为解决非线性径流序列及单一预测模型稳定性差导致的预测精度下降问题，在“分解—预测”模型的基础上，提出了一种“优选—组合—修正”模型构建策略，首先选择DNN、SVM、LSTM、TCN、GBRT 5种模型，建立了基于EMD、CEEMDAN、VMD的15种耦合模型，并对模型进行优选；其次将优选出的模型作为基础模型，并将基础模型各时期的预测结果进行处理，输入多层感知机，构建新的组合模型；然后针对组合模型的测试期构建残差修正方程，进一步提高模型预测精度；最后将其应用于渭河流域华县站和汉江流域洋县站测试研究中。结果表明，多层感知机构建的组合模型相比单一模型有更高的预测精度，并能够结合其他模型的优点，提高模型泛化能力。通过残差修正技术的模型在各方面均优于组合模型，尤其在径流峰值拟合效果上进一步提高了预测精度。

为解决宽浅河道断面复杂工况下的流量实时在线监测问题，基于常规在线测流设备适用性，提出双探头H-ADCP相向组合式应用，以南水北调东线取水源头高港水利枢纽为例，从河道断面数值模拟、流场分析、设备安装、比测设置等方面全过程开展应用研究。结果表明，测流河段在控制枢纽闸泵不同调度工况下流场复杂变化，双探头H-ADCP可安装在同一断面同一高度，超声波束相向交叉不会影响有效单元流速数据采集，可建立双指标流速与断面平均流速的关系推算实时流量，组合式应用测流流量精度高于单个H-ADCP测流数据精度，研究成果形成一套宽浅河道复杂工况下实时流量监测应用方法，可为在线测流设备组合性使用提供思路。

为评估最新一代GPM IMERG卫星降水产品在江苏省的适用性，选用73个地面站点实测降水数据为参考，利用统计学指标及极端降水指数，从日、月、季节等角度，对GPM IMERG降水产品整体及分区域进行精度评价，并评估其极端降水监测能力。结果表明，GPM卫星降水产品在江苏地区有较好的观测效果，在日、月尺度下，其整体及分区域与地面站点实测数据均具有较高的相关性（C_CC≥0.77），且随着时间尺度的增加，相关性更为显著，同时GPM卫星对实测降水量存在高估现象，月尺度下的R_RMSE相对更高。不同季节下GPM卫星观测精度存在一定差异，冬季观测效果最佳，具有高度相关性和最低的观测误差（C_CC=0.92，R_RMSE=26.37 mm，R_RB=23.4%）。GPM卫星具有较好的极端降水监测能力，能够观测和描述江苏地区极端降水的发生及降水强度，特别是在苏南地区有更好的观测效果。

基于1980~2019年河北省142个国家基本气象站的逐小时降水数据，综合运用Mann-Kendall（MK）趋势及突变检验、K-means聚类算法、水文气象一致区等方法，系统分析了河北省短历时极端降水的时间演变特征与空间分布规律。结果表明，短历时极端降水年际变化存在显著区域差异，高海拔山地地区降水量呈上升趋势，低海拔平原及丘陵区极端降水量呈下降趋势，且在1996年存在明显突变点；地形因子影响显著，平原及山地南坡的极端降水范围缩减，而山地北坡短历时（1、3 h）极端降水范围扩张，极端降水发生区域逐渐向山地转移；季节差异明显，冬春两季降水量呈上升趋势，夏秋两季下降趋势显著，其中第三季度Rx24h下降速率达0.337 mm/a。研究结果揭示了河北省短历时极端降水的时空分异规律，为区域防洪减灾及气候变化适应性管理提供科学依据。

雷州半岛是珠江流域干旱高发频发区域之一，研究雷州半岛气象与水文干旱变化特征及响应规律对理解降雨丰沛但水资源结构脆弱区域的干旱特征具有重要的理论和现实意义。基于雷州半岛地区代表站的逐月气象、水文数据，利用标准化降水蒸散指数（I_SPEI）及标准径流指数（I_SRI），分析了该地区1970~2016年间的气象干旱、水文干旱变化规律，采用Mann-Kendall趋势检验法、滑动平均法和Morlet小波分析法，分析该地区不同时间尺度（3、12个月）的气象干旱和水文干旱变化趋势和周期，并以游程理论研究了气象干旱向水文干旱的传播特性。结果表明，研究时段内雷州半岛气象干旱呈现出显著加剧趋势，其中12个月尺度的I_SPEI下降趋势显著，湛江站和徐闻站下降速率分别为-0.014、-0.008/月，而水文干旱未出现明显的变化趋势。研究区气象干旱与水文干旱均呈现出多尺度的周期性特征，南、北部的第一主周期分别为14、20年，南、北部气象干旱和水文干旱的主周期一致，变化规律较为同步；相比于雷州半岛北部，南部的水文干旱对气象干旱的响应关系更为密切。

