水库汛末提前蓄水调度具有主从递阶的决策结构，而发电目标的异参同效性使给定防洪规则时最优蓄水方案不唯一，即水库优化调度求解存在“不适定性”，水库运行管理单位是否选择对防洪安全更有利的蓄水方案影响调度效益的实现，表明防洪与兴利在竞争关系外还存在合作潜力。针对这一问题，围绕如何加强兴利部门对防汛部门的合作意愿从而提升水库调度整体效益，建立了基于下层决策者满意度的合作激励模型。该模型以不适定二层规划为框架，从水库调度决策特点出发，对兴利部门的合作意愿与其在给定防洪规则下的预期发电收益的非线性相关关系进行描述，进而得到兴利部门选择有利于防洪目标蓄水方案的概率，并采用多种群混合进化粒子群算法对模型求解。同时设置量化指标，对合作激励机制下的水库优化调度决策效率损失和整体目标实现度进行评估。在三峡水库汛末提前蓄水调度实例中，将新模型与乐观、悲观和部分合作模型结果进行了对比分析。结果表明，合作激励的机制会促使防汛部门适当让渡部分效益以提高水库蓄水发电效益，进而鼓励兴利部门选择更有利于防洪安全的方案，同时能较为显著地减少主从竞争博弈导致的调度决策效率损失。此外，与线性满意度模型相比，本文提出的非线性的满意度~预期调度效益值关系曲线更符合水库调度的实际决策特征。

随着淡水资源逐渐减少、能源需求量逐渐增长和粮食供应结构不断变化，加之三者之间既相互依存又相互竞争的特点，水-能源-粮食的交互关系变得异常复杂。为确保水安全、能源安全和粮食安全，实现三者的协同优化管理、资源的高效利用和可持续发展，以集资源型缺水和季节性缺水为一体的干旱敏感区域宁东基地为例，提出了基于多Agent模型的宁东基地水-能源-粮食系统模拟模型，将宁东基地水-能源-粮食系统看成是由若干个相对独立的自主Agent构成的一个合作共生网络体系，构建了宁东基地水-能源-粮食模拟框架，定义了各Agent的属性，设计了Agent之间以及Agent和环境要素之间的交互规则，基于Python语言的多Agent建模工具MESA库开发了宁东基地水-能源-粮食仿真模型，以模拟宁东能源化工基地的系统演化过程。结果表明：随着人口的增长，生活部门配水量、能源消耗和粮食消耗量均呈现上升趋势；粮食部门配水量呈现出与农作物产量变化相对应的变化趋势；宁东基地的能源部门配水量呈现上升趋势，预测年的配水量每年增长约为0.08亿m³；随着生态绿化覆盖面积的逐年增长，生态部门的配水量也呈现出逐年增长的趋势；每年可以向基地外输送的能源，实测年增长率约为19.85%，预测年增长率约为3.53%，预计到2025年可增加到4.96×10⁷ t标准煤。

针对常规水库防洪调度对防洪控制站点水位安全需求考虑不足的问题，研究提出了一种耦合流域防洪站点水位计算的水库群防洪优化调度方法。首先，通过多站点水位流量关系解析站点水位特性，辨识站点水位关键影响因子，进而根据各影响因子与水位之间的相关关系筛选用于水位计算的输入特征，并引入多层前馈型反向传播神经网络（Back Propagation neural network，BP神经网络），用于拟合输入特征与实测水位之间的复杂非线性关系，从而实现站点水位精确计算；其次，提出一种表征防洪控制站点水位安全程度的指标——安全裕度，以梯级下游防洪站点的整体安全裕度最大为目标，构建了耦合BP神经网络的梯级水库群防洪优化调度模型；最后，综合逐步逼近动态规划（Dynamic Programming Successive Approximation，DPSA）、逐次优化算法（Progressive Optimization Algorithm，POA）和粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）的优势，提出一种混合优化算法（DPSA-POA-PSO）对模型进行求解。以金沙江下游-三峡梯级水库群为对象开展实例研究，结果表明：考虑站点水位特性显著提升了BP神经网络的水位计算精度，对典型洪水的洪峰水位拟合偏差均不超过0.05m；与逐步逼近动态规划和粒子群优化算法相比，在梯级三库联合调度时，混合优化算法使得下游站点整体安全裕度分别提高了0.88%和2.58%，梯级五库联合调度时，下游整体安全裕度分别提高了0.85%和1.87%，并均能够同时满足各站点的保证水位要求，为改善流域水库群防洪安全水平提供了可靠支撑。

洪灾是威胁人类生命财产安全的主要自然灾害之一，开展流域特性对洪水发生的影响研究有助于深入把握洪水发生的物理机制，为科学有效的抵御洪灾提供重要理论依据。当前国内外学者研究流域特性对洪水发生的影响主要采用物理模型模拟法和统计学方法，其中STEIN等^［1］提出的统计学方法具有对数据的精度要求较低、操作简单等优点，并且可以对干湿区进行分类分析，但该方法当前尚未在中国境内应用研究，因此有必要利用该统计学方法开展流域特性对中国干湿区发生不同类型洪水的影响分析。采用STEIN等^［1］提出的洪水分类决策树对中国境内201个流域发生的洪水进行分类，利用经验累积概率对比法分析流域特性对干湿区洪水发生的影响。研究主要结论如下：寒区发生频率较高的ROS、ER型洪水，其中ROS洪水受流域面积、平均高程的削弱作用较大；ER洪水受降雪和降雨加剧作用较大、受土壤含水量削弱作用较大；干旱区发生频率最高的LR型洪水受降雨和降雪加剧作用较大；对于湿润区发生频率较高的SM、LR型洪水，SM洪水受降雨和黏土含量加剧作用较大、受沙土含量和平均坡度削弱作用较大，LR洪水受降雨和黏土含量加剧影响较大、受坡度和沙土含量削弱影响较大。基于研究结果，水利管理部门可以合理规划工程和非工程措施干预洪水发生的主导流域特性，有针对性的抵御流域内不同类型的洪水。

