点峰值流量下降幅度较大。在进行河流—管网汇水区雨水排水系统设计时，宜对雨水排水系统进行历时24 h降雨、不同河流水位的排水性能校核。

为研究不同荷载条件下管道车在弯管启动时环隙流场的分布，采用数值模拟结合物理模型试验验证的方法研究不同荷载管道车水平弯管启动时环隙流场。结果表明，荷载的增加不会改变缝隙流场流速的整体分布规律，仅仅改变缝隙流场流速数值的大小；不同荷载条件下，水平弯管内管道车缝隙流场轴向流速从管道内壁到管道车外壁有先增大后减小的规律。周向流速在管道车缝隙流入口断面处和车中断面处分布较为均匀，但在缝隙流出口断面处出现密封盖两侧流速相反分布。径向流速越远离支撑体和密封盖分布越均匀，且在管道车缝隙流出口断面支撑体处出现流速明显增大现象。该研究解释了环状缝隙流场分布规律形成原因，获得了不同荷载管道车在弯管处启动时缝隙流场的流速分布规律。在完善丰富环状缝隙流理论的同时，为筒装料管道水力输送的应用提供了理论依据。

拟建龙尾洲枢纽是一座以航运为主，兼顾防洪、水资源和水生态环境保护的低水头航运枢纽工程。坝址上下游各有2个连续弯道，坝址所在顺直段也较短，河道边界条件不利于工程后顺畅泄洪。为优化并论证拟建该枢纽总体布置方案的可行性，采用比尺为1∶80的整体水工物理模型，在水动力验证相似的基础上，对枢纽泄流能力进行试验研究，揭示了典型洪水条件下原设计方案的泄水闸过流分布和流量分配特征，阐明了原方案的不足及相应优化思路，提出了切除边滩的改善措施。通过优化方案试验，验证了泄流能力可以满足设计要求。研究结果可为本项目设计及类似工程提供参考。

对于底流消能，格栅的布置能够缩短消力池长度，使其更容易适应地形条件的变化。为此，通过FLOW-3D中的掺气模型对圆孔Γ形格栅式消力池内水气两相流进行数值模拟。结果表明，纵向临底掺气浓度沿程递减（由31.3%减小到8.0%），在格栅位置出现明显下降，栅前（^#6断面）临底空穴数最小为5.6，格栅附近空穴数均在9.0左右，栅后空穴数远大于9.0；栅前沿轴线方向近底气泡尺寸沿程增大（由0.9 mm增大到8.1 mm），栅后近底板气泡尺寸则沿程减小（由1.6 mm减小到接近0 mm）；流速较大区域较小直径的气泡在掺气减蚀中起主要作用，对混凝土固体边界的保护作用明显，包括格栅在内的消力池结构不易发生空蚀破坏。

鉴于缺乏高流速条件下明流泄洪洞通气特性研究的现状，基于50 m/s量级高速射流试验装置，研究了流速、通风洞面积、泄洪洞相对高度对通气量和通风洞风速分布的影响；通过整理和分析44组原型观测资料和28组试验数据，提出了高流速下的通气量计算经验公式。结果表明，水流速度为18.0~37.2 m/s时，通气量测量值为规范计算值的2.1~9.6倍；随着通风洞面积增加，通风量增长速率逐渐降低，且通风洞内的风速分布情况与通风洞面积有关；随着泄洪洞相对高度的增加，通风量先增后减，泄洪洞相对高度的变化不改变通风洞断面的风速分布特征；改进公式的通气量计算值与实际测量值较为接近，其中3/4数据位于20%误差线范围以内。研究成果可为工程实践提供指导。

枢纽下游水文情势的改变及运行调度使鱼道进出口水位时刻变化，鱼道运行不当，进口水深不足会造成跌水，妨碍鱼类上溯。采用鱼道整体模型，分析鱼道进出口不同水位组合下鱼道内水力特性变化特征。结果表明，受下游进口水位变幅影响，鱼道池室水动力变化主要集中在进口附近池室，且越靠近下游，影响越大。当进口水位降低时，进鱼口处出现跌水，流速出现极大值，鱼类难以上溯；进口水位抬升，流速迅速减缓，鱼道孔口设计流速为0.60~1.00 m/s，鱼道运行出口与进口水深最大落差建议控制为1.00 m。同时为在鱼道进口形成有效的诱鱼流速，需根据进鱼口不同水深采取适当补水措施，补水流量与进口水深存在较好线性关系。