在极端气候事件频发的背景下，分析松花江流域受气候变化影响，在近30年的地表水体时空变化，对于区域提前采取并优化气候应对措施有重要意义。基于松花江流域1990~2020年地表水体面积时空动态变化特征，对季节性水体归类分析，利用EC JRC全球地表水产品数据集，结合MATLAB软件采用时序特征+K-means聚类与动态统计阈值法，分析松花江流域近30年地表水体面积变化趋势并对季节性水体进行归类分析与极端水文年检测与恢复动态分析。结果表明，研究期间松花江流域季节性水体面积增幅114%，永久性水体面积降幅49.46%，地表水体总面积呈上升趋势；将逐年季节性水体面积划分为波动—丰水年、低波动—枯水年、平稳—平水年3个类别，轮廓系数为0.549，聚类效果良好；识别出1998、2013年两个显著高值年，并分析出均未完全恢复。研究成果为针对松花江流域未来的极端天气提前采取防洪、防涝措施，以及对水资源的有效管理和保护提供了方向。

针对岷江干流发生的突发水污染事件，以岷江干流下游为研究区域，构建水动力水质耦合模型，该模型能够精确模拟不同调度情景下的水流动态与水质变化。通过对比四种不同的调度策略——背景模拟（即无特殊调度措施）、犍为航电水利枢纽单独优化、龙溪口航电水利枢纽单独优化以及两枢纽同时优化，全面评估各策略对岷江干流水污染应急处理能力。结果表明，从污染物浓度峰值、污染物超标时间等角度看，采取两枢纽工程同时加大过闸流量的联合调度策略展现出了最佳的污染团处置效果。这一策略不仅显著降低了污染物浓度的峰值，还有效缩短了污染物超标时间段，从而最大限度地减轻了水体污染对环境和生态的负面影响。研究结果可为岷江干流突发水污染事件的应急处理提供参考，提高应急处置效率。

灌区排水是农业灌溉不可避免的伴生过程，普遍存在于我国西北地区的灌溉农田，由于水质较差，若重新退回河道，将对流域水生态环境造成威胁。为此，以杭锦旗黄河南岸灌区为例，构建了MIKE SHE分布式水文模型，模拟预测灌区排水量及可利用量，同时利用水均衡法、引排比法等方法与水文模型模拟结果进行交叉校核。结果表明，现状排水系统工况下，多年平均排水量4 821×10⁴ m³，可利用量4 339×10⁴ m³；排水系统提升改造后，多年平均排水量4 920×10⁴ m³，可利用量4 428×10⁴ m³。各方法排水量预测结果略有出入，但总体相差不大，MIKE SHE水文模型模拟结果与平均值偏差控制在±4%以内，而验证期模拟排水相对误差为3.7%，可见MIKE SHE水文模型在灌区排水过程模拟中效果较好，可为灌区排水资源化利用提供参考借鉴。

为探究工业园区功能分区对园区LID设施不同布局方式调蓄效果的影响及最佳LID设施组合方案，以广东省某工业园区为研究对象，采用SWMM软件分别探究了单项LID设施分区布设的调蓄效果及多种LID设施组合布设方案的综合调蓄效益。结果表明，受园区功能分区影响，当研究区域下游绿化位置集中且降雨量相对较小时，集中中游布设的LID设施效果优于集中下游布设的效果，随着降雨增大，下游的调蓄优势才能充分发挥。LID设施组合设计时，5%绿色屋顶+15%下沉式绿地的组合方案，其单位布设面积调蓄效果最佳。因各设施之间相互影响，组合方案效果不如二者单独布设数据的算术求和，未能产生“1+1>2”的叠加效应。

为明晰城市屋面和道路雨水径流中颗粒态和溶解态典型污染物的初期冲刷特征，科学合理确定初期弃流量（V_FF），以北京市某典型水泥屋面和沥青道路径流为例，采用M（V）曲线评估颗粒态和溶解态污染物初期冲刷特征，即通过计算次降雨事件中指定径流增量的污染物平均浓度来评估水质变化确定，量化其V_FF，并评价相应径流污染总量控制效果。结果表明，沥青道路径流颗粒态和溶解态的化学需氧量（COD）和磷的污染水平显著高于水泥屋面（p<0.05），但颗粒态和溶解态氮并未呈现这一显著差异；水泥屋面径流中颗粒态污染物呈现更强的初期冲刷现象，但沥青道路径流溶解态污染物初期冲刷现象更强；除初期冲刷程度较弱的污染指标外，COD、总氮（TN）和总磷（TP）与其颗粒态或溶解态指标的V_FF存在明显差异；按照现行国家标准要求进行初期雨水3 mm弃流，水泥屋面、沥青道路可分别实现（65.26±32.40）%、（65.43±23.81）%的SS污染总量控制率及（58.17±32.49）%、（59.06±31.48）%的COD污染总量控制率，如基于实际监测数据识别的V_FF进行弃流，将获得更高的径流污染控制效果。研究结果可为城市径流污染中实施颗粒态和溶解态污染物的针对性控制策略与方法提供一定参考。