为了通过研究洪水运移规律，评估洪涝破坏程度和把握主要致灾因子对洪涝灾害弹性的响应机制，并帮助提供城市暴雨洪涝灾害管理的生态化途径，提升城市防灾减灾能力，以济南市城区为研究区域，划分28个集水区，结合基于元胞自动机理论的CADDIES洪涝模型，利用实际雨型和设计雨型来模拟济南市城区不同情景的洪涝情况，构建基于流域尺度变化下的洪涝灾害弹性评价模型，借助数据处理工具构建双迭代模型，并设计4种不同条件下的洪涝情景，对不同情景下的济南市城区洪涝灾害弹性结果进行评价研究。结果表明：C1~C4位于山区等地势较高区域的集水区在各情境下洪涝灾害弹性指数均较高；各集水区弹性指数随重现期增加而下降；大部分集水区弹性指数随降雨历时的增加而下降；集水区水深阈值越大，洪涝弹性指数也越大。并得到以下结论：通过运用实际雨型和设计雨型结合的方式，利用 CADDIES模型模拟验证了济南市城区各时刻洪水淹没运移过程，表明了“南水北淹”现象发生的规律；重现期、降雨历时、水深阈值的大小均是影响集水区洪涝灾害弹性的重要因素；位于南部山区高程较高集水区在洪涝灾害弹性方面有明显地域优势，越靠近市区，草地、林地等利于雨水吸收和下渗的土地利用类型面积减小，洪涝灾害则弹性越弱。

为探究中国农业水资源压力的特征、时空分布格局以及演进规律，构建农业水资源压力指数模型测算全国各地农业水资源压力，并借助可视化工具分析时空分布格局，利用Dagum基尼系数分解、 Kernel密度估计、Moran指数模型分析空间差异、动态演进和空间相关性规律。结果表明：①2005-2021年全国农业水资源压力指数从2.13下降至1.59，区域压力指数从高到低排序为东部>西部>中部>东北；②考察期内北京、天津、河北、山西、河南、山东、江苏、新疆、宁夏等九个地区压力指数均大于1，农业水资源压力指数大致呈“由北向南”、“由东北向西南”递减的空间分布规律；③Dagum分解结果显示，中国农业水资源压力的总体基尼系数仅有小幅下降，超变密度贡献率是总差异的主要来源；④Kernel密度估计呈现出“波峰减少，曲线向左运动，右尾缩短，宽度加大”的动态演进规律；⑤空间Moran指数从2014年开始显著为正，并且主要分布在第一、二、三象限。研究结论认为，虽然中国农业水资源压力指数呈下降态势但总体仍然偏大；农业水资源不可持续地区主要集聚在华北地区、环渤海经济区以及西北地区，区域间（内）压力指数呈明显的非均衡演进特征；农业水资源压力空间集聚特征主要呈现高高集聚（16.67%地区），低低集聚（50%地区）以及低高集聚（30%地区）三种模式。

水资源配置格局与国土空间格局协同发展是保障经济社会发展的重要基础。为科学合理的评价水资源空间均衡程度，研究基于水资源空间均衡理论体系，从节水水平、刚性需水水平、开发利用水平、供需平衡程度4个维度，分别选取了相应的指标构建了评价不同维度的指标体系，采用熵权法、负载指数法、不均衡度法等方法计算分析广东省不同水平年各维度综合功能值，采用Dagum基尼系数分解法，按照珠三角核心区、沿海经济带、北部生态发展区为分区单元，综合分析研究广东省不同片区水资源空间均衡程度。研究结果表明，广东省不同片区的水资源空间均衡程度差异主要以分区间差异为主，珠三角核心区水资源空间均衡程度较差，沿海经济带水资源空间均衡程度次之，这两个片区在强化节水、充分挖潜本地水源的前提下，水资源配置和调配方向以外调水源为主；北部生态发展区水资源均衡程度较好，在节水优先的前提下，水资源配置和调配方向以合理利用本地水源为主，并可作为其他两片区的水源地。Dagum基尼系数法可更为全面深入的描述分区内、分区间等差异及超变密度贡献程度，用来评价不同分区水资源空间均衡的程度是合适的，可为区域水资源优化配置和调配提供依据和方向，从而为全面提高区域经济社会协同发展提供有力的水安全保障。

为探究变化环境下农牧交错带水文循环演变规律，以毛乌素沙地为研究区域，采用地质、水文、气象、人工取用水等数据构建了地表水（Water and Energy transfer Processes in Large river basin， WEP-L）-地下水（Visual Modular Finite Difference Groundwater Flow， Visual-MODFLOW）联合模拟模型，基于白家川水文站地表水月径流量和地下水位数据，对模型参数进行率定和验证。结果表明：WEP-L模型率定和验证期月径流过程的模型模拟的结果NSE都在0.40以上，R ²都在0.65以上，相对误差都控制在±15%以内，模型对白家川水文站枯季月径流量过程模拟较为准确。Visual MODFLOW模型模拟的研究区域内4个代表井模拟时段内地下水位模拟值与实测水位的R ²基本都在0.58以上，MAE小于0.3 m，RMSE在0.028~0.265 m之间，表明建立的地表水-地下水模型可用于毛乌素沙地水文循环过程分布式模拟。基于此，进一步探究毛乌素沙地地表水-地下水空间分布特征。结果表明：毛乌素沙地不同区域的地表径流量和地下水位差异性显著，地表径流量大的地方地下水位低。2019-2020年毛乌素沙地径流量减小，但空间分布基本一致，呈现从西到东逐渐增加的趋势，且沙地东南角的径流量最大；2019-2020年沙地地下水位几乎不变，表明地下水的补给量和开采量基本一致，空间上，沙地东南、东北角相邻地区的地下水位的差值较大，水位下降速度较快，与地形变化类似。研究成果可为农牧交错带农业用水配置，区域水资源规划与管理提供科学支撑。

