为探讨东北漫川漫岗区极端降水时空变化特征，基于东北漫川漫岗区1981~2015年79个气象站点逐日降水数据，建立极端降水指标体系，采用气候倾向率法、变差系数C_V、M-K突变检验法、R/S分析法、GIS空间分析法综合分析了东北漫川漫岗区极端降水强度、频率、持续性指数的时空变化特征。结果表明，1981~2015年东北漫川漫岗区降水极端性整体呈减弱趋势，R×1day、R×5day、R12D、R50D、CRED分别以-0.5mm/10a、-2.1 mm/10a、-0.2 d/10a、0.02 d/10a、0.03 d/10a的速率减小；强度指数的年代变化呈“升-降-升”状态，频率指数与持续性指数的年代变化皆呈“降-升”状态，2010年代较2000年代上升12.5%~15.0%；频率指数R50D的C_V值为0.45，波动剧烈，其他指数的C_V值小于0.2，波动幅度较小；R50D与CRED分别在1988、1990年发生突变，在突变点前呈增加趋势，突变点后呈减弱趋势；极端降水指数未来变化趋势与历史变化趋势相反，降水极端性加剧；极端降水呈自东南向西北逐渐减少的分布规律，与1980年代相比，1990年代大部地区极端性有所增加，2000年代极端性减弱，2010年代东北漫川漫岗区南部极端降水强度减轻、频率降低、持续性减弱，北部高海拔地区极端降水强度增强，频率增加，极端降水发生风险较大。该研究可为制定东北漫川漫岗区应对极端降水侵蚀风险的策略提供理论依据。

鉴于气象干旱向水文干旱的传播对基于气象信息的干旱管理和水文干旱预警系统至关重要，利用赣江源流域近60年逐月气象水文数据，研究气象干旱向水文干旱传播的规律，并探讨了子流域之间干旱传播的差异。结果表明，气象干旱向水文干旱传播方式多样，以一一对应的传播方式为主；干旱事件从气象传播到水文后其危害性增大；Logistic模型可较好地反映水文干旱特征对降水短缺条件的响应关系；大型水库对流域的抗旱能力具有明显的提升效果。

以湘江流域湖南段为例，基于2000、2010、2020年土地利用和蒸散发等数据，通过土地利用转移矩阵、综合/单一动态度模型和GIS空间分析等方法，探讨2000~2020年湘江流域土地利用类型、面积变化和转换特征，揭示研究区土地利用类型、面积和转换对蒸散发的影响。结果表明，研究期内湘江流域土地利用类型的面积、占比和空间格局均发生了较大变化，尤其是土地利用类型之间相互转换频繁，但近20年主要土地利用类型的面积排序基本保持稳定，即林地>耕地>草地>建设用地>水域；湘江流域基于土地利用类型的年蒸散量排序为林地>草地>耕地>建设用地，相较于基于土地利用面积的实际年蒸散总量排序（林地>耕地>草地>建设用地）存在差异，因此分析研究区土地利用对蒸散量的贡献要综合考虑土地利用类型及所占面积；研究区各土地利用类型的相互转换，引起了不同趋势和程度的年蒸散量变化，其中，建设用地与其他土地利用类型的相互转换对研究区蒸散量的影响相对较大，其余土地利用类型转换对于区域蒸散发的影响相对较小。研究成果可为流域土地利用规划和水资源管理提供参考。

针对气候变化条件下千岛湖流域水资源演变情势，建立WEP-L分布式水文模型模拟流域1960~2020年水循环过程，采用Mann-Kendall非参数检验法和Hurst指数法分析流域水资源总量年际变化、年内分配特征，评价了千岛湖流域水资源量时空分布与演变趋势。结果表明，WEP-L模型在千岛湖流域模拟结果较好，率定期的Nash系数在0.83以上，验证期的Nash系数在0.85以上；全流域产水系数在0.436~0.630之间，多年平均水资源总量122.5×10⁸m³，折合产水深1 176.4 mm，年内分配过程呈单峰型结构，各子流域产水深范围在742~1 266 mm，空间分布呈西高东低；流域年水资源总量系列呈不显著上升趋势，Hurst指数0.86，存在上升的持续性；从月度水资源量来看，1、2月显著增加，其余月份变化均不显著。

为协调武汉市水资源供需平衡关系，促进水资源可持续利用，基于改进TOPSIS法和系统动力学对武汉市水资源承载力进行了综合评价和仿真模拟，实现了静态评价和动态预测相结合。结果表明，2010~2020年武汉市水资源承载力总体呈波动上升，整体水平处于临界状态。模拟武汉市2021~2035年的发展状况，常规发展模式下武汉市的水资源承载力已超出极限，难以维持需求；经济优先模式以牺牲资源环境换取经济提速，表现出最为严重的水资源问题；环境友好模式虽可减少水资源消耗、改善生态环境，但经济发展也受到一定的限制；综合发展模式从协调平衡的角度出发，在满足经济稳速发展的同时也实现了资源节约、环境保护，以最小的水资源消耗获取了最大的经济和生态效益，实现了人与自然的和谐发展。