针对低流量比条件下明槽干支流交汇支流汇入区水流结构十分复杂的问题，基于物理模型试验的方法，采用PIV粒子图像测速技术观测不同交汇条件下明槽支流时均流速及三维流速空间分布，分析支流流场的变化特征。结果表明，汇流比较小时，由于干流水体的顶托作用，支流表层水体会出现不同程度上的回流现象，底层水体顺流汇入干流，且有较为明显的斜向混合界面；随着汇流比的增大，干流对支流左岸水流结构影响逐渐减小。在交汇角为30°、90°时，靠近支流右岸的水流结构受干流水体顶托作用影响最大；在交汇角为150°时，支流基本处于回流状态，交汇口处形成最大回流流速区。研究结果可为库区支流营养盐富集导致水华频发等研究提供理论支撑。

临江深基坑工程地下水随江水位变化呈现长期水位低、汛期水位高的动态特征，坑内降水导致周围地层渗流场趋于复杂，易引发围护结构破坏、坑底管涌和基坑失稳等工程事故。为此，采用基于HS-Small本构模型对深基坑工程的开挖-降水过程进行模拟，分析了降水影响因素（降水深度、方式、速率和止水帷幕）对周围环境变形的敏感性及其相互之间的关系，并将分析结果与实测结果进行对比验证。结果表明，随临江深基坑土方开挖和降水进行，基坑坡顶、坑外土体和周边建筑物沉降变形逐渐增大，其中降水对基坑变形影响更明显；分次降水能有效降低周围建筑物和地表的沉降变形；降水深度建议控制在底板以下0.5~2.0 m；降水速率对周围环境沉降总量影响相对较小，但对沉降速率影响较大，当降水速率达到最优值时对基坑稳定性控制有益；止水帷幕嵌入深度超过30 m后对控制周围建筑沉降效果不明显。研究结果可为类似临江深基坑降水工程设计施工提供借鉴和参考。

为保证双排钢板桩围堰的结构安全并控制其用水面积，采用单因素敏感性分析方法研究了多项设计参数对围堰变形的影响，并通过PLAXIS软件进行二维、三维有限元模型计算。结果表明，拉杆标高、拉杆张紧力、钢板桩抗弯刚度对围堰入土段变形的影响较小；与堰体自身宽度相比，围堰变形受到内侧压脚宽度的影响更大，应尽量增加内侧压脚宽度；外侧板桩入土深度对围堰变形无明显影响，可适当减小外侧板桩入土深度、增加内侧板桩入土深度；横隔结构对控制堰体变形的效果不明显，可采取其他措施以加强内外板桩连接。研究思路和计算结果可为类似工程钢围堰结构设计优化提供参考。

为研究某长距离无压引水隧洞部分洞段改变衬砌方案后能否满足原设计流量的问题，采用模型试验和理论计算的方法分析了该隧洞典型区段的过流能力。该隧洞典型区段共有4种洞径，2种糙率，为满足阻力相似条件，对比测试不同材料，并进行糙率率定。对3种运行工况的过流能力及水流特性进行测试与分析，得出工况1可安全过流，工况2部分洞段净空余幅不足，最小余幅值为14.39%，工况3大部分洞段不满足安全过流。对比试验值与理论计算值，二者结果较接近，且试验值偏安全，可为该工程施工、运行提供理论依据。

岩壁吊车梁是地下厂房中常见的承载构件，由于直接支承在围岩上，岩壁吊车梁的稳定性受围岩地质条件影响较大。以丰宁抽水蓄能电站二期地下厂房岩壁吊车梁为例，通过对地下厂房岩体结构面特征、岩体蚀变效应及岩壁吊车梁原位观测资料进行深入解析，阐释了岩壁吊车梁锚杆应力和围岩变形的分布规律，并深入分析了吊车梁锚杆应力同围岩变形、地质条件、施工进程等之间的关联，解译了岩壁吊车梁锚杆应力和围岩变形偏大的原因，最终揭示了岩体结构面和蚀变对岩壁吊车梁稳定性的影响机理。研究结果可为岩壁吊车梁结构设计、施工组织和安全论证提供技术支撑，具有实际工程意义。