为了估算长江干流CO₂分压（p_CO2）、水—空气界面CO₂通量（F_CO2）的时空特征，自上而下选取长江干流8个监测点位，基于2020~2022年水质数据，通过CO₂ SYS软件计算了水体p_CO2、F_CO2值，分析了长江干流p_CO2、F_CO2的时空变化，并运用Mantel test方法研究了p_CO2、F_CO2与环境因子的关系。结果表明，2020~2022年长江干流p_CO2范围为450.02~3 615.88μatm，高于2020~2022年全球大气中CO₂的平均分压（414.78μatm），空间上p_CO2分布特征为中游>上游>入海口；2020~2022年水—气F_CO2平均值分别为40.25、74.74、61.85 mol/（m²·a），空间上表现为上游>中游>入海口。长江干流水体p_CO2处于过饱和状态，2020~2022年水—气F_CO2整体呈上升趋势；p_CO2与水温、溶解氧、pH值呈显著正相关，F_CO2与pH值、溶解氧、电导率浓度呈正相关。

水利风景区是生态文明建设的重要窗口。以20家国家水利风景区为研究对象，使用大众点评数据，通过构建水利风景区CES词典，从疫情期间和疫情后两个阶段，分析公众对CES的感知频率和满意度，应用IPA模型对水利风景区进行评价。结果显示，公众对水利风景区的关注重点集中在消费、交通、景区环境和水利工程等方面，不同阶段存在差异；两阶段（疫情期间、疫情后）中美学价值和休闲游憩的感知频率均最高，灵感服务的频率均最低，疫情期间科普教育的感知频率明显降低；整体满意度在疫情期间为80.51%，疫情后为82.15%；未来河南省水利风景区建设应注重社会关系和科普教育服务，同时充分挖掘文化历史和精神服务的潜力。研究对水利风景区评价与规划建设有重要意义。

建设鱼类友好型过水通道，已成为栖息地连通与保护的必然需求。为了对鱼类友好型过水通道内部水力特性进一步优化，以典型水槽试验为基础，采用开源大涡模拟代码构建三维水动力数学模型，分别对常规三角形挡板和透水三角形挡板影响下的过水通道水流开展模拟研究。结果表明，透水三角形挡板设计有效降低了主循环区的强度并抑制其发展空间；由于水流从透水孔洞流入，挡板后方的紊动能和雷诺应力强度均得到降低，垂向侧线上最大紊动能减少达34.5%；同时，在两个不同水深平面处，透水挡板设计均提高了休息区和局部低流速区的比例，并有效降低了对鱼类不利的负流速区占比。

为满足支汊河道泄洪和灌溉需求，掌握三分汊河道水流分流特性有重要实际意义。基于数值模拟和物理模型试验，对不同分汊角度下三分汊汊口的水位变化、流速分布和流量分配特性进行研究。结果表明，对于三分汊河道，分汊角度越大，支汊流速越小，变角度一侧的支汊分流量逐渐减小，固定角度一侧的支汊分流量和主汊分流量逐渐增大；基于量纲分析，得出考虑各汊进口弗劳德数的三分汊河道分流比计算式。经验证，计算式对三分汊河道支汊分流比的预测精度较好。

水下地形是河流管理和水库运行调度的重要基础数据，河床纵剖面则是重要的地形特征参数，是决定河道或水库流速及水位沿程变化的关键要素之一。为此，基于水流能量方程，引用宽深比指标/H和断面形心相对深度指标H_c/H定量评价断面形态，针对某电站建立过水断面面积和水力半径与最大水深的相关关系，提出了在水面线控制下反演水库淤积前后水下地形深泓纵剖面的解析法。算例研究结果表明，所提水下地形纵剖面反演解析法能快速精确反演河道及水库淤积后水下地形，可为建库前后地形快速确定提供一种新途径。

岩溶介质的渗透性能受到可溶岩地质特征、岩溶发育程度、流体性质等多重因素的影响，裂隙岩体的渗透系数估算模型难以反映岩溶发育的复杂性，使其适用性较差。为此，采用随机森林（RF）、支持向量回归（SVR）、CatBoost机器学习算法结合贝叶斯优化算法分别构建岩溶介质渗透系数估算模型，利用均方根误差（R_RMSE）、均方误差（M_MSE）、决定系数（R²）开展估算模型的评价精度验证，并通过SHAP算法分析机器学习模型中岩溶介质渗透系数的主导影响因子，阐明各影响因子对岩溶介质渗透系数的影响程度。结果表明，优化后的支持SVR模型R_RMSE为0.128 8，M_MSE为0.016 6，R²为0.74，均优于随机森林和CatBoost模型，能够较好地估算岩溶介质渗透系数。SHAP图揭示了各主导因子不同特征值对岩溶介质渗透系数有明显差异，钻孔线岩溶率（BK）、深度（Z）和充填物含量（AFC）为岩溶介质渗透系数的主要影响因子，对岩溶介质渗透系数影响显著。可见SVR模型具有较高的估算精度，模型可解释性强，为岩溶地区工程应用提供一定参考价值。

