全球气候变化导致水文循环过程发生了显著的变化，从而使得水文干旱发生的风险增加。因此，研究变化环境下水文干旱的变化对水旱灾害预警及水资源管理具有十分重要的意义。选择中国南北典型流域（湘江和渭河流域）作为研究区域，以1982-2015年为基准期（也即历史时期），2030~2060年为未来时期，通过CMIP6提供的SSP126、SSP245和SSP585三种情景下的五个全球气候模型（Global Climate Models，GCMs）输出未来时期气候数据，利用极端梯度提升树法（Extreme Gradient Boost，XGBoost）对GCMs输出的降雨和温度进行降尺度，从而驱动水文模型得到未来时期径流量，继而对比分析历史与未来时期湘江、渭河流域水文干旱演化特征。结果表明，经过XGboost降尺度后，模拟湘江、渭河降雨方面的RMSE分别降低了57.6%、51%，与实测值的相关系数分别提升了20%、32%。在模拟气温方面的RMSE分别降低了50.9%、51%，与实测值的相关系数提升了4.3%、6.25%。未来时期湘江流域降雨量的增多增加了流域的径流量，从而缓解了当地的水文干旱，干旱严重程度、持续时间、强度与强度峰值相较于历史时期平均减少了6.3%、4.8%、10.6%与6.5%。与湘江流域相反，气温与潜在蒸散发的上升使得渭河流域径流减少，渭河流域在未来时期将要面临更大的干旱风险，在所选的不同情景中，SSP585情景下的干旱情况最为严重，干旱的严重程度与持续时间比历史时期分别上升了72.7%与30.8%。

如何更好地评估城市暴雨内涝风险，并制定相应的排涝措施使城市在内涝灾害发生时更具抵御能力，是目前我国所亟需面对并解决的一个重要实际问题。以东沙湖流域为例研究了城市内涝风险评估方法，从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体脆弱性3个方面9个指标构建了东沙湖流域内涝风险评估指标体系，采用熵权法对标准内重现期20年一遇和超标准重现期100年一遇降雨下的两种工况进行了东沙湖流域内涝风险等级评估。研究结果表明，在降雨重现期为20年情景下，熵权法计算的低风险区、次低风险区、中风险区、次高风险区、高风险区占比分别为41.3%、31.4%、14.9%、9.9%、2.5%；而在降雨重现期为100年情景下，熵权法计算的低风险区、次低风险区、中风险区、次高风险区、高风险区占比分别为22.3%、23.1%、24.8%、17.4%、12.4%。熵权法计算的研究区高风险和次高风险等级占比之和从20年重现期时的12.4%提高到100年重现期时的29.8%，区域内涝风险呈现出较为显著的量化增加趋势。熵权法考虑了指标本身的数据信息，增加了孕灾环境敏感性和承灾体脆弱性的权重，能较全面地反应风险指标的客观重要程度。

随着各流域梯级水库相继投产运用，在保障防洪安全的前提下，水库群开展联合调度可以提高流域洪水资源利用效率，充分发挥梯级水库综合效益。流域梯级水库各库防洪库容在设计阶段通常按单库运用考虑，实时调度中梯级水库长时间在汛限水位附近或以下运行，合计可用于防洪的库容经常远大于规定所需预留的防洪库容，且较低水位运行会对水电站发电出力带来一定限制，不能充分发挥梯级水库综合效益。研究通过设计流域梯级水库来水场景，构建梯级水库实时联合调度模型，并基于防洪调度方案开展联合模拟计算，提出了梯级水库库容等效运用系数计算方法，在乌江流域开展了研究，探讨了构皮滩水库汛限水位以下调节库容与思林、沙沱水库防洪库容的等效运用关系。分析结果表明：洪水地区组成是梯级水库库容等效运用关系的影响因素之一，上游来水占比更大，库容等效运用系数越大；实际调度中，构皮滩水库汛限水位以下调节库容与思林、沙沱水库防洪库容等效运用系数可取为0.5。研究成果可为流域梯级水库制定汛期调度运行计划、编制汛期联合防洪调度方案以及提高洪水资源利用效率提供技术支撑，保障流域防洪安全。

水库对流域径流的调蓄作用影响了天然流域上下游的水文响应规律。以天然流域水文循环过程为机理构建的传统水文模型往往未考虑水库对径流的影响而导致模拟精度下降。在水文模型中耦合水库模块，模拟水库对入库流量的蓄泄过程，是提升水库调控作用下流域水文模拟精度的关键。然而，现有关于水库出流模拟模型的相关研究较少且精度普遍不高。研究基于目标库容曲线（Target Capacity Curve，TCC）出库流量模拟模型，针对其“弃水与入流在一定程度呈正比”的理论进行完善：综合考虑水库运行周期、坝前水位及目标库容等条件影响，提出水库对不同量级来水会产生不同弃水决策的假设。基于该假设构建了改进弃水算法的TCC模型，应用于桂林市上游四座大中型水库，并设置对照模型进行对比。结果表明：①改进后的TCC模型较改进前对水库出流模拟有不同程度提升，改进模型性能更优；②对比各水库多年平均运行水位发现，改进后的TCC模型能更好的反映水库的周期性运行规律，表明新的弃水策略合理有效。