及时准确的居民用水量预测对供水系统的设计和运行管理至关重要。长短期记忆神经网络（LSTM）是一种有效的基于数据驱动的用水量预测模型，但其通常依赖于大量的参数设置。因此，在LSTM模型基础上，通过叠加时间分布模块，提出多层长短期记忆神经网络模型（MLSTM）。与LSTM模型对比分析表明，MLSTM模型具有较低复杂度和更高的预测精度，尤其对于高峰期用水量预测（M_MAPE值降低约60%），且受外部环境条件（如天气）的影响较小。

分析南京市用水量现状，合理预测南京市用水量，掌握未来用水需求，对南京市水资源的长远规划和配置具有重大意义。对南京市2009~2019年用水量分析表明，工业、农业用水在南京市总用水量中比重较大，对总用水量的变化起着至关重要的作用。其次，采用灰色预测GM（1，1）模型与Elman神经网络的组合模型预测南京市各区及全市总用水量。结果表明，灰色Elman神经网络模型对2009~2019年南京市全市总用水量的预测效果良好，预测的相对误差均小于3.5%，预测结果的多年平均相对误差为1.55%；在南京市2019年各区用水量预测中，预测结果的相对误差均小于8.5%，效果较好。可见所用模型能准确地预测南京市用水量，对有效控制区域用水量，实现“四水四定”原则具有重要意义。

针对用水量信号表现出的强随机性和非平稳性状态，用水量预测存在的精度低、可信度差等问题，提出了基于改进EEMD-WOA-SRU的混合用水量预测模型。首先采用长短期记忆网络（LSTM）预测法抑制集合经验模态分解（EEMD）的端点效应得到改进后的本征模态分量（IMF），然后使用鲸鱼算法（WOA）优化简单循环单元（SRU）并预测各分量，最后累加得到最终的预测结果。试验结果表明，EEMD的分解误差平均降低0.94%，相较于SRU，EEMD-WOA-SRU模型预测的平均绝对误差降低45.42%，均方根误差降低50.43%，可信度提高52.38%。研究结果可为水资源决策提供依据。

为探讨双碳目标下京津冀地区电力行业的生产贸易及相应水足迹是否能满足地区长期发展需求的问题，构建了一个动态多区域可计算一般平衡模型模拟减碳政策给京津冀地区电力行业生产贸易及其水足迹带来的变化，模型中设计了4种碳减排方案，以研究碳税、投资和可再生能源补贴等政策的影响。结果表明，碳税政策发电节水效果最显著；减碳政策会大幅增加电力贸易虚拟水的区域间流动；各种情景下电力行业完全水足迹变化不大（低于15%），其中北京市电力行业水足迹对减碳政策的敏感度最高。因此，双碳目标下电力行业的节水重点应着眼于贸易环节，优化贸易结构，减少区域间虚拟水流动。

识别水华生消关键影响因子及其临界值对湖泊水华防控具有重要意义。以武汉市南湖为研究区，基于水文、水质和气象监测数据，采用皮尔逊相关分析、灰色关联分析、主成分分析方法，筛选并确定与叶绿素a浓度相关性较大的关键环境因子，利用受试者工作特征（ROC）曲线法分析关键环境影响因子的临界值。结果表明，COD_Mn、总磷、总氮、水温、气温与叶绿素a浓度具有较强的相关关系，是水华暴发的关键因子，其临界值分别为6.25 mg/L、0.146 mg/L、0.725 mg/L、27.05 ℃、22.35 ℃。研究发现，ROC曲线法对COD_Mn、总磷、总氮等日变幅较小环境因子临界值的求解精度优于气温、水温等日变幅较大环境因子，在湖泊水华暴发的营养盐浓度临界值确定方面具有较大优势。

水循环的健康状况是区域高质量发展的关键因素。水循环健康状态预测对区域水资源系统、经济社会系统和生态环境系统协调发展具有重要意义。以郑州市为典型研究区，构建了城市水循环健康评价DPSIR模型，运用熵权模糊综合评价方法分析了郑州市2010~2020年水循环健康状况演化过程；采用系统动力学模型和熵权模糊综合评价方法预测了综合协调型、经济发展型、水资源优化型等5种类型下郑州市2021~2030年的水循环健康状态。结果表明，近10年郑州市水循环健康状况向好发展，人均GDP、城市化率、水资源管理智慧化水平等指标达到“健康”状态；5种预测情景下城市水循环均达到“亚健康”及以上状态，在兼顾经济发展、生态保护、水资源优化的综合协调型情景下郑州市水循环健康状况达到“健康”状态，该方案为最优方案。研究结果可为郑州市生态保护和高质量发展提供理论依据和技术支持。

为了解乌梁素海水质状况，提出一种基于M-GA-BP的乌梁素海悬浮物浓度反演方法，该方法以Sentinel-2遥感卫星影像为数据源，考虑研究区域存在的时空特性，提出将月份数据作为悬浮物浓度反演的一个特征，利用遗传算法（GA）优化BP神经网络的权值与阈值，建立GA-BP神经网络模型，并与传统BP神经网络模型进行比较。结果表明，引入月份特征模型有效降低了模型复杂度，提高了模型反演精度，其中，MGA-BP模型反演精度最高，训练集、测试集决定系数分别为0.916、0.903，训练集、测试集均方根误差分别为0.049、0.057 μg/L，研究结果为乌梁素海悬浮物浓度反演提供了新思路。