基于兼顾遏制地下水超采与确保冬小麦稳产这一可持续发展理念，以京津以南河北平原这个地下水严重超采的区域为例，从冬小麦生育期农田灌溉必须实施多水源配置的观点出发，结合海河“23·7”流域性特大洪水发生后所启用的蓄滞洪区，就利用蓄滞洪区建设地表调蓄水库对雨洪资源化或生活污水资源化及跨流域输水工程需要调蓄库容这3个方面的作用进行了初步探讨。

受限于粗糙的空间分辨率，GRACE重力卫星数据难以在中小尺度区域上得到应用。基于随机森林算法分别在格网（Random Forest-Grid， RF-G）和区域（Random Forest-Zone， RF-Z）两种尺度上构建降尺度模型，将云南省滇中地区2003年至2020年GRACE陆地水储量异常（Terrestrial Water Storage Anomaly，TWSA）的空间分辨率从1°×1°提高至较为精细的0.1°×0.1°，并将降尺度结果与基于PCR-GLOBWB（PCRaster Global Water Balance）水文模型的降尺度方法从时空角度进行对比分析以验证降尺度结果的准确性。进一步地，利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）方法对降尺度后TWSA进行时空模式分解以及特征分析，从而更深入地分析降尺度后的数据特征及影响因素。结果表明：基于RF-Z模型对滇中TWSA的降尺度效果最佳——其降尺度前后的相关系数为0.99，纳什效率系数为0.97，均方根误差为6.68 mm，平均绝对误差为5.22 mm，且其降尺度结果有效地消除了网格化现象；EOF分解的前4个特征向量方差贡献率共91.73%，第一模态表现为“西南高东北低”，其时间系数存在显著的季节性规律，第二模态呈“西北高东南低”分布且对应时间系数呈明显的下降趋势，而第三和第四模态则分别呈现出“全区型”和“西北高东南低”的分布特征；此外，TWSA与驱动变量中的归一化植被指数存在较强的相关性。本文可为滇中地区的水资源管理和生态环境保护提供数据支撑和技术保障。

河口地区地表水波动会诱发滨岸潜水层内地下水位的震荡，并呈现出与河道水位非同步性的涨落过程。落潮阶段，河道边坡内地下水位高于地表水位，饱和区和饱和区持水量较大，容易诱发岸坡失稳。为此，通过改进BSTEM模型，并将其与考虑非饱和流运动的地下水模型SUTRA相耦合，提出了适用于复杂河口地区的崩岸预警模型SUBS。研究结果表明：河口地区地表水波动诱发的潜水层地下水波动具有较强的迟滞性，边坡安全系数和最不利崩塌面随潮汐周期性变化，涨潮期安全系数增加，落潮期由于地下水的排水滞后性，导致岸坡安全系数降低。尤其是在大潮期的落潮阶段，水位快速降落，岸坡上浸润面的出现会进一步增加岸坡崩塌的风险。进一步对比均质和非均质边坡的稳定性，结果表明岸坡内土壤黏聚力对边坡的稳定性影响较大，上层为黏土，下层为砂土的复合结构岸坡的稳定性要高于岸坡组成为低黏聚力均质砂土的情况，此时需要更加关注地下水位波动的影响。通过耦合地下水模型，考虑地下水位的实时波动特征，拓展了传统BSTEM模型的应用范围，为河口地区边坡稳定性预测提供了新的研究手段。

采用慢滤作为深度处理工艺，探究其在不同运行条件下（进水碳氮比、pH值）对二级出水中条件致病菌（铜绿假单胞菌、军团菌和鸟分枝杆菌）和有机物的去除效能，并分析慢滤表面微生物的群落结构及其对水中条件致病菌的去除机制。结果表明，在不同运行条件下，生物膜慢滤对条件致病菌和有机物的去除效果均大于无生物膜慢滤，当碳氮比为10和pH值为7时，生物膜慢滤对上述污染物的去除效果最佳，且水中DOC浓度与条件致病菌含量均呈正相关性；在进水碳氮比为10时，滤料表面生物膜中根瘤菌属、浮霉菌属等优势菌属的占比较大；当进水pH值为7时，硝化螺旋菌属和变形菌属等优势均属的占比更大；生物膜中的硝化螺旋菌、根瘤菌、拟杆菌和酸杆菌均对条件致病菌的生长起到一定抑制的作用，有利于条件致病菌的削减。

以流量指标的多概率密度法为基础，提出了分布流量法（DFM）、生态流量指数（DEFI）、分布流量法评价等级标准（DFGS）。以宜昌段为例，将分布流量法与传统的水文生态流量计算方法、流量评价方法及鱼类生态流量计算结果相比较，并对变异前后河流生态需水满足率和生态流量指数得分的变化进行评价。结果表明，分布流量法考虑了河流天然径流的年内、年际丰枯变化过程，减弱了极端流量事件及流量年内分布不均的影响，能够满足河流生态系统对径流的实际需求，优于传统水文方法，有较强的时空适用性，并具有一定的推广价值。应考虑年际丰、平、枯变化，以高于或接近变异前的生态流量等级和生态流量指数得分作为水资源和生态流量管理的标准。