模袋法尾矿堆积筑坝的稳定性与筑坝所用模袋体的极限承载能力息息相关。为分析细粒尾矿充填模袋体单轴压缩强度，以赣州大余石雷钨矿细粒尾矿为充填料，通过对细粒尾矿充填模袋体开展不同固结时间和不同充填度下的充填模袋体单轴抗压强度试验，分析了模袋体极限抗压强度变化规律与模袋体的破坏形态及模袋体强度加固机理。研究结果表明，模袋体达到极限抗压强度时，竖向应变在20%~30%之间；模袋体极限抗压强度随尾矿充填度（充灌高度）增加而变小，随固结时间延长而增大；模袋体在单轴压缩下，破坏位置主要发生在中间模袋体底面处，且充填度越低，破坏范围越大；提出的考虑充填度δ影响的极限抗压强度修正公式理论计算值与极限抗压强度试验值对比，两者误差小于4%。研究成果可为类似细粒尾矿模袋法筑坝提供参考。

为保障水工混凝土抗冻性检验的及时性，提高工程建设与运行安全，系统回顾了既有混凝土抗冻性检测方法，比较了慢冻法、快冻法、单面冻融法、抗盐冻剥蚀法的标准差异。分析了以快冻法为基础的抗冻性快速检测技术、以过程参数控制为依托的混凝土快速检测技术两个新趋势。提出了基于硬化混凝土结构参数、加速破坏试验、关键过程参数的混凝土抗冻性快速检测方法新设想，构建了专用曲线核心理念，阐明了新方法的具体应用流程，为水工混凝土抗冻性检验提供了新思路。

为探究地震作用下纤维混凝土的损伤演化和失效机制，开展了一系列钢纤维混凝土单调和往复轴压试验，分析纤维掺入对混凝土应力应变行为的影响，重点探讨循环轴压下混凝土塑性应变、刚度退化及能量耗散等力学行为衰退与内部损伤累积的关系。结果表明，单调加载曲线接近于往复轴压曲线的包络线。钢纤维的掺入显著改善混凝土峰后延性，并提高残余应力。由于钢纤维的阻裂增韧作用，掺入纤维后混凝土破坏形态由单个竖向主裂缝的脆性破坏演变为多缝开裂的延性破坏模式。钢纤维还能有效改善混凝土抗震力学行为，掺入纤维后混凝土弹性刚度退化和塑性应变发展均得到有效控制，能量耗散性能增强。

为准确计算钢筋混凝土中振捣棒的有效作用范围，提出一种新的基于新拌混凝土流变理论的振捣棒作用半径的预测模型，在受振混凝土满足假塑性流体特征和钢筋网中流动等效为多孔介质渗流的假定下，推导了振捣棒在钢筋混凝土中的作用半径表达式，并结合试验结果对表达式中的经验参数进行了经验拟合。模型计算结果与试验结果对比分析，发现除棒体振动强度较小的个别工况外，作用半径预测模型总体预测精度较高，但考虑到施工现场混凝土浇筑所用振捣棒振动强度大，因此作用半径预测模型可有效指导现场振捣作业和量化评价钢筋布置方案对棒体振捣作用范围的影响。

合理准确预测隧道掘进机的推力和扭矩是实现TBM智能化控制的关键问题之一。对此，提出一种两阶段知识数据双驱动时空堆叠卷积网络（KD-NTS-GAT）预测方法。首先基于专家知识表达与NTS-NOTEARS方法提出一种新的信息融合技术，通过聚类方法将离散的专家经验与NTS-NOTEARS连续指标进行映射并平滑融合，量化提取TBM关键运行参数之间的因果关系，显著提高了因果关系的真实性。然后，将因果关系作为先验知识进一步与堆叠卷积网络深度学习模型结合，用于预测TBM推力和扭矩。结合新疆输水隧洞工程Ⅳ标段，将KD-NTS-GAT方法与纯数据驱动结果进行对比分析，结果表明两阶段知识数据双驱动时空堆叠卷积网络具有更好的推力与扭矩预测能力。研究结论可为TBM施工智能化控制提供参考。

预测后期导流风险是水电站初期蓄水方案科学评估的关键。考虑大坝漫顶到导流系统失效渐变发展过程，以上游已建和下游在建电站后期导流系统为对象，构建了基于水平截集的梯级电站后期导流风险模型，将风险以区间数形式表示。以风险损失、相对蓄水发电效益和蓄水历时为指标，依托前景理论对梯级电站初期蓄水方案评估。最后，以金沙江上游相邻两座在建电站为例进行计算，结果表明当水平截集从0变化至1，原蓄水方案的后期导流风险区间对应的当量重现期区间满足洪水设计标准，且安全裕度高。阶段性起蓄时间可提前40天，为提前蓄水的安全性和经济性提供了参考。

针对现有盾构掘进速度预测方法存在的模型算法单一、精度不高和泛化性较差等问题，为了提高盾构掘进速度预测精度，建立一种基于变分模态分解（VMD）、蜣螂优化算法（DBO）和Stacking（VMD-DBO-Stacking）集成学习的盾构掘进速度预测模型。首先，为了得到更有效的数据，采用VMD对原始数据进行分解重构得到去噪后的施工参数数据用于后续模型预测；其次，基于集成学习策略，选取支持向量回归（SVR）模型、随机森林（RF）模型、极端梯度提升（XGBoost）模型作为基学习器，高斯过程回归（GPR）模型作为元学习器，从而构建预测精度更高、泛化性更强的Stacking集成学习预测模型；然后，为了进一步提高预测精度，采用DBO对集成学习模型进行超参数优化；最后，将此预测模型用于河南某引水隧洞工程盾构施工中并与其他预测模型进行对比。结果表明，与其他单一模型（SVR、RF、XGBoost）相比，所建模型具有更高的预测精度，平均精度分别提升7.76%、6.70%、4.97%，为盾构掘进速度预测提供一种新思路。