水利工程的建设与运行，在发挥巨大经济社会效益的同时，对上下游不同河段的生态环境会产生影响，但通过合理优化调配水库蓄放水过程，开展针对性的水库生态调度，是调控改善生态环境问题的有效途径。因此，从生态流量约束的角度出发，通过资料调研与数据分析，分别明确了长江干流有利于四大家鱼、中华鲟自然繁殖和控制河口咸潮入侵的流量适宜范围，然后建立考虑下游生态流量约束的三峡水库优化调度模型，在三峡水库常规调度的基础上，重点开展了多目标的水库生态调度模型研究。结果表明，在典型年丰水季节5~9月期间，三峡下游的生态流量基本得以保证，然而其他季节均易出现不同程度的生态缺水状况，尤以枯水年生态缺水最严重；优化调度时，发电量和逐月最大生态流量缺水率呈明显的正比关系，说明两个调度目标不能同时达到最优，典型枯水年优化调度的发电量大致处于802×10⁸~835×10⁸kW·h之间，逐月最大生态缺水率大致处于24%~48%之间；多目标调度所得最优方案能较好地协调生态和发电需求，在尽量兼顾下游生态流量需求的基础上，发电效益可比设计目标增加约4.07%。

针对中小水电站水库在汛期调度运行过程中常常因为调节库容小、调洪决策时间短、机组最大水头和上游库区淹没限制等特点，而导致其汛期无论洪水量级大小常以较低水位运行造成洪水资源化效益得不到充分发挥的问题，重点考虑预报入库洪峰流量和预报误差不确定性的影响，以发电效益最大和防洪风险最小为目标，建立了中小水电站水库汛期运行调度多目标风险分析模型，并给出了当预报入库洪峰流量在不同范围时的汛期最优水位的求解方法。对龟都府水电站水库的验证结果表明，当水库面临不同量级的洪水时，通过效益和风险的协调可得到最优的运行水位，达到小洪水时增加发电效益和大洪水时减小洪灾损失的目的，为变化环境下中小水电站水库汛期运行调度提供了参考。

受水文气象资料条件限制，在乏资料地区开展洪水预报仍面临挑战。虽然水文模型参数区域化是解决该问题的常用途径，但机器学习模型因其具有建模简单、使用方便等特点，已逐渐成为构建乏资料地区洪水预报方案的重要方法。以山东省南四湖湖西平原区为例，借鉴水文地区综合的思想，对2010~2021年8个流域共40场暴雨洪水资料进行合成，构建了基于长短期记忆神经网络（LSTM）的区域化洪水预报模型。研究结果表明，区域化LSTM洪水预报模型能够较好地模拟实际洪水过程，训练集和测试集的洪峰流量相对误差均小于10%，纳什效率系数均大于0.9；在15 h预见期内，区域化洪水预报模型具有较高的预报精度，当预见期超过15 h时，模型的预报精度有所降低。

精确、适用性强的水文模型是洪水预报的重要手段，是防灾减灾的有力支撑。考虑前期土壤湿度和雨强因子改进SCS-CN产流模型，并增加汇流模块开发出新型SCS-CN水文模型，从不同气候区、不同量级洪水等角度出发，在韩村、马村两个半干旱流域，胜利河、恭城两个湿润流域，对SCS-CN水文模型的流量模拟进行研究。结果表明，相对于新安江模型，SCS-CN水文模型在不同气候区均具有较好的适用性，在半干旱流域模拟效果更优；模型对各种量级洪水模拟精度整体较优，尤其对中低量级洪水的模拟效果最佳。

从时变线性汇流模型的目标、变量及关系可看出模型存在参数静态、无法考虑区间径流影响等制约问题，在洪水预报应用中存在显著缺陷。为此，提出从结合混沌映射丰富模型求解多样性和加入影响算子代替区间径流两个方向对时变线性汇流模型进行改进。选用黑水河流域毛尔盖水电站多年实测径流数据，以预报过程、洪量、洪峰及峰现时间等作为评判指标，进行改进时变线性汇流模型的应用分析。结果表明，改进模型整体预报合格率提升了9.13%、确定性系数提升了0.25，拓展了时变线性汇流模型应用的可靠性和实用性。

为了提高临沂流域水文模型的实时洪水预报精度，基于临沂流域的下垫面特征，建立了临沂流域的TOPKAPI网格模型，采用BP神经网络和LSTM模型对TOPKAPI模型模拟结果在不同预见期内进行了校正，在此基础上使用了堆叠方法并选用Transformer模型作为二级学习器，对BP和LSTM的校正结果进行了二次学习。结果表明，经过BP和LSTM模型的实时校正，TOPKAPI模型模拟精度得到了明显提高，预见期越短，校正效果越好；在经过堆叠方法进行二次学习后，校正效果最佳，可有效提升临沂流域洪水预报精度。