针对大凉山#2公路隧道粉砂质泥岩洞口段出现的局部大变形、坍塌、侵限等问题，通过现场监测、室内围岩膨胀性试验、三维数值模拟和理论分析，研究了初期支护大变形机理，探讨了雨水、围岩二次变形、洞口偏压等因素对大变形的影响规律，提出并采用洞外与洞内加固整治方案。结果表明，隧道上方地表粘土岩属于膨胀岩，粉砂质泥岩为非膨胀岩，隧道变形受围岩膨胀作用有限；受持续降雨影响，拱顶沉降量变化最为明显，沉降量相比降雨前增加150 mm；隧道深埋侧水平压力理论值为浅埋侧水平压力1.73倍，隧道结构承受明显偏压荷载；采用加强临时支护+大管棚超前支护+双层小导管注浆加固+洞顶明暗交界处增加抗滑桩+洞口段左洞左侧和左右洞中间各增加两排管桩的综合治理方案，隧道变形量减小87%，初支大变形得到有效控制。

依托四川省乐西高速大凉山#2隧道项目，基于尖点突变理论所提出的失稳判据对围岩稳定性进行判定，采用有限元软件MIDAS GTS NX建立相关隧道开挖模型，研究了隧道—断层系统在地下水渗流和爆破条件下围岩应力、位移和最大振速峰值的变化情况。结果表明，通过失稳判据计算发现，围岩综合刚度比k<1，分岔集方程Δ<0，两者结果均表明围岩具有失稳风险；渗流条件下断层围岩最大主应力为27.71 MPa，拱顶位移沉降为307.83 mm，应力比非断层处增加了约20.64%，位移增加了105.21%，受爆破因素影响，断层处竖向最大振速峰值是普通围岩的13倍左右，达到了162.97 cm/s，可见断层的存在会对其周边围岩动力响应产生放大效应；理论计算和数值模拟结果均表明大凉山隧道F3断层处具有失稳风险，施工时应当提前采取相应的防范措施。

地应力场特征及分布规律对地下厂房围岩稳定及工程设计具有重要影响。根据某抽水蓄能电站地下厂房地表深钻孔及工程地质条件，建立三维数值分析模型，通过多元线性回归分析，实现了初始地应力场的反演重构。研究表明，深孔实测最大水平主应力为6.7~17.6 MPa；反演模型的量值大小和方向与实测值吻合较好，地下厂房区水平应力为主导，最大水平主应力为16.2~17.4 MPa，应力水平属于中应力水平；厂房区域应力场最大主应力方位角主厂房轴线夹角小于30°，对于厂房围岩稳定有利。应力分布及方位角符合设计要求。研究成果可为类似工程提供参考。

针对现有研究成果缺少详细分析镇墩稳定性、可滑移长度判别公式存在不足的问题，在现有计算公式基础上，优化设置伸缩节情况下管道轴向力公式，提出了弯管下游轴向力和不设置伸缩节情况下轴向力公式，分析了设置伸缩节与未设置伸缩节情况下管道轴向推力及各条件下镇墩砼量比较，得到在一定条件下不设置伸缩节的埋地钢管镇墩砼量最省，可为今后的研究设计工作提供参考。