明晰三峡水库蓄水以来库区干流水质变化规律可为库区水环境保护与治理提供参考。基于2004-2019年库区干流多个断面逐月水质数据，采用Mann-Kendall检验法、水质质量指数（WQI）综合评估法和聚类分析对十项典型水质指标进行分析研究。结果表明：三峡水库蓄水以来库区干流各断面高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮及铅年均浓度值均满足Ⅲ类水质标准，库区水质总体趋好；根据水质指标年际波动特征，可划分2004-2006、2007-2014及2015-2019等3个时间阶段，且各阶段空间异质性规律不同。库区干流各断面总氮浓度范围为1.3~2.1 mg/L，库尾寸滩及清溪场断面粪大肠杆菌群浓度范围为10 735~79 000 A/L，均超Ⅲ类水质标准为库区干流主要污染指标；6个断面中寸滩断面水质最差需重点关注。长江上游溪洛渡-向家坝梯级水库的蓄水拦沙作用会减少三峡水库入库污染物通量，进而改善库区干流水质；三峡水库分期蓄水时的水位抬升有利于库区水质趋好，其年内常规调度则影响着库区干流水质的年内变化，位于变动回水区内的断面水质规律异于位于常年回水区内的断面水质规律。

准确评价饮用水源地水质状况和精准追溯污染源是实现水库型饮用水源地水质精细化管理的基础。以温州市珊溪水库为研究对象，将绝对主成分评分（Absolute Principal Component Score， APCS）与多元线性回归（Multivariate Linear Regression， MLR）相结合的方法（APCS-MLR）用于定量评价水库水质状况，识别污染源类型，解析污染源分布和贡献率。结果显示，珊溪水库水质总体良好，但仍存在污染风险，其污染源主要为城镇生活污染、农村面源污染和水土流失，未知污染源不可忽视，污染源分布存在显著的时空变异性。实践表明，基于APCS-MLR识别水库型饮用水源地污染源的类型和贡献是可行的。

水流交汇现象在河流水系中普遍存在，支渠高浓度污染物的汇入会导致干渠下游水质污染，威胁到下游各地区用水安全。建立90°等宽明渠交汇口二维水动力水质耦合模型，研究提出通过在明渠交汇口附近布置潜坝的工程措施增强污染物混合从而降低污染物浓度。对不同潜坝位置、长度、高度共14种工况进行数值模拟。研究结果表明，在交汇口附近布置潜坝可以加速污染物混合，进而降低污染物浓度极值；潜坝加速污染物混合扩散的主要机理是潜坝产生的横向流速区及回流区加剧了水体对流作用，促进了污染物的混合；在交汇口下游干渠右岸布置潜坝对污染物的混合加速效果明显；当潜坝长度为1/2河宽时，对污染物的混合最有利；潜坝越高，效果越好；在合适的潜坝布置工况下，明渠出口断面污染物浓度变异系数降低了46%，最大污染物浓度值降低了33%，效果明显。

深入研究不同土地利用方式对流域水沙过程的影响，对流域水土流失防治和生态环境管理具有重要意义。利用息县站1996-2003年实测月径流与月泥沙资料，建立息县流域SWAT模型，根据SWAT模型模拟结果，统计不同土地利用类型下产流产沙量对全流域的贡献率；然后将SWAT模型的各子流域产流产沙模拟数据作为随机森林回归模型所需的输出变量，使用随机森林回归模型评估不同土地利用类型对径流和泥沙过程的重要度。结果表明：①SWAT模型精度较高，径流和泥沙率定期和验证期的决定性系数R ²、纳什系数NSE均大于0.75，偏差百分比PBIAS为-1、-5.6和5.1、9.6，模型适用于息县流域径流与泥沙模拟；②流域内土地利用类型对产流过程与产沙过程的贡献率排序分别为林地>旱田>水田>草地，旱田>水田>草地>林地；③随机森林回归模型的各阶段的决定性系数R ²基本大于0.5，拟合效果较好；随机森林回归模型得到的不同土地利用类型对流域水沙过程的重要度排序与SWAT模型模拟计算得到的不同土地利用类型对水沙过程的贡献率排序基本相同，说明了利用SWAT模型计算不同土地利用类型对水沙过程的贡献率的准确性较高。综上，耕地对息县流域的水沙贡献率最大，本研究的方法同样可应用于其他流域，以得到不同流域内不同土地利用类型的水沙贡献率，为流域内的高效水土保持治理提供参考。

为探究外生激励、组织信任对农户参与水环境治理意愿的影响，及厘清二者如何共同作用于农户参与水环境治理意愿的作用路径。基于江苏、安徽、陕西三省的微观调研数据，利用Double-hurdle模型进行实证分析。结果表明：①外生激励对农户参与水环境治理的意愿和程度均具有显著正向影响。分维度看，经济激励和情感激励对农户水环境治理参与意愿及程度的影响均显著为正；而声誉激励仅对参与意愿有显著促进作用。②组织信任仅对农户水环境治理的参与意愿具有显著正向影响。分维度看，善意信任对农户水环境治理的参与意愿及程度均为显著正向影响；而能力信任仅对参与意愿有显著促进作用。③进一步机制分析发现，组织信任在外生激励和农户参与水环境治理意愿及程度之间具有中介作用。基于分析结果，建议完善农户参与水环境治理的外生激励机制，注重提升基层自治组织的公信力以及增强农户公共事务参与的主体认知。

斜向建设的桥墩常见于天然弯曲河道中，其改变下游水流运动趋势，并对堤防稳定产生不利影响。为探究连续弯道中斜交桥墩对水流运动特性的影响，运用MIKE Zero系列软件中的水动力模型对圆柱形桥墩不同建设位置及桥墩与河道呈不同斜交角度的工况进行数值模拟，分析各工况下桥墩对水位和流速的影响。研究结果表明：在弯道不同位置布设不同斜交角度的桥墩时，各位置墩前最大壅水高度均在桥墩斜交角度α为30°~60°时呈增大趋势；此外，各工况平面流速均随斜交桥墩偏移的方向增大，且桥墩斜交角度越大首末组桥墩周围流速相差越大。修建桥墩后的弯道中心区域墩后断面横向流速及纵向流速均较无墩情况下降低，且随桥墩斜交角度的增大流速降低现象愈发明显，但弯道凹岸及凸岸区域墩后断面横纵流速均不同程度增大，并始终大于桥墩建设前的流速。相邻弯道间前弯对其后弯的横向环流结构发展进行反向抑制，在弯道连接段修建桥墩时其墩后断面环流范围小于在弯道段修建桥墩时的环流。这些发现为弯道涉河桥梁规划及护岸工程设计提供了依据。