胶结砂砾石筑坝技术融合了土石坝和混凝土坝的优点，具有广阔的应用前景。以沙坪一级水电站为例，对C₁₈₀6、C₁₈₀10、C₁₈₀20胶结砂砾石进行了生产性试验，并在180 d龄期时钻芯对其进行了抗压强度、劈拉强度、抗渗度及SEM电镜扫描试验。结果表明，在科学配比和合理的施工工艺下，C₁₈₀6、C₁₈₀10、C₁₈₀20抗压强度分别达到了7.1、14.8、29.4 MPa，其中工程用量最多的C₁₈₀10抗渗等级为W8，胶结砂砾石的性能可达到预期效果，验证了施工方案的可行性，可为后续施工提供技术支持，也为后续水电站建设提供了可借鉴的范例。

受水激振动等多种因素影响，闸门的启闭运行呈现多场耦合、复杂非线性动力学特征，造成设备安全性态辨识困难。闸门启闭运行的测试数据表明，人工神经网络算法可辨识水激振动病害特征和准确预测水激振动病害趋势。为此，通过BP神经网络和GA-BP神经网络，构建闸门水激振动病害辨识和预测模型，对卷筒振动有效值进行辨识与预测，并通过相对误差（R_RE）、平均绝对误差率（M_MAPE）、均方根误差（R_RMSE）等指标评价模型辨识性能。结果表明，相对于BP神经网络的辨识模型，GA-BP神经网络模型的相对误差减少了20.77%，平均绝对误差率减少了4.74%，均方根误差减少了6.27%，GA-BP闸门水激振动病害辨识技术更好贴合实测样本集，且随预测时间增大表现更好稳定性，可为工程减害运行和防范重大险病提供关键技术支撑。

含孔结构在工程结构中广泛存在，孔洞周围的应力集中显著影响结构的承载能力和安全性，因此对含孔结构进行精确的力学计算至关重要，但传统有限元分析方法在处理含孔结构时面临网格划分复杂、计算资源消耗大及结果收敛性差等问题。为此，提出了一种基于叠加原理的含孔结构有限元分析方法，通过生成网格简单的等效模型替代原始模型进行仿真计算，然后根据子模型应力场修正等效模型中孔周应力的计算结果。经过对比发现，等效模型与原始模型仿真结果差异在5%以内，主要模型网格数量降低了25.2%，仿真时间降低了75.1%，显著提高了仿真效率。

针对孤立森林算法固定阈值导致复杂工况下检测准确度降低的问题，提出一种基于奇异谱分析（SSA）与改进孤立森林（KMIF）的船闸人字门监测数据异常检测方法。利用SSA对监测数据进行分解与重构，分离趋势项和噪声项；引入K-Means++改进孤立森林算法（IF），动态设定不同监测数据集的异常阈值；将噪声项输入改进的孤立森林算法进行训练并检测异常值。以江苏船闸工程下闸首人字门的多测点应力、振动数据为对象进行实例验证。结果表明，提出的奇异谱分析-改进孤立森林方法（SSA-KMIF）在误检率、查准率、查全率和准确率指标上表现优异，具有较高准确性和灵活性，可为船闸人字门健康监测提供可靠技术支撑。

渡槽是引调水工程中常见的输水建筑物，准确预测渡槽变形对于确保水利工程稳定运行至关重要。为此，以南水北调工程中的潦河渡槽为例，基于渡槽长期变形监测数据建立弹性网回归、多元线性回归、逐步回归、岭回归和LASSO回归5种不同线性可加模型，并采用5种不同线性可加模型对渡槽变形行为的预测结果进行比较。结果表明，随着预测时间增加，不同线性可加模型预测精度均呈现逐渐下降的趋势；LASSO模型通过交叉验证选择最优正则化参数，实现变量选择精简化，模型复杂度降至最低；同时验证了训练长度会对多元线性回归和逐步回归的预测效果产生影响。研究结果可为选择渡槽变形预测模型提供一些有益的参考。

长距离高落差有压自流输水管线工程在西北地区日益增多，管线多数呈现出高低起伏形状，整条管线系统在运行调节过程中水力过渡过程也变得十分复杂，水锤防护设置的不合理严重时将导致爆管，严重威胁人民生命及财产安全。为了能使整个系统安全运行，采用特征线法，使用HAMMER V8i水锤分析软件研究分析某输水工程中较长高落差的倒虹吸水力过渡过程，通过在管线沿线设置隔断检修阀、淹没式消能阀及排气阀和在管线末端设调节阀后，管线在正常运行及关阀时管线系统的正压得到有效控制。通过模拟分析爆管后不同流量时管线系统水力过渡过程，设置的水锤防护设备将爆管所造成的危害降至最低，完全爆管后管线系统的流量并不连续。长距离高落差倒虹吸管线水锤防护设备的动作时间及运行规律在整个系统安全中起到关键作用。研究成果可为类似工程提供参考。