防渗墙是土石围堰中重要的防渗结构，对改善渗流场分布与提高土石围堰稳定性具有积极作用。为此，提出一种基于改进人工鱼群算法的防渗墙结构优化方法，以某围堰工程为例，基于有限元分析法建立围堰有限元模型，以防渗墙的墙体厚度和入岩深度作为待优化变量，构建以渗流量和经济指标联合表征的目标函数，采用改进人工鱼群算法更新待优化变量，确定最优的防渗墙结构，最后通过渗流—应力耦合分析，得到常水位和水位骤降工况下围堰的安全系数。结果表明，与传统人工鱼群算法相比，基于改进人工鱼群算法的防渗墙结构优化方法具有较快的收敛速度和收敛精度，优化后的防渗墙结构在满足防渗效果的前提下，实现了防渗效果和经济性的平衡；防渗墙后孔隙水压力下降明显，围堰在常水位及水位下降速率v=0.5、1.0、2.0 m/d工况下安全系数分别为1.489、1.410、1.376、1.321，均满足安全要求，体现了所提方法的可行性和合理性，研究结果可为土石围堰设计和施工提供参考。

传统的土堤和钢筋混凝土防洪墙阻隔了城市和滨水区域，已经无法满足大众的需求。为满足人民群众对亲水性的需求，将铝合金防洪墙引入到月亮湾防洪改造过程中，并提出拼装式防洪墙与生态缓坡相结合的改造方案，改造后该项目运行效果良好，不仅消除了堤防对城市空间的压迫感，更是将城市景观空间不间断的延续到水边，形成完整统一的景观界面，既能确保防洪安全，又能营造具有地域特色的滨水景观效果。

为研究骨料粒径及纤维长度对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响，考虑了三种骨料粒径和三种玄武岩纤维长度，设计并制作了108个混凝土试件（立方体试件72个，棱柱体试件36个），并对其进行了轴压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验，分析了各参数对抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度的影响规律，使用随机纤维脚本进行了ABAQUS有限元建模分析，并提出了相应强度计算方法。结果表明，随着骨料粒径的增长，基体混凝土的力学性能有所提升。而掺入玄武岩纤维后，混凝土的力学性能增大幅度较骨料粒径提升大。30 mm骨料粒径的混凝土在掺入18、24 mm玄武岩纤维时的力学性能相对较好。所编写的随机纤维脚本在ABAQUS有限元建模结果与试验结果吻合较好，考虑骨料粒径和玄武岩纤维长度的双参数影响的计算方法具有较好的适用性。

为分析台风暴雨诱发边坡破坏机理，基于4个台风期间实测降雨资料，针对福建某边坡遭遇台风暴雨时的安全状态开展数值模拟，以分析台风暴雨诱发边坡破坏及演进传播机制。对于失稳前的边坡，基于有限元法采用蒙特卡罗法计算边坡实时失效概率、可靠性指数，并揭示边坡渗流场及塑性区的瞬时变化特征。对于失稳后的边坡，基于光滑粒子流体动力学方法，采用基于Drucker-Prager准则的Herschel-Bulkley-Papanastasiou（HBP）流变模型计算其失稳后大变形行为，进而从滑动速度和堆积特征等方面分析滑坡动力灾变过程。结果表明，降雨是诱发边坡失稳的关键因素，边坡发生失稳后，其前缘滑动速度可达到15 m/s。研究结果可为极端条件下边坡工程的安全预警和防灾减灾提供借鉴。

电阻率法能有效反映土体物理指标和结构特性，具有高效、便捷、无损等特点。以红粘土孔隙水、含水率及孔隙率为关键因素，开展红粘土电阻率特性及其模型试验研究，考虑到电极面积对测试电阻值的影响，提出了接触电阻的修正公式，并引入结构因子反映孔隙水对红粘土电阻率的影响，建立红粘土电阻率预测模型。结果表明，接触电阻率修正公式能有效减少接触电阻的试验误差；红粘土电阻率、结构因子随着含水率的增加而减小，随着孔隙率的增加而增大，均呈现出幂函数关系；红粘土电阻率影响因素相关性为孔隙水>含水率>孔隙率；以接触电阻、孔隙水、含水率和孔隙率为变量构建的红粘土电阻率预测模型，拟合精度较高，可为评价红粘土物理指标和结构特性提供参考。