河槽调蓄库容是圩区排涝安全的重要组成部分，为分析圩区河槽实际有效调蓄库容的影响因素，采用非恒定流模型和水量平衡法对单一河道进行调蓄计算，对比计算结果表明，影响河槽调蓄库容的主要因素为起调水位对应水深、泵站外排流量、河道长度及断面形态等，对于过流量较大的骨干排涝通道，其实际有效调蓄库容为其达到泵站外排流量时对应水面线以上至最高水位水面线之间的库容。研究结果可为圩区排涝规划设计提供参考。

为探究城市内涝的成因，以广州市为例，基于SWMM建立排水模型，并提出了基于实时监测数据的内涝成因分析方法，结合实时监测数据计算内涝点的集水井集水能力、管道过流能力和暴雨产流流量，并根据内涝等级对研究区内涝点进行成因分析，同时针对不同的内涝成因给予对应的内涝措施方案。结果表明，75%场次的内涝成因为地表排水能力不足，57.7%场次的内涝成因为河道水位顶托，44.2%场次的内涝成因为降雨强度过大，管段排水能力不足。

针对传统BP神经网络在学习过程中存在的收敛缓慢、容易陷入局部极小化等缺点，引入收敛速度快、全局寻优能力强的粒子群算法，从而建立了PSO-BP模型，并以某土石坝渗流监测数据为例，对土石坝渗流进行了预测，对比预测模型、BP模型、传统统计回归模型的结果表明，PSO-BP模型具有更高的拟合性和收敛性。

常规大坝位移监测方法中，人工监测方法通常误差大、效率低且不能实时连续监测，而自动化监测方法如全站仪机器人和GNSS面临受天气影响大和垂直位移精度低等问题，故提出一种基于机器视觉的新型大坝位移智能监测方法。该方法采用物联网及智能灾变识别算法将图片数据转化为变形数据，实现对大坝的超高精度非接触式实时测量。以梁辉水库为例，应用研究表明该监测系统运行稳定，水平和垂直方向的监测精度均为1.5 mm，可在其他水利工程表面位移监测中推广应用。

对大坝变形监测序列进行阶段性趋势识别，有助于加深对不同时间尺度上大坝变形监测序列的演变规律认识，对于大坝安全运行和管理具有重要意义。采用启发式分割算法（BG算法）对大坝变形监测序列进行突变点识别，能够有效避免突变点对趋势识别的干扰；在此基础上，通过改进ITA方法对分段子序列进行趋势识别，改进后的ITA方法能够保留序列内部相关性，具有较好适用性。工程实例分析表明，所提方法能够有效识别出大坝变形监测序列中的突跳点，将监测序列分为具有稳定趋势的子序列，并能识别出每段子序列的变化趋势。

为了研究泵站输水系统管道优化前后事故停泵的水力过渡过程的特性，基于实际工程，运用Bentley Hammer软件，建立泵站输水系统双泵并联机组数学模型，研究两阶段不同关阀方案下管道优化前后对水锤压力、机组转速等最不利水锤参数的影响。结果表明，管道优化后最大水锤压力降低了3.76%~8.85%，最小水锤压力提升了4.89%~8.85%，最大倒转速度提高了1.47%~81.35%；快关时间对最不利水锤参数有显著影响，管道优化后泵站输水系统最不利水锤参数均比优化前提前发生。表明管道优化有效改善了泵站输水系统的水锤特性，提高了泵站输水系统的安全性。

浮船泵站输水系统的停泵水锤防护除了需保证机组和输水管道安全外，还要考虑水锤压力对活动摇臂和浮船的冲击，保证浮船稳定。对云南省某大变幅浮船泵站输水系统的停泵过渡过程进行数值模拟研究。结果表明，最低进水位工况为水锤防护的最不利工况；泵出口阀拒动条件下，若机组倒转转速超标且在停泵后3 s内即达到最大倒泄流量，综合考虑阀门驱动能力需求、机组倒转转速和水锤压力，泵出口阀推荐采用轴流式止回阀；在“泵出口轴流式止回阀+岸上空气罐+中间止回阀+防水锤空气阀”的水锤防护方案中，轴流式止回阀保证机组不倒转，空气罐和防水锤型空气阀降低了输水管道内的最大水锤压力并改善了负压状况，中间止回阀减小了水泵出口和摇臂段的压力振荡幅度和振荡时间，有效解决了该浮船输水系统的停泵水锤防护问题。

管道的摩阻因数是供水系统设计计算、运行调度优化及故障诊断中的关键参数。为准确确定该参数，提出了一种动态搜索烟花算法（dynFWA）耦合管网水力计算模型的管段摩阻因数智能反分析方法。将节点水压与摩阻因数的偏导关系作为节点灵敏度，在改进遗传算法中以节点最大灵敏度之和最大为目标，优化布置监测点；基于优化后监测点处的水压监测值，以水压监测值与计算值的最小二乘误差值为目标，采用dynFWA算法反演各管段的摩阻因数。同时，为验证dynFWA算法优化反演的性能，对比分析了dynFWA算法及粒子群算法（PSO）反演摩阻因数的情况。结果表明，在监测点优化前后摩阻因数反演值最大相对误差分别为17.7%、0.7%，证明了监测点选取的必要性和改进遗传算法进行监测点选取的优越性；在监测点水压加入噪声的情况下，基于dynFWA算法与PSO算法的摩阻因数反演结果最大相对误差分别为9.67%、14.33%，监测点处实际水压值与模拟水压值之间最大相对误差为0.358%、0.655%，证明了相较于PSO算法，dynFWA算法在参数反演问题中具有更高的准确性。