针对泵组原型特性曲线在指导泵站实际调度时会存在理论值与实际值出现偏差的现象，从而影响日常调度及能耗评估的精度。为此，以鲤鱼洲泵站为例，提出了由泵站实测数据和相似定律结合的方法对泵组的原型特性曲线进行了校正，并通过构建的流量优化分配模型，以实际运行工况为基础，进行校正前后的泵组特性曲线对泵站流量优化分配方案的差异分析。结果表明，利用泵组原型特性曲线调度时，实际运行扬程与理论扬程的偏差主要集中在8%~11%，实际运行效率与理论效率的偏差主要集中在6%~9%；通过校正后的泵组特性曲线进行流量优化分配方案选取时，结果更贴合实际运行情况，可有效加强泵站流量优化分配方案对实际调度的指导作用。

混凝土坝变形的长期预测是实际运行中保持其结构完整性的重要要求。为提高混凝土长期变形预测的准确性，构建了基于多层感知机（MLP）和编码器—解码器（Ecoder-Decoder）架构的大坝变形长期预测模型MLP-Ecoder-Decoder（MED），该模型通过深度自动相关（Deep-Auto-Correlation）机制捕获大坝变形与环境荷载的长期依赖性，利用时间序列分解和深度自动相机制进行多步变形预测，并采用该模型对青海省的一座250 m高拱坝在复杂环境条件下的变形进行预测。结果表明，MED模型有效提升了预测精度，在提取长期时间特征方面具有强大的优势。

针对基于常规小概率法拟定大坝变形监控指标（属于固定限值）存在不收敛、易出现误报警问题，提出了基于分离时效分量的小概率法拟定变形监控指标的计算方法，首先建立大坝变形统计模型分离出时效分量；进而针对扣除时效分量的时间系列变形，分别对比了选取年度极值作为子样本、选取年度最不利库水位和温度对应变形作为子样本以及选取基于正交试验法组合的不利水位和温度对应变形作为子样本，然后进行统计检验，并采用小概率法拟定扣除时效分量的变形容许值，最后叠加时效分量获得大坝不收敛变形监控指标。结合西南某变形不收敛重力坝实测资料分析表明，相对于常规小概率法拟定的监控指标，基于分离时效分量的方法充分考虑到了时间效应，且增强了监控指标的可靠性。

构建高精度的坝体沉降预测模型，对于保障施工期大坝安全与风险管控意义重大。以筑坝高度、降雨、时效等作为施工期坝体沉降变形的影响因子，引入长短时记忆神经网络LSTM算法，并在其基础上嵌入注意力机制Attention，提出了适用于施工期面板堆石坝坝体沉降的预测模型。工程应用表明，Attention-LSTM模型弥补了LSTM在网络层不能动态调整权重系数的缺陷，提升了模型的计算效率与精度，具有较好的非线性数据处理能力，能够更加精准反映施工期监测数据在时间维度上的变化趋势，相关经验可供类似工程参考。

某抽水蓄能电站下水库所处岩溶环境复杂，为此建立三维渗流分析有限元模型，对库区主要建筑物和岩溶通道进行模拟，采用“坝基防渗帷幕深度为0.5倍坝前水头、两岸防渗帷幕深度为3 Lu线以下3 m、右岸防渗帷幕长度为200 m、设置单排帷幕”作为初步渗控方案，对库区渗流场、渗透坡降及渗透量进行计算分析，发现初步渗控方案满足规范要求，但渗流量和渗透坡降接近临界值。为优化渗控方案，基于初步渗控方案，改变两岸帷幕深度、坝基帷幕深度、右岸帷幕长度、设置双排帷幕4项指标，研究各指标变化对库区渗透量的影响，提出优化渗控方案。分析结果表明，初步方案基础上，在坝基处布置双排帷幕，坝基渗透流量减少267.3 m³/d，库区渗控效果显著。

抽水蓄能电站具有频繁开、停机和工况切换的特点，对电站的安全运行影响较大。但目前关于抽水蓄能电站地下厂房结构在机组振荷载作用下的振动响应现场监测资料很少，尤其缺乏机组开、停机及甩负荷等瞬态工况下的振动监测。以某抽水蓄能电站地下厂房为例，开展了发电、抽水开停机和不同出力甩负荷等瞬态工况下的动力特性监测分析。监测分析结果表明，瞬态工况下厂房结构各典型部位的振动响应峰值明显大于稳态工况，其中机组发电开停机工况振动响应大于水泵抽水工况，但振动位移和加速度基本均能满足目前振动标准建议限值；100%甩负荷工况下厂房结构的振动响应最为强烈，最大振动加速度可达30 m/s²以上，容易造成厂房结构冲击性损伤，建议电站日常运行时尽量避免100%甩负荷工况的出现，万一发生后要及时对厂房关键结构部位进行巡检，排除安全隐患。