针对传统问卷调查方法人力和时间成本较高的问题，在对宁夏大中型水库移民后期扶持监测评估工作的调查业务需求分析的基础上，设计了基于B/S架构和云平台的水库移民后扶信息调查系统，该系统通过移动端的入户调查和PC端的数据管理两个子系统，实现对历史数据的导入、更新、删除及样本信息的增减、修改、查询、统计分析等功能，并将该系统应用于调查工作实例中。结果表明，与传统调查方法相比，该系统在完成日均调查样本数量上提高了约1.5倍，在调查资料整理归档方面节约了78%的人力和时间成本，同时大量减少了纸质调查表的重复打印输出，有效避免了纸质数据的缺失等情况。

针对EEMD在水电机组振动信号降噪处理中的不足，提出一种基于改进果蝇算法（RFOA）优化EEMD噪声IMF分量阈值的降噪算法。通过EEMD算法将噪声信号分解，得到IMF分量，进而通过相关系数法确定噪声信号与有效信号，利用RFOA确定噪声信号IMF分量阈值；将求得的IMF分量的样本熵当作特征向量输入GRNN算法中，进行振动模式识别。研究结果表明，与小波阈值法、EEMD-GA方法相比，所提算法降噪时信噪比最高，降噪效果最佳。

针对水轮机实测运行数据分布非结构性、疏密不均等特点，采用移动最小二乘法拟合机组实测运行参数获得水轮机工作区空间特性曲面，可体现数据曲面局部特性、避免数据分布密度差异导致的失真。通过拉依达准则进行初步的数据滤波，对离散样本点进行不同范围的局部拟合自适应确定支撑半径，结合马氏距离除噪法建立稳健移动最小二乘曲面重构模型。实例计算结果表明，与最小二乘法相比，移动最小二乘法对水轮机运行特性数据进行了较高精度的有效拟合和局部数据补充，可真实反映水轮机运行特性，为修正水轮机出厂运行特性曲线提供参考。

径流非一致性溯源及其校正的前提是具有准确可靠的长系列实测流量序列作为校正基准，对于无长系列实测流量数据的流域，可通过短时、典型的测验数据对水电站计算出库流量的准确性进行验证，从而获得校正基准。基于部分时段的超声波测流流量，结合稳定工况和突变工况下的尾水位流量关系分析，对瀑布沟机组特性曲线和闸门泄流曲线的准确性进行了验证与分析。研究结果证明了瀑布沟计算出库流量的准确性，为该梯级径流非一致性溯源和校正工作提供了基础支撑。

针对德能湘江水电站扩容后尾水管内水流出现明显脱流与回流、效率低、空蚀加剧的状况，采用计算流体动力学CFD进行分析，提出对尾水管修形或更换转轮的方法，以改善尾水管内水流流态。研究表明此两种方法均有效，可为类似工程提供参考。

为分析风力机叶片气热除水效率的影响因素，基于气热法对风力机叶片除冰效果进行试验分析，重点考虑铺层结构的导热效率和鼓风机速度（或频率）对除冰效率的影响。首先对叶片构造和铺层结构进行介绍，通过对铺层结构厚度测量估算导热系数，根据冬季叶片覆冰位置，验证气热除冰时叶片导热分布合理性。之后通过改变鼓风机速度（或频率）进行现场叶片除冰试验。试验结果揭示了气热除冰系统在对风力机叶片除冰过程中出现的除冰不均衡现象的根本原因，表明在保证通风管出风口温度稳定的前提下，鼓风机速度（或频率）越高，叶片表面除冰均衡性越好，除冰效果越显著。此外，在使用更大鼓风机频率的同时增强叶片内部环流，合理设置叶片内部环流结构可有效提高除冰效率并减小除冰耗时。研究结果可为工程实践提供指导。

对于扬程较高的输水系统，水泵抽水断电后产生的停泵水锤通常大于泵后阀门直接关闭产生的直接水锤。基于茹科夫斯基公式及水泵抽水断电的泵后降压规律，研究了泵后阀门关闭规律对输水管道沿线压力的影响，得到了水泵断电后泵后阀门最佳关闭时间的理论值，即T_g=T_d，并结合实际输水工程，采用数值模拟方法对该理论值进行了验证。结果表明，对于高扬程输水工程，水泵抽水断电后，泵后阀门采用提出的理论值可使停泵水锤对输水系统产生的危害最小。