矿井式抽水蓄能电站利用地下巷道群作为下库，在水力过渡过程中存在复杂多变的明满流流态，直接影响系统的运行稳定性和巷道群的水力安全。基于水力系统3D数值模拟技术，考虑下库充水、发电甩荷和抽水断电3个控制工况，分析巷道群水流的过渡过程特性及水力参数的演变规律，评估其对巷道群水力安全的影响。研究表明，下库（巷道群）在初次充水过程中无明显的不利流态，下库死水位发电甩荷时调节池水位下降幅度小于0.4 m，下库正常蓄水位抽水断电时调节池水位上升幅度小于10.0 m；巷道群在过渡过程均能正常进排气，巷道断面明满流等流态过渡平稳，调节池和通风道满足水力优化布置要求，可保障巷道群的水力安全。

以康苏水库工程溢洪洞为基础，采用FLOW 3D软件中RNG紊流模型和VOF模型研究了溢洪洞内水流特性，分析了原设计方案不同工况的流速流态及相对消能率，并与模型试验结果作对比，验证了数值模拟研究结果的可靠性，进而针对原设计方案中溢洪洞上游渐变段易产生水翅、消力池产生远驱式水跃、下游冲沟水流不归槽等问题，提出了修改方案。结果表明，修改方案能有效地减弱水翅现象，通过增加多级消能，能明显减小下游冲沟水流流速，减轻河床冲刷，可为设计提供参考。

随着一大批具有“高水头、大流量、地质条件复杂”特点的重大水利工程建成，泄洪雾化诱发的环境问题日益突出，亟待开展泄洪雾化缓解技术研究。挑坎体形对泄洪雾化具有直接影响，为此应用水工模型试验和数学模型计算相结合的方法，研究了不同挑坎体形对泄洪雾化特性的影响。结果表明，相同条件下，连续坎的水舌风风速值沿下游河道轴线两侧对称并呈单峰分布，窄缝坎和扩散坎的水舌风风速值近似呈对称双峰分布；泄洪降雨分布与挑坎体形密切相关，较连续坎、窄缝坎、扩散坎的溅水量大大增加。因此，在实际工程中可通过合理优化挑坎体形，以达到减轻泄洪雾化的目的。

在非均匀沙河床上，桥墩局部冲刷坑底部粗化覆盖层会影响到桥墩的最大局部冲刷深度。通过水槽试验研究分析了单层非均匀沙河床上桥墩局部冲刷坑底部粗化覆盖层的级配、相对粗化度和不均匀程度。结果表明，粗化覆盖层中泥沙的中值粒径随桥墩局部冲刷深度的增加而增加，其相对粗化度随来流弗劳德数的增加而增加，而不均匀程度则随来流弗劳德数的增加而减小。并在此基础上提出了桥墩局部冲刷坑底部粗化覆盖层泥沙的级配计算公式，并利用实测资料验证了该公式具有良好的适用性和可靠性。

以广东省某穿管堤防为例，考虑管道与土体间的相互作用，建立管道-堤防三维数值仿真模型，通过二次开发实现地基边界弹簧-阻尼器的模拟，探究地震作用下堤防与管道的动力响应规律。结果表明，在0.1g地震加速度作用下，堤防竖向位移沿堤防高度的增加而增大，沿轴线方向逐渐减小；管道顶部及底部位移最大值均大于左右两端；管道应力分布规律与位移变化相似，穿堤管道中部断面的各点Mises应力最大，管道应力最值与土体覆盖层厚度成正比，说明堤防和管道中间段位置抗震能力较薄弱，后续穿堤工程的抗震设计中应重点监测堤内管道中部断面附近应力和位移，为保障穿堤工程安全稳定运行有重要的现实意义。

针对一种新型高分子材质的防汛应急抢险新装备———注水式城市应急防洪箱（以下简称“防洪箱”），采用有限元分析方法研究了不同材质防洪箱不同挡水高度下箱体的应力、应变和变形等特性。结果表明，箱体的应力集中区主要在迎水面和箱体两侧；随着迎水面挡水高度的增加，箱体内、外水位差的减小，箱体最大应力和最大变形逐渐减小。ABS、LLDPE、HDPE及PP四种材质中，ABS材质的防洪箱箱体在相同条件下的最大变形相对较小。在此基础上对防洪箱的结构进行了优化研究，优化方案下，箱体在同一工况下的应力、应变及变形均有较大的改善，其最大应力由原体型的16.09 MPa下降至优化体型的7.31 MPa，最大变形由0.78 cm下降至0.13 cm，箱体结构受力特性有了明显的改善。