为探究水泵机组压力脉动对厂房结构产生的影响，以打渔张泵站厂房为例，基于原型观测数据结合三维有限元模拟分析厂房结构的振源组成及振动特性，并从结构共振校核和振动响应出发对结构的安全性进行分析评价。结果表明，机组稳定运行工况下，动静干涉（RSI）引起的水力脉动与机组运行引起的转倍频激振对厂房振动影响最大，且与局部楼板结构自振频率遇合度较小，易发生共振；但从振动反应角度分析各局部部位的振动响应均在允许范围内，出水弯管和泵座处最大，水泵层楼板最小。研究结果对实现泵站厂房结构的长久安全运行具有重要的理论价值和现实意义。

广东惠州中洞抽水蓄能电站高压岔管运行期最大水头约800 m，其高内水压下的围岩稳定性对电站安全运行至关重要。为此，开展现场地应力与高压压水试验，联合三维地应力场反演，分析了高压岔管部位的地应力场分布规律、渗透特性及抗劈裂能力，并优化岔管布置。结果表明，高压岔管段最大主应力为15.0~16.6 MPa，最小主应力为8.4~9.7 MPa；岩体渗透率介于0.01~0.19 Lu之间，呈极微—微透水；初设岔管位置满足抗抬和抗渗透要求，但岔管口7 m范围内Ⅲ类岩体洞段受断层影响，不满足工程抗水力劈裂要求；通过围岩条件和抗抬、抗劈裂及抗渗透等因素综合分析，将初设岔管位置向厂房方向平移10 m，平移后可满足抗抬、抗水力劈裂和抗渗透稳定要求。

抽水蓄能电站是实现碳中和目标的关键基础设施。针对抽蓄电站引水竖井—调压室结合布置方案，运用三维计算流体力学方法，对其水头损失特性开展研究。首先建立上游进水口到机组进口的三维模型，然后分析引水竖井—调压室结合、不结合布置体型下的水力特性，最后探讨结合布置体型下转弯段直径、阻抗孔孔径等对水头损失的影响规律。结果表明，引水竖井—调压室结合布置与不结合布置体型压力分布较为相似，结合布置体型没有恶化水力学特性，反射水锤效果较好。结合布置体型下，转弯段直径和阻抗孔直径越大，水头损失系数越小。研究结果可为抽水蓄能电站新型结构设计提供理论参考。

针对大型混流式水电机组一次调频响应能力受运行水头变化影响的问题，提出了一种基于自适应特性前馈功能在水轮机一次调频功能中应用的方法，即将水轮机水头、导叶开度及功率的三维曲线函数库引入到水轮机一次调频前馈控制环节中，根据实时的水头和功率大小及导叶位置，以频率变化对应功率变化大小，通过三维数据库计算出接力器的行程直接作用于控制器的输出，并与一次调频常规控制方式进行了现场实际对比验证。试验结果表明，采用该种前馈功能既满足不同水头下一次调频性能的一致性又有效地避免了设置切换多组PID控制参数。该结果为研究水轮机组一次调频功能实现提供了一种新的思路。

为了提高水电机组的故障诊断效率与精准度，研究利用多重分形去趋势波动分析算法，结合概率神经网络，构建了一个水电机组振动信号特征提取与识别模型，并利用二进制引力搜索算法对其参数进行优化。结果显示，经过二进制引力搜索算法优化后，研究设计的特征提取与识别分类模型的分类识别准确率可提升至99%，同时将信号处理时间降至1.3 s左右。研究设计的水电机组振动信号特征提取与识别模型可显著区分水电机组的正常工作状态与故障工作状态，实现利用振动信号特征对水电机组故障进行诊断的目的。

水电机组一般使用具有较强减摩特性的巴氏合金材料作为轴瓦材料，但因巴氏合金材料制成的轴瓦强度较低，并不能使用在需要承受较大压力的大型水轮发电机组中。而碳工具钢材（SK）在有良好耐磨性能的同时能够承受较大载荷。因此，通过试验对比研究SK瓦与巴氏合金瓦的油膜温度、瓦体温度与功率，并通过数值模拟对比两种轴瓦的油膜厚度、油膜压力、最大油膜温度、瓦基变形及功率损耗。结果表明，在相同进油温度下，SK瓦的瓦基变形、最大油膜温度比巴氏合金分别低0.06~0.08 mm、9.6~14.6 ℃，而SK瓦的油膜厚度比巴氏合金高13~15μm。SK瓦在运行过程中具备更低的油膜温度与较小的瓦基变形，可以作为大型水电机组轴瓦材料的潜在选择。

非恒定摩阻在管道系统的水锤现象中具有非常复杂的作用，对于超长引水隧洞电站，充分考虑非恒定摩阻的影响十分必要。对此，开展考虑基于非恒定摩阻的超长引水隧洞水电站非线性暂态响应特性研究。首先，利用特征线法建立了基于瞬时加速度的非恒定摩阻的超长引水隧洞水电站系统模型，然后进行该模型在负荷及频率扰动下的仿真计算，最后使用伯德图法对该模型在频率扰动下的稳定性进行评估，并结合能量方程研究非恒定摩阻参数对系统稳定性的影响。结果表明，管道的非恒定摩阻主要作用于超长引水隧洞电站水轮机快速响应阶段。局部加速度影响系数（k_t）、对流加速度影响系数（k_l）增大时，系统稳定性变差。此外，k_t、k_l的变化对系统在受到高频扰动时表现得更加敏感。