大变幅水源水位条件下的泵站取水方式对取水可靠性、工程造价和取水建筑物安全均影响较大，合理评价不同取水方式是工程设计应重点考虑的问题之一。对此，构建了一套由3个定量指标和14个定性指标组成的两层评价指标体系，采用层次分析法和熵权法并基于最小二乘法原理对评价指标进行主观和客观组合赋权，基于隶属度和模糊综合评判法进行不同取水方案的综合评价和优劣排序，并结合具体工程进行分析。结果表明，所提出的指标体系全面，赋权方法合理，评价方法更好体现了方案比选的不确定性。工程实例应用检验了该评价方法的可行性。

鉴于扇形中枢旋转门是一种结构新颖的闸门，其过流流态与传统闸门有显著区别，为研究扇形中枢旋转门的动水压强特性，基于吴淞江整治工程60 m大孔闸及其消能设计工况，对闸门不同开度系数进行模型试验，分析了不同开度系数条件下的时均压强、平均波动幅度、脉动强度、频谱特性。结果表明，各开度系数下，门叶时均压强均为正压；总体脉动压强幅值较平稳，各测点在不同开度系数下脉动压强接近正态分布；脉动强度大小随开度和测点位置的变化而变化，随着开度系数的增大，脉动强度呈先减小后增大的趋势分布，脉动压强属于低频脉动；宽度方向测点位置的变化会对测点脉动强度的大小产生影响，可用中线位置脉动强度代替整体模型脉动强度。

分布式可再生能源的高度渗透加剧了配电网功率波动性与不确定性。对此，提出了一种基于多目标降维和多步重构的两阶段配电网优化运行策略。日前阶段，在构建电压偏差、功率损耗、运行总成本、净负荷峰谷差和净负荷系数多重运行灵活性指标模型的基础上，提出了基于目标相关性的多重灵活性指标降维方法，旨在权衡各项指标之间的关系并减少目标数量，提高计算效率。日内阶段，通过协同控制分段开关和联络开关，提出了基于多步开关顺序交换的配电网重构方法，充分挖掘系统可用灵活性资源。最后，基于IEEE-33、IEEE-84、IEEE-119、IEEE-136节点系统进行算例仿真，结果验证了所提两阶段配电网优化运行策略的有效性。

最大供电能力计算是特高压复杂大电网优化运行的重要问题，随着高比例可再生能源大量接入电网，电力电量平衡问题愈发突出。计及考虑稳定旋备约束、耦合断面约束、机组调节能力约束后，最大供电能力计算问题呈现高维特征，难以对其建模及求解。对此，首先根据传输断面限制和特高压复杂大电网分区运行的特点，搭建了考虑断面耦合控制的特高压复杂大电网最大供电能力优化调度模型，然后分别应用单纯形法（SM）、内点法（IP）、模拟退化算法（SA）、白鲸优化算法（BWO）和蜂群算法（ABC）求解模型，计算大电网在日内未来15 min最大供电能力，并提出各类型电源和备用的协调优化方案。最后以某省网为例进行模型及求解方法验证。仿真结果显示，因为电力系统规模庞大和断面间耦合关系复杂，启发式智能优化算法存在运行时间较长、收敛速度较慢、搜索精度不高的问题，而内点法收敛迅速、鲁棒性强、对初值的选择不敏感，具有更好的稳定性和计算效率，可为复杂特高压电网电力保供和电力平衡提供有效实用支撑。

在构建新型电力系统背景下，新能源高占比的水火风光储系统成为电力规划工作的主要研究对象。在实际规划分析工作中，需对水火风光储系统在长时间尺度上的供需平衡情况进行高频次迭代计算以实现对敏感边界的定量分析，这对平衡分析方法计算效率提出更高要求。综合考虑各类电源工作特性和新能源出力概率特性，提出了基于运行规则的启发式机组组合算法，实现全年尺度逐日确定机组开机方式，进一步构建了适用于水火风光储系统的供需平衡分析模型。最后基于区域电网算例开展仿真验证，结果证明所提模型及方法可行有效，为长时间尺度水火风光储系统电力供需平衡分析提供了参考。