以大型渡槽壁板偶遇气温骤然下降时所受温度载荷为基础，开展了混凝土板上表面急剧降温时温度自约束应力测试分析，测定了在不同降温速率时混凝土板上下表面温度差及降温速率为10 ℃/h时在1 h时刻的混凝土板表面温度自约束主应力，通过对比有限元仿真混凝土瞬态温度应力数值与试验测试数据，验证了有限元建模的准确性。在此基础上，分析了降温速率对渡槽瞬态温度场和应力场的影响，探讨了不同保温材料对渡槽表面温度与应力场的影响。结果表明，随着环境气温下降速率的增大，渡槽表面的温度拉应力将以更快的速度增加；当U型渡槽采用2 mm厚度聚氨酯、聚苯乙烯板和玻化微珠保温材料后，与无保温措施渡槽外表面温度应力相比，渡槽外表面温度拉应力分别减少83%、80%、68%。综合考虑成本与施工技术，玻化微珠保温材料较适合作为渡槽外表面的保温隔热材料。

防渗墙缺陷是水利工程施工运维期间不可避免的工程问题，准确、系统地分析防渗墙缺陷对围堰的影响是评价围堰稳定性的重要条件。基于某土石围堰中混凝土防渗墙，建立有限元模型，采用流固耦合计算方法，通过改变有限元模型中防渗墙单元的材料参数模拟防渗墙的不同缺陷，系统地研究了防渗墙缺陷位置对围堰浸润线、流速矢量场及变形场的影响。结果表明，防渗墙底部缺陷对围堰浸润线、流速矢量场和变形场影响不大，随着防渗墙缺陷的上移，防渗墙后围堰浸润线、孔隙水压力值和变形值不断升高；围堰流速在缺陷区域呈“沙漏”状，最大流速先增大后趋于稳定，发生位置由围堰溢出位置移动至缺陷区域。研究结果可为防渗墙设计施工和围堰稳定性分析提供参考。

软体排是长江中下游主要的洲滩守护结构，而水流冲刷作用易引起排体的变形，影响其守护效果。针对水下护底软体排变形监测的难点，通过开展室内试验，探讨光纤传感监测软体排的可行性。研究结果表明，排体拉伸变形的初始阶段（小于20 mm），应变实测值与理论值偏差较小；拉伸长度大于20 mm时，各测点的误差率呈指数型增长，定点处光缆与排体的固定效果决定了拉伸变形的监测精度；光纤传感对弯曲变形的定位精度为3倍的定点距离，集中受力区域（如冲刷坑边缘）会引起光纤的正应变；光纤传感具备监测柔性护滩结构拉伸变形的可行性，但应用该技术时，需考虑传感光纤与软体排变形的耦合性、沉排施工的破坏性及施工工序的复杂性等。该研究结果可为软体排服役状态监测及健康诊断技术的研发提供参考。

针对土工合成材料轴向拉伸试验结果分析方法对力学特性真实性的影响，分别开展聚氯乙烯（PVC）土工膜和高密度聚乙烯（HDPE）土工膜材料的力学特性研究，获取两种材料在两种不同分析方法下的关系曲线，并对比两种分析方法下材料抗拉指标的误差。结果表明，考虑厚度变化的真应力应变分析方法所得试验曲线能更真实地反映材料拉伸变形过程；在材料不同时，两种分析方法下材料模量误差也截然不同，但真应力应变曲线变化规律相较于规范方法更具一致性，能更真实地评价材料适应荷载变形的能力。

为研究交叉多裂隙岩体在单轴压缩试验中的破坏模式、裂纹扩展特征、强度特性等力学相应特征，利用颗粒流程序模拟了交叉多裂隙岩体在单轴压缩试验中的力学特征，分析了交叉裂隙夹角对多裂隙试样在单轴压缩过程中的强度特性、破坏模式、微裂纹发育及演化规律的影响。结果表明，交叉多裂隙试样破坏强度随裂隙夹角的增大表现出缓底“U”型的特性；交叉多裂隙试样破坏模式以拉剪破坏为主，部分试样中为剪切破坏；交叉多裂隙试样破坏过程首先是裂隙内尖端之间产生裂纹并交汇贯通，随后在裂隙外尖端产生裂纹并平行于加载方向向上下两侧传递至岩体两端，最终致使岩体发生宏观破坏。研究成果有助于理解交叉多裂隙岩体在压缩破坏中的力学机制，是对交叉多隙岩体力学性质研究的补充。

为提高水库底泥在建筑材料领域的附加值利用率，将水库底泥作辅助胶凝材料制备透水混凝土，发现水库底泥掺量的增加会使试件抗压强度下降，透水性能提高；机械活化时间的延长会使试件抗压强度增大，透水性能降低。当水灰比为0.3、机械活化时间为45 min时，制备的水库底泥透水混凝土28 d抗压强度可达21.44 MPa，透水系数为0.56 mm/s。该研究为水库底泥在建筑材料领域的资源化利用提供了参考。