侧深槽孔-潜孔组合式鱼道是一种基于竖缝式鱼道设计出的新型堰孔组合式鱼道，研究和应用尚处于初期，其水力特性分布规律亟待探明。基于FLOW-3D软件建立了侧深槽孔-潜孔组合式及竖缝式鱼道的数值仿真模型，并依托物理模型试验结果修正了边界条件及输入参数，对比分析了两种类型鱼道的流场结构，探究了布置不同型式障碍物对鱼道水力特性的影响。结果表明：相比一般竖缝式鱼道，侧深槽孔-潜孔组合式鱼道具有明显的三维流场特性，可为鱼类提供更多的洄游路径和休息场所，但“L”型的流态会影响鱼类上溯；在侧深槽孔-潜孔组合式鱼道内布置曲面光滑的圆柱型障碍物，池室流态得到改善，流速梯度减小，湍动能降低幅度约为33.3%，湍流耗散率的最大衰减率达82.78%，工程中导流障碍物应多采用光滑曲面，避免出现棱边或截面形状突变的结构。

为研究三角形断面无壁排水暗管在非饱和土壤中减缓水分绕流的作用，在室内土槽中对该暗管（标注为T1）进行了排水试验，以圆形断面无壁暗管（标注为CK）作为对照，并利用MATLAB对2种暗管周围的水分绕流过程进行了模拟。试验结果显示，T1暗管底部的土壤含水率小于CK的土壤含水率，但是T1底部的土壤含盐率大于CK的土壤含盐率，表明T1对土壤水分绕流现象的抑制作用好于CK的作用；T1的出水时间比CK的出水时间提早3.89 h，两种处理的排水及排盐量之间没有显著性差异（p>0.05）。模拟结果揭示了非饱和土壤中暗管排水的特征，从理论上证眀了T1下方的含水率低于CK的值，T1对绕流的抑制作用更好。研究结果显示，在非饱和土壤中三角形断面无壁排水暗管比圆形断面暗管能够更有效地抑制土壤水分绕流，有利于提高排水效率。

农业用水定额研究对推行节约用水、合理配置利用水资源、提高灌溉水有效利用系数具有非常重要的意义。结合2022版甘肃省行业用水定额编制工作，对甘肃省典型灌区蔬菜灌溉用水定额进行修订与评估研究，在收集调研各典型灌区耗水量资料的基础上，根据甘肃省自然地理气候条件重新划分农业灌溉分区，采用经验法、统计分析法和类比法分析计算蔬菜灌溉用水定额通用值与先进值。研究表明：①提出主要以降水量等值线、干旱指数等值线为划分依据，统筹考虑地理分区及其他影响农业灌溉用水因素的农业灌溉分区划分方法，将甘肃省划分为5个农业分区，较现行分区更符合甘肃省地理分布与气候特征，可较好的反应出不同地区间农业灌溉用水差别。②各农业灌溉分区不同种类蔬菜用水定额介于2 700～9 300 m³/hm²之间，其中洋葱定额值最高为3 750～9 300 m³/hm²，日光温室蔬菜定额最低为2 700～ 5 700 m³/hm²；农业灌溉分区蔬菜定额呈现出高、中、低三条变化趋势，其中多数作物位于中段位置，变化趋势符合植物生长特性与农业节水特点。③各农业分区蔬菜用水定额相差较大，表现为由东至西、由南至北依次递增，河西走廊大于陇东高原，陇中大于陇南，基本符合降水量等值线分布规律和地区农田灌溉特点。④采用量化赋值法评估体系，得出甘肃省蔬菜灌溉定额覆盖性为“合理”，实用性为“严格”，合理性为“严格”，先进性为“合理”，修订后的蔬菜定额标准在“四性”方面均有显著改善。

滑坡涌浪是近水滑坡诱发的一种重要次生灾害，涌浪波参数的有效预测对滑坡涌浪灾害的风险评估具有重要意义。常规的基于试验数据构建的滑坡涌浪预测模型通常关注涌浪波参数的瞬时值，通过选取滑坡体的厚度、速度等参数作为自变量，计算涌浪波的最大波高、最大振幅等瞬时参数。目前，滑坡体参数与涌浪波参数的时序量化关系尚待探明。本研究以涌浪波参数的时序变化特征为研究对象，采用散粒体滑坡材料开展了物理模型试验，并基于试验数据建立了包含时间序列的滑坡体和涌浪波参数多样本三维面板数据库，然后基于随机系数面板数据模型构建了滑坡体参数和涌浪波参数的时序量化模型，最后通过试验数据验证了模型的有效性。该模型实现了涌浪波参数的时序预测，有效弥补了常规模型仅能预测涌浪波参数瞬时值的不足。

粉细砂质河岸易崩塌，以湘江部分粉细砂河段为研究对象，通过有限差分软件FLAC3D，基于流-固耦合理论和强度折减法，结合所选河段粉细砂岸坡地形及土体资料，提出雷诺护垫防护结构，建立三维岸坡防护模型，探讨雷诺护垫护岸结构对岸坡稳定性的影响。结果表明，雷诺护垫-格宾石笼网箱结构方案防护在限制岸坡水平方向和垂直方向位移的效果显著，其最小安全系数高，易操作，防冲性能好，使用寿命长，不需要定期维修养护，可有效提高粉细砂岸坡整体稳定性。