为进一步提高水轮机的控制性能，针对水轮机调节系统提出一种基于自适应混沌粒子群算法优化变论域模糊PID（CAS-PSO-VFPID）的控制策略。首先，建立非线性水轮机调节系统模型，并根据该系统模型构建变论域模糊控制器；然后，通过自适应混沌粒子群算法（CAS-PSO）针对变论域模糊控制器进行优化与设计，得到CAS-PSO-VFPID控制器；最后，对非线性水轮机调节系统模型的适用性进行仿真验证，并在不同工况下与鲸鱼算法优化变论域模糊PID（WOA-VFPID）、标准粒子群算法优化PID（PSO-PID）、标准粒子群算法优化变论域模糊PID（PSO-VFPID）多种控制策略进行对比仿真。仿真结果表明，在CAS-PSO-VFPID控制策略下系统收敛速度快、寻优能力强，可有效提高水轮机调节系统的响应速度及准确性，使调节系统具有更好的动态稳定性。

随着新能源占比的提高，电力系统的惯量支撑、电压支撑以及调频能力明显减弱。同步调相机—飞轮储能系统的研发，对于提高新能源场站的调节能力、增强新型电力系统的稳定性具有重要意义。简要阐述了用于同步调相机—飞轮储能系统的磁齿轮调速器的工作原理和不同的运行状态，着重对其电磁结构进行了优化设计。建立了磁齿轮调速器的电磁有限元模型，通过计算和分析空载漏磁系数选定了V形永磁体内转子的磁障形状，进而采用遗传算法，在一定的永磁体用量和定子槽面积条件下，对V形永磁体和定子槽的形状参数及调制环的极弧系数进行了多目标优化，并分析了目标性能与结构形状参数的相关性。优化设计和相关性分析结果从结构设计上为磁齿轮调速器转矩和效率性能的提升指明了方向。

水电站的尾水水位是计算机组出力的重要参数，当存在下游水库顶托影响时，电站尾水的设计曲线与实际观测值往往存在较大误差，增加了机组出力—流量的计算误差。为此，根据最新历史观测数据，分析了BHT水电站尾水水位与其出库流量及下游水库XLD顶托水位的关系，建立了基于多情景划分的贝叶斯优化-长短期记忆网络（BO-LSTM）预测模型，并分析了调峰和泄洪工况下模型的应用效果。结果表明，XLD水位高于585 m后对BHT电站的尾水水位有显著的顶托影响。相比于水位—流量曲线和非线性曲线拟合方法，基于多情景划分的BO-LSTM模型在精度上有显著提升，平均绝对误差（M_MAE）降低了68.1%。BO-LSTM模型在多种工况下均能更准确地捕捉水位的起伏变化过程。研究结果对水电站精细化调度具有重要意义。

针对金沙江下游梯级水电站在消落期的优化调度问题，结合实际调度需求，在分析水库水量平衡、水位、下泄流量及机组出力等多种约束条件的基础上，选取消落期内梯级水库群的发电量总和最大为优化目标，构建了金沙江下游梯级水电站的日尺度精细化调度模型，并采用DPSA-POA算法对模型进行优化求解，通过实际算例验证了模型及求解方法的有效性。研究结果表明，该调度模型能够在保证各梯级水库安全运行的前提下，充分利用水资源，最大化消落期的总发电量，为梯级水库群的精细化调度管理提供了理论基础和技术支持。

黄河上游龙羊峡水库和刘家峡水库具有年调节能力，承担着黄河流域洪凌防治、供水灌溉、发电等综合利用任务，需通过构建梯级水库多目标优化调度来实现多目标的协调一致。构建了以最大削峰率、发电总量和平均排沙比最大为目标的龙羊峡—刘家峡梯级水库多目标调度模型，利用NSGA-Ⅲ算法进行了模型求解，并分析防洪、发电和排沙目标之间的竞争关系。基于构建的梯级水库多目标优化调度方案评价指标体系和TOPSIS法对调度方案集进行优选。结果表明，发电与防洪目标之间存在明显竞争关系；排沙与防洪目标无明显竞争关系；排沙与发电目标存在一定竞争关系。通过对比优选方案和实际调度相关数据可知，优选方案的防洪、发电和排沙效益较实际调度分别提高20.89%、16.02%、3.61%。

随着清洁能源一体化基地建设投产，多能源联合调度需求迫切。在梯级水电联合调度的基础上，嵌入通道弃电风险作为惩罚约束，将调度人员工作经验与滚动思想相融合，提出一种基于实际运行的多时间尺度梯级水光互补联合调度规则制定方法，提前识别可能存在的弃电风险并提出控制措施，选用水电发电与蓄能效益、光伏发电效益构建水光联合系统互补函数对调度规则进行评价，最后将所提方法应用于澜沧江小湾—漫湾水光互补系统中。结果表明，在不显著影响水电调节作用的同时实现了水光联合系统经济效益显著增加，具备推广至未来流域水风光储清洁能源一体化基地联合运行的可行性。