混凝土早期受冻在我国北方地区水利工程建设中普遍存在，早期受冻致损诱发混凝土结构力学性能劣化，严重影响工程结构的安全稳定性和服役寿命。通过室内单轴压缩试验和CT扫描试验，分析起冻时刻和冻结温度对混凝土力学性能的影响规律，重构不同起冻时刻混凝土三维孔隙结构，探究不同起冻时刻混凝土孔隙分布和孔隙结构特征参数的变化规律，并开展早期受冻混凝土力学性能与孔隙结构相关性分析。结果表明，随起冻时刻的延迟，混凝土试块孔隙率呈先增大后减小的变化规律，平均孔隙表面积呈先减小后增大的变化规律，平均孔径呈二次抛物线增加的变化趋势，平均孔隙形状因子呈先减小后增大又减小的变化趋势；平均孔隙表面积与早期受冻混凝土的抗压强度和弹性模量的相关性最好，建议优先选择平均孔隙表面积构建早期受冻混凝土的细观损伤指标。相关研究成果为揭示早期受冻混凝土的宏细观损伤机制提供了支撑。

为探究水分变化对重塑黄土孔隙结构的影响，对不同干密度的重塑黄土进行了不同次数的增湿-减湿循环试验，利用核磁共振技术测试不同循环次数下土体内部的孔隙结构。结果表明，重塑黄土的核磁共振T₂图谱呈双峰结构，即试样内部包含两种孔隙结构；干湿循环对黄土孔隙结构的变化有影响，不同干湿循环次数下孔隙结构呈不同的变化规律。最后基于T₂图谱中提取的定量参数，利用SDR渗透模型计算不同循环次数下重塑黄土的渗透率，从微观方面解释了渗透机制。

为处理山西尊村引黄灌区干渠淤积严重的问题，对一干渠做实地水沙试验，运用垂线悬浮指标、规划求解方法探究渠道中悬移质泥沙分布规律、渠道流量与泥沙淤积关系以及渠道水流挟沙能力，使其能够在一定范围内表达出水流的挟沙状况。并提出了渠道粒径所对应的临界悬浮流量，根据工况与粒径大小调整流量益于防淤；优化了水流挟沙力公式。结果表明，引水流量在4.46~24.52 m³/s时，渠道泥沙含量在0.9~4.0 kg/m³之间，泥沙含量与流速大小呈正相关；渠道流量调整至39.6 m³/s以上可使渠道内大粒径泥沙有效悬浮；优化后的挟沙力公式针对干渠泥沙计算值与实测值相关性达0.828，说明此公式能够较高程度地反映当前含沙量，为后期渠道冲淤平衡设计与分析提供支撑。

为提高水电机组振动信号预测精度，提出了一种基于变分模态分解（VMD）与样本熵（SE）重构和粒子群算法（PSO）优化双向门控循环单元（BIGRU）的预测方法。在VMD-SE-PSO-BIGRU模型中，先利用VMD将振动信号分解为若干个子序列，并通过SE对子序列进行重构，得到最终振动信号的趋势、振荡和噪声成分，然后对得到的重构分量分别建立参数优化的BIGRU预测模型，最后叠加各分量预测结果实现振动预测。实例分析表明，与其他模型相比，所提模型预测误差更小、预测精度更高，可有效预测水电机组振动信号。

为有效判别水电机组振动平稳状态，研究了转子振动过程的涡动特征和轴系振动平稳性评估方法。首先推导了瞬时涡动角速度的理论表达结果，并分析涡动角速度的特征参数，然后提出轴系振动过程的全息涡动速度分析方法，建立轴系振动过程的涡动特征指标和振动平稳性评价指标，最终将本文理论用于浙江仙居抽水蓄能电站轴系振动数据分析，提取振动的关键涡动特征指标并评估轴系平稳性。结果表明，所建立的特征指标具有良好的轴系振动平稳性表达能力，对于实际水电机组振动状态监测和性能评估有广阔的应用前景。

水轮机健康状态评估是实现水轮机健康管理的必要工作，是实现水轮机视情况维修的关键步骤。考虑到获取的水轮机健康状态表征信息的不确定性和模糊性，构建了定性和定量的指标体系组合，将水轮机健康状态定义为5个状态，并利用语言尺度函数将其转换为云滴，通过云距离实现了对水轮机健康状态评估，并以某型水轮机为例验证了健康状态评估模型的有效性，为水轮机装备健康管理提供了坚实基础。

目前尚缺少较复杂的多洞多机输水系统下变-定速机组混合式布置对甩负荷过渡过程影响的研究。基于一维管道瞬变流理论，采用特征线法建立了“引水两洞四机、尾水四机一洞”的变-定速抽水蓄能机组水力过渡过程数学模型，并结合实际工程算例探讨了甩负荷工况下变-定速机组混合式布置对调节保证参数的影响。结果表明，相比于变速机组分布于不同引水主洞的布置方案，两台变速机组布置于同一引水主洞方案下甩负荷过渡过程中的调节保证参数在发电效率较高区内更为安全。

随着水电占比高的西南电网转变为特高压交直流联网结构，电网中出现了一些超低频振荡现象。针对水电机组调速器特性，建立水电机组小扰动模型，采用特征值分析法，讨论了水电机组调速器在一次调频中各个参数对系统稳定性的影响，对功率模式和开度模式进行对比，并分析了开度模式和功率模式与AGC配合的影响。结果表明，开度模式的参数可调范围大于功率模式，但更易受AGC的影响。该结果对深入研究超低频振荡的抑制方法奠定了基础。