水资源作为基础性的自然资源和战略资源，已逐渐成为限制地区经济社会持续稳定发展的控制性因素。为贯彻落实把水资源作为最大的刚性约束要求，实现粤西苦旱地区水资源最大化的合理开发利用，以环北部湾广东水资源配置工程为例，在分析工程受水区2012-2020年用水变化趋势的基础上，采用多层次指标法、熵值法和加权平均法构建节水刚性约束评判体系，以研究工程受水区现状2020年、设计2035年的用水总量及供水端、用户端各项节水指标刚性约束程度。结果表明：环北部湾广东水资源配置工程受水区近十年用水总量和各业用水总体呈缓慢下降趋势，用水结构逐渐趋于合理，但现状2020年节水水平差，除用水总量指标外，约束层其余指标均不符合节水刚性约束要求；设计2035年节水刚性约束程度强，约束层节水指标均满足评判标准，预期层节水指标综合得分90.7、节水刚性约束等级高，工程设计符合国家、广东省的节水刚性约束要求，满足调水工程“先节水后调水”的“三先三后”首要前提，但应进一步加强居民生活节水、农业节水灌溉和高效节水灌溉相关工作。研究成果可为环北部湾广东水资源配置工程分析调水区域与对象、优化工程设计方案等提供参考，建立的节水刚性约束评判体系对类似调水工程节水分析具有借鉴意义。

为研究水稻温室气体排放情况及水稻生产效率问题，以中国重要商品粮基地——黑龙江省为例，利用基于IPCC指南的中国官方省级温室气体清单方法分别估算水稻温室气体直接和间接排放量，分析水稻温室气体变化趋势，在此基础上利用DEA模型分析水稻生产投入产出结构合理性。结果表明：黑龙江省水稻温室气体排放量总量整体呈现上升趋势，CH₄占比最高，为87.70%，N₂O占比为5.77%；间接排放量占比6.53%。黑龙江省2008年、2009年、2010年、2016年和2018年的水稻生产效率值小于1，投入与产出结构不合理，相对效益未能达到最优，存在不同程度的投入利用率低和产值收入不足情况，农民收入和利润存在受损情况；2008年和2010年的水稻温室气体排放率较低，生产过程中低碳措施实施效果较好，实现了较少的碳排放。研究结果可为黑龙江省水稻种植生产投入要素进行合理配置，减少温室气体排放量提供科学参考。

针对感潮水闸调度运行受潮汐影响大，过闸流量控制难的问题，从水闸机理模型出发分析了水位（潮位）对过闸流量的影响，然后基于GRU神经网络设计了潮位预测数学模型，结合江都东闸的实际需求，开发了闸站优化调度系统。经与实测数据对比，研究提出的多层GRU神经网络模型可准确的预测高低潮位出现的时刻以及潮位值。软件系统部署后，能很好支撑江都东闸的运行调度工程，在同类工程中具有较高的推广应用价值。

多厢互联式渡槽是一种新型渡槽结构型式，该结构型式具有断面过水流量大、整体工作性态好、槽身挠度变形小等优点，但槽身对不均匀竖向变形较为敏感。鉴于这种结构型式在我国水利行业尚属首次，如何建立多厢互联式渡槽运行安全预警监控指标是工程运行管理的重要问题。目前，国内学者关于渡槽已提出了若干监测模型，但是这些模型并没有给出明确的监控指标，更没有体现出“分级监控、逐级预警”的现代监控理念。为此在前期研究工作基础上，通过槽身破坏模式分析，提出将支座处不均匀竖向变形作为主要监控指标，槽身内壁处的钢筋计测值作为次要监控指标，研究成果可为多厢互联式渡槽的安全运行提供借鉴和参考。

为研究有效降低直管式出水立式轴流泵装置整体高度，对出水弯管进行优化设计，以某立式轴流泵装置模型为研究对象，以出水弯管转弯半径与直径的比值为特征参数设计多种方案，对各方案数值模拟计算，比选出最优方案，并通过模型试验验证数值模拟结果的可靠性。数值模拟结果表明：当转弯半径与直径的比值由0.8增大至1.4，泵装置效率升高约3%，弯管局部水头损失系数降低约0.3，出水流道压力恢复系数由95.77%升高至96.54%，装置性能变好；如果出水流道高程受限制，建议转弯半径与直径的比值不超过1.3；导叶、弯管、出水流道的水力损失相互影响，故若要进一步提高泵装置效率，出水流道的优化应该带泵进行整体优化，甚至可以考虑导叶与出水流道一起优化；同时设计工况下采用一维理论的弯管局部水头损失系数能比较准确地预测弯管的水力损失。

薄壁钢管桩支架是大跨度渡槽等工程施工中常用的临时支撑结构，因其长细比较大，压杆稳定问题较为突出，因此准确计算其结构安全系数是设计中的关键。为研究应力集中对薄壁钢管桩支架屈曲失稳的影响，结合某大型渡槽工程，同时采用梁单元和壳单元建立钢管桩支架模型，利用有限元软件ABAQUS对比分析了不同径厚比和支架高度下钢管桩支架的屈曲临界荷载。结果表明，两种模型下钢管桩支架的屈曲失稳模态存在明显差异，梁单元因无法较好地反应局部应力特征，得到的结构安全系数偏大，计算结果偏危险。对于薄壁钢管桩支架，两种模型下屈曲临界荷载的相对差值与径厚比和初始缺陷成正相关。当钢管径厚比大于20时，两者之间的相对差值大于11.4%，实际工程中建议采用壳单元进行稳定验算。