为实现大型低扬程立式轴流泵反向发电运行，利用电子变频技术代替机械变频技术，将高压四象限变频器应用于淮阴二站反向变频发电，并分析了并网方案、变频控制策略，同时对现场进行改造，实现了水泵发电运行的无级调速，可根据运行工况自动跟踪水泵机组最优发电转速从而达到最大发电功率，使效益最大化。

为了提高Savonius型（S型）叶轮的捕能效率和消波效率，提出了一种新型的带导流槽结构的MBC型叶轮。通过数值模拟、试验测试及BP神经网络结合NSGA-Ⅱ的多目标优化算法优化MBC型叶轮的重叠率、间隙率、内外圆弧夹角、内圆弧半径、导流槽尺寸等5个参数，对比分析了最优MBC型、S型和MB型叶轮的性能表现。结果表明，相关性能的预测值与实际值的误差小于10%，验证了所建立的预测模型的性能良好，得到的最优参数为重叠率0.136、间隙率0.003、内外圆弧夹角5.23°、内圆弧半径41.42 mm、导流槽尺寸2.83 mm；最优MBC型叶轮相较于传统S型叶轮，捕能效率、消波效率分别提升了35.8%、11.0%。

潮流能涡轮机周围流场的压力脉动是影响涡轮机安全稳定运行的关键因素之一。为评估导管及导管喉部与叶轮间的间隙比δ对潮流能涡轮机压力脉动特性的影响，采用三维瞬态CFD方法和滑移网格技术对最优叶尖速比状态（T_TSR=4）下的裸涡轮机及间隙比分别为δ=0.02D、0.06D的导管涡轮机进行了三维数值模拟，通过分析涡轮机叶轮周围流场的非定常流动现象，分别得到了3种不同工况下涡轮机叶轮各监测点的压力脉动和频域振动特性变化规律。结果表明，涡轮机的压力脉动幅值由叶根到叶尖基本均呈递增趋势；加装导管可有效降低涡轮机压力脉动幅值；δ对涡轮机叶轮压力脉动系数影响较小，对压力脉动频域振动特性影响较大；涡轮机叶轮的压力脉动主频主要集中在相应工况的叶频附近；涡轮机叶片吸力面的压力脉动较压力面强烈，加装导管后可有效降低这种脉动。

水利工程中的涵闸设计存在很多共性和重复的工作，为实现BIM设计在涵闸工程中的参数化应用，基于Revit平台，开展了涵闸工程参数化建模方法研究，以相关技术规范为依据，通过对Revit二次开发，研发了涵闸参数化建模系统，输入指定参数可完成模型的搭建、计算及出图，极大地提高了涵闸工程设计效率。研究结果实现了高标准的工程参数化设计，可为类似项目的BIM参数化设计提供技术参考。

针对背景谐波电压波动和异常谐波测量样本显著影响谐波阻抗估计准确性的问题，提出一种基于广义折刀最小二乘估计和数据筛选的系统侧谐波阻抗的计算方法。根据波动量法与最小二乘回归法假设的一致性原理，筛选背景谐波电压波动平稳的时段用于回归计算，抑制背景谐波电压波动对阻抗估计的影响。依据折刀法原理对谐波测量数据进行再抽样，并结合广义最小二乘法，进一步抑制异常谐波测量样本对回归计算的影响，最后基于仿真和工程实测数据验证了所提方法的准确性和实用性。

光伏发电功率受气象的混沌特性影响，其随机性、波动性、间歇性对电力系统的运行影响较严重。针对原始光伏发电数据维度大及发电功率易受天气状况影响的问题，提出了基于主成分分析和BRICH聚类的数据处理方法，从而降低模型输入变量维度，易于统计建模；其次，搭建了基于Copula-Monte Carlo的光伏发电功率概率预测模型，计算光伏出力在给定未来点预测值的情况下实际出力的概率区间预测，并基于区间覆盖率、预测区间平均宽度对模型进行评价。最后，以实际光伏电站夏季数据为例进行验证分析。结果表明，Copula-Monte Carlo方法可直观展示光伏发电功率的波动区间和期望值，且优于其他功率预测模型。

基于湖北华石光伏电站2022年4~9月地面辐射观测数据，评估了中国气象局风能太阳能预报系统（CMA-WSP）地面辐射产品的预报准确性。整体而言，CMA-WSP预报未来5 d的地面太阳辐射与观测的相关系数在0.85~0.91之间，第1 d的预报效果最好，随着预报时长的增加，预报准确率逐渐降低；从逐月效果来看，CMA-WSP对8~9月份地面辐射预报效果最好，5~6月份预报准确率相对较低；就日变化来看，CMA-WSP对10:00~16:00时地面辐射的预报效果相对较差，其他时段较好；CMA-WSP对地面辐射的预报存在较强季节性，春季不同时效的预报结果差异较大，夏季不同时效预报结果相对稳定，秋季预报效果最为稳定，预报结果与观测值的相关系数达0.92。总体来说，CMA-WSP系统对湖北地面辐射预报效果较好，能为湖北省光资源的短期预报提供较好的支撑。