利用仿生学原理，对叶片工作面的前中后部分别进行半球形非光滑结构处理，结合流场CFD和声场LMS进行模拟计算，对某离心泵设计流量的流场及声场结果进行对比分析。结果表明：非光滑结构使叶片受到的摩擦阻力更小，进而有效减小叶片表面的剪切应力和湍动能，在叶片进出处削弱效果最明显；同时使叶轮流道中的涡强度明显降低，泵的内部涡流分布更加均匀，在整体上能够有效降低其湍流脉动强度，稳定流场流动并有效地降低流动噪声。非光滑结构叶片能有效降低总声压级，其中在叶轮出口处最优降噪为3.28 dB，降噪率为1.9%；隔舌处的总声压级下降3.11 dB，降噪率为1.82%。综上所述，非光滑叶片相比于光滑叶片有着不错的降噪效果，总体降噪率大约在0.81%~1.90%。

根系作为作物汲取水分、养分的重要器官，其形态结构量化对于田间水肥管理具有重要意义。然而相比于地上部分，当前关于根系形态结构的研究十分有限，特别是在盐渍土壤。以内蒙古河套灌区开展的盐渍农田向日葵田间实验为背景，利用微根管法对不同盐分田块（低盐S1，高盐S2）的向日葵根长密度（RLD）动态变化进行了观测，并结合RootBox根系结构模型（RSA）对各田块作物根系三维结构进行模拟。结果显示，RootBox模型能够较好地模拟不同盐分下大田向日葵的根系形态，其微根管观测点的RLD模拟值与实测值接近，R ²超过0.73，RRMSE小于0.28，但S2田块RLD模拟精度相对较低，RMSE比S1田块的高0.31 cm/cm³。并且，S1田块平均RLD模拟分布与微根管RLD观测值分布接近，而在S2田块，二者差异较为显著，特别是在60~90 cm土层。上述结果表明，微根管观测法和根系结构模型可为盐渍农田作物根系形态结构量化提供工具支持，并且高盐田块作物根系量化效果受土壤盐分影响更为显著。

水风光多能互补发电系统中风光出力不稳定且不连续，使得系统内水电机组需要频繁地进行工况转换，这给水电站运行的经济性和安全稳定性带来了挑战。当水电站厂内负荷分配中考虑了机组避振策略，普通粒子群优化模型的决策变量会变成高维度、互相耦合、不连续的高阶矩阵，模型中粒子速度更新过程的适配性降低导致了其收敛结果大打折扣。创新性地提出了双向更新的多目标粒子群模型，在水电站日前小时级调度方式和机组避振策略基础上，优化了机组综合穿越次数和机组全天的最优工况差之和这两个目标。结果表明：该优化模型相较于普通粒子群算法计算速度提升了14.7%，收敛精度范围平均提升了4%到6%，可为水电站兼顾经济性和安全稳定性的厂内负荷分配提供新的参考依据。

为了研究闸门P型水封在长期服役过程中的力学性能，采用黏弹性有限元法对水封服役过程中受力特性和变形特性演化进行了仿真分析。首先，基于橡胶材料的蠕变实验数据，利用最小二乘法原理分别确定了描述橡胶材料蠕变特性的不同黏弹性本构模型参数。其次，在ANSYS软件中基于不同本构模型对橡胶材料蠕变实验进行仿真，通过与实验结果对比表明：Burgers模型比标准线性固体模型能更准确地反映橡胶材料在黏弹性过程中的蠕变现象。最后，基于Burgers模型对不同材料的闸门P型水封长期服役过程进行黏弹性仿真，通过参数分析研究了水封材料黏弹性、库压、预压量等对水封长期工作过程中关于止水密封性的接触应力和接触宽度的影响。

多能互补运行是促进新能源消纳的有效途径，合理确定多能互补系统中新能源捆绑容量，对于增加不同能源的协同性，进而发挥多能互补效能具有重要作用。针对传统容量配置模型对互补运行过程考虑不够精细的问题，在模拟大型水光互补电站精细化运行过程的基础上，结合成本效益分析提出最优光伏捆绑容量规划方法。首先，在不同光伏装机规模下，构建互补中长期优化调度模型，确定长期时段的水量和电量分配；其次，在中长期调度边界条件下，构建互补短期优化调度模型，模拟日发电计划编制和实时运行，计算对应的光伏弃电率；最后，基于成本效益分析方法构建装机容量规划模型，以光伏电站全生命周期净效益最大为目标确定最优光伏捆绑容量。以忠玉水光互补工程为研究对象，结果表明：①当光伏装机容量在500 MW以下时，光伏弃电率维持在2%以内，随着光伏装机容量的增加，光伏弃电率迅速上升；②在0.1 元/kWh的上网电价条件下，光伏电站的净现值总为负值，经济性较差；③在0.353元/kWh的上网电价条件下，装机容量为1 030 MW的水电站所能捆绑的最优光伏装机为1 900 MW，考虑径流随机性的光伏电站全生命周期效益的净现值区间为46.2~54.6 亿元。研究方法可为流域水风光一体化系统的精准容量配置提供参考。

水力机械振动信号具有噪声强烈、非平稳、非线性等特点，振动信号特征量的有效提取和识别对故障诊断有着重要影响。通过试验台模拟了水力机械不对中与松动两种常见振动故障，采用变分模态分解和Hilbert包络谱分析对故障信号进行故障特征提取。首先利用分量瞬时频率均值确定变分模态分量数量K，对信号进行VMD分析，再对分解后以及重组的信号进行包络谱分析。研究表明，VMD能有效提取出信号的特征量，有利于故障的识别。对比了不同故障情况下以及同种故障不同程度情况下重组信号包络谱特征的差异，发现不对中故障情况下高次谐波信息较为突出，高次谐波随着不对中程度增加而增加；松动故障引起的振动具有方向性，振动信号中伴随着间谐波。这些振动故障特征可以为故障智能诊断提供参考。

振动衰减特性对水轮发电机组轴系的动力学行为有较大影响，为了准确描述水轮发电机组轴系在水流激励下的振动特性，对轴系的振动衰减特性进行研究是十分必要的。首先，在分析水流激励振动特性的基础上，提出基于PSO-VMD的水流激励特征信号提取方法；然后，应用波有限元法建立未包含导轴承和包含导轴承两种情形下的轴单元振动传递模型，在此基础上应用波有限元法构建水轮发电机组轴系的振动传递方程；再根据所构建的轴系振动传递方程确定轴系振动衰减系数的计算方法；最后，通过实例对轴系的振动衰减特性进行分析。研究结果表明，本文所提出的水轮发电机组轴系的振动传递模型及振动衰减系数计算方法是可行、有效的，从而为进一步深入研究振动衰减特性对水轮发电机组轴系动力学行为的影响提供了一定的理论基础。

地形条件的限制使得明渠管网成为连接串联水电站新的方式，该方式存在管网复杂，有压与无压衔接等诸多问题。采用改进的压力梯度法以及明渠管网整体矩阵法分别对多级串联水电站的恒定流以及非恒定流进行模拟，讨论了正进正出及正进侧出两种衔接方式下明渠管网内过渡过程的差异。结果表明：恒定流工况下，正进正出下明渠管网中纵向明渠起储水作用，横向明渠向下游电站输水；正进侧出则是纵向明渠向下游电站输水，横向明渠进行流量分配。下游电站甩负荷或增负荷时，正进正出下涌波沿横向明渠传播，并在通过岔点时向两侧纵向明渠传播；正进侧出则是涌波沿纵向明渠传播，在通过岔点时，随着流速上升扰动从向远离上游一侧横向明渠传播变为向两侧横向明渠传播。

针对基于风险矩阵、考虑结算规则的预警方法受到海量协同作业数据影响，导致预警效果不佳的问题，提出了数据深度融合下的水电站人机协同作业风险预警。构建数字化协同业务的闭环模式，保证水电站作业数字化人机协同作业风险预警过程稳定。计算置信增益最大值，并对特征进行归一化合并，由此构建水电站全维数据深度融合模型，避免数据丢失。通过传感器节点获取深度融合数据，在空间和时间上，以时空为基础建立多维时序，为现场作业人员的安全作业提供有效数据支撑。通过潜在风险智能感知与识别结果，设计基于数据深度融合的水电站人机协同作业风险预警流程，以便工作人员及时处理现场紧急情况。拟定特定场景，由实例分析结果可知，该方法风险预警概率与实际值更加接近，说明使用该方法预警效果较好。

针对并发用户和命令发送次数增多，控制命令传输速率与完整度较差的问题，设计了基于国产设备的智能监控系统体系结构。使用国产龙芯2H型号芯片，控制水电站设备机组内不同装置，采集其运行状态数据，通过100M光纤以太网和网关，将输电站设备机组运行状态数据传输至操作员工作站和监控终端内；依据操作员工作站和监控终端内的水电站设备监控程序，使用移动时窗划分水电站设备运行数据子时间序列，将其与水电站设备位置数据融合，获得了水电站设备时空联合数据；使用模糊C均值聚类方法，依据历史故障数据，检测异常值，实现水电站设备运行异常监控。实验结果表明：该系统在应用过程中具备较好的稳定性和通信传输能力；其采集的水电站设备运行数据较为准确，可有效监控水电站机组内水闸启闭机异常情况，实际应用效果显著。

现有水电机组故障诊断方法或由专家经验出发构建新的故障征兆提取算法，或依赖于机器自学习算法自动提取相应故障征兆。结合二者优势，提出一种结合卷积神经网络（CNN）及人工经验的水电机组融合特征-极端梯度提升算法（XGBoost）的水电机组故障诊断方法，首先利用CNN自学习能力自动挖掘水电机组故障数据所隐藏的征兆指标，与水电机组数据分析时所常用的时域、频域人工征兆指标相融合，构建高维的融合特征来表征水电机组运行特点，并通过特征筛选降维，消除特征间冗余信息。然后基于XGBoost分类算法识别具体故障类别。通过某电厂转轮室碰摩故障实测数据进行验证，结果表明该方法能有效提高水电机组故障诊断精度。

附加质量法（AMM）以其高效、精准且无损等特点，逐步应用于堆石料的压实质量检测技术研究中。对附加质量法检测堆石体碾压密度的试验参数和不同反演模型的检测精度进行了研究，得到了优化的堆石料密度检测试验参数，并根据两种相关参数和量板法，在试验场地建立了刚度相关模型（SCM）、相圆频率相关模型（FCM）和量板模型（DTM），然后在堆石坝碾压施工现场评估了各反演模型的应用效果。随着试验的进行，扩充了模型样本，并分析了扩充前后的样本平均误差和反演相对误差。结果表明：附加质量法在堆石坝碾压密度检测方面应用前景广阔，优化后的现场试验参数在应用中可行性较高，3种模型的反演结果均满足精度要求，其中DTM在五岳抽蓄工程面板堆石坝碾压密度检测中的应用效果最佳，堆石料碾压干密度反演精度最高。

飞轮力矩是衡量水电机组快速反应性能的关键指标，是电站过渡过程计算、电力系统调节计算中的重要依据。国内目前通常采用甩负荷加速试验法来实测水电机组转动部件飞轮力矩，用以复核设计指标。不过该方法存在试验条件复杂、有安全风险，且测量精度不高的不足。针对抽水蓄能机组运行工况多且转换频繁的运行特点，创新性地提出了利用调相工况自动停机过程有功功率和转速变化曲线及角动量定理来测量飞轮力矩的方法。该方法具有操作简单且测量精度高的技术优势，该方法可结合机组常规的调试试验或日常运行进行，从而可节约试验工期和人工成本，以及避免甩负荷加速试验方法带来的安全风险。