为更好地解决水资源与社会经济发展相矛盾的问题，实现水资源可持续利用，开展水资源承载力的历史评价与未来预估具有重要意义。以我国最大的内陆河塔里木河流域为研究对象，通过构建水资源承载力系统动力学模型，采用历史数据验证了模型的准确性，同时结合共享社会经济路径及未来降水数据，考虑人类活动与气候变化双重影响，基于合作博弈组合权重-VIKOR综合评价方法，对塔里木河流域历史时期（2002-2021年）及未来时期（2025-2050年）的水资源承载力进行评价与预估。结果显示，系统动力学模型模拟的各变量数据与真实数据的相对误差均在±10%以内，模拟效果较好。塔里木河流域各地州水资源承载力在历史期总体呈上升趋势，巴州和克州最佳，阿克苏和喀什最差，和田的提升趋势较明显。未来预估结果显示，各地州在SSP1路径下水资源承载力普遍上升，到2050年，巴州、克州及和田地区均承载适宜；在SSP2路径下除喀什呈先降后升趋势外，其余地州呈缓慢波动上升趋势，在SSP3和SSP5路径下部分地区水资源承载力下降，其中和田地区和阿克苏地区在SSP5路径下水资源承载力明显下降，到2050年，和田轻度超载，阿克苏超载。研究有利于促进水资源的合理配置与有效利用，对于保障区域水安全、生态安全和经济社会的可持续发展具有重要意义。

随着全球气候变化的加剧，极端气候事件频发，对社会经济和生态系统带来严峻挑战。中国东北三省作为气候变化的敏感区域，复合干热事件的发生对当地农业、社会和经济产生了严重影响。为系统评估东北三省夏季复合干热事件的发生特征及演变规律，研究基于1961-2020年间东北三省82个气象站点的观测数据，利用Copula联合概率方法构建了标准化复合干热指数（Standardized Temperature-Precipitation Index， STPI）。并通过历史复合干热事件和命中率验证法，证实了该指数在描述复合干热状况上的适用性和可靠性。在此基础上，运用游程理论识别复合干热事件的历时与强度，对其时空分布特征进行了深入分析，并通过Theil-Sen中位数趋势分析与Mann-Kendall检验方法探究了气温和降水对复合干热事件的影响。结果表明，复合干热事件严重性总体呈上升趋势，STPI指数在年际尺度上虽呈缓慢下降趋势，但其值整体高于-2.0，反映研究区复合干热事件严重性持续加剧。复合干热事件的发生频率在28.4%~40.3%之间，不同强度（中度、严重及极端）的事件在空间分布上具有显著的不均匀性。研究区内大部分站点SPI呈不显著下降趋势，STI呈显著上升趋势，复合干热事件严重程度的增加主要由气温升高导致。此外，20世纪90年代为复合干热事件加重的分界点。研究可为气候适应与风险管理提供科学依据。

随着全球气候变化加剧和人类活动影响深化，山洪灾害在洪涝灾害中的损失占比显著上升，其中小流域山洪因其突发性强、成灾快的特点，已成为防灾减灾工作的重点领域。山洪灾害分析评价是山洪灾害防御的重要非工程措施，其中设计洪水过程线是其重要组成部分直接决定灾害预警的时效性和应急预案的科学性。然而，受限于山区水文观测站点稀疏、基础数据匮乏等问题，如何验证无资料地区设计洪水过程线的合理性成为亟待解决的技术难题。为了检验山洪灾害分析评价中设计洪水过程可靠性，研究选用新安江模型和MISDc模型，结合实测数据和山洪灾害调查评价成果分别对设计洪水过程进行检验，并以官山河流域作为研究区域，采用实测数据和山洪灾害调查评价成果分别率定水文模型获得各自参数，进一步对模型进行洪水过程线模拟检验。结果表明：使用设计参数代替实测参数进行模型模拟时，XAJ模型的模拟洪峰相对误差和洪量相对误差分别上升25.72%和10.33%，MISDc模型的模拟洪峰相对误差和洪量相对误差分别上升40.59%和31.34%。新安江模型的模拟效果优于MISDc模型；尽管由实测资料率定优于由设计成果率定得到的模型参数，但设计成果率定得到的模型参数仍然可用于洪水过程模拟。研究结果可为无长系列实测资料地区山洪灾害分析计算提供参考。

集水阈值是影响基于DEM提取数字河网的关键要素，理论上存在一最佳集水阈值对应最佳数字河网，为提升确定最佳集水阈值的准确性，提取更精确的河网，基于河网密度法原理提出改进河网密度法，以金沙江流域、大清河流域、沂沭泗流域为研究区域，ASTER GDEMV3（30 m）、SRTM DEM（90 m）与GEBCODEM（450 m）为研究数据源，对方法的普适性、改良效果以及集水阈值对河网提取的影响进行分析。结果表明：①集水阈值与河网密度成幂函数反比关系，集水阈值越大，河网密度越小；②相同集水阈值下，不同分辨率DEM数据提取河网结果不同，且随着集水阈值的增大，河网差异越大；③DEM数据分辨率会对河网提取结果造成影响，分辨率越低，所得最佳集水阈值越大、河网提取精度越低；当DEM数据精度过低时，平原流域、丘陵流域河网提取结果失真严重，无法提取较为真实的河网数据；④当改进河网密度法参数B=0时，其在不同地形流域条件、不同分辨率数据下提取效果均最优；⑤河网密度法所得最佳阈值往往偏大，改进河网密度法在不同地形流域条件、不同分辨率数据下提取河网结果均优于河网密度法；且改进河网密度法对山区流域、低分辨率DEM数据的改良效果最好。本研究可为流域数字河网的高效提取和水利数字化建设提供重要参考。

海洋桩基长期承受波浪荷载、洋流荷载的作用，桩基周围会产生下潜水流、马蹄形漩涡和尾流漩涡等一系列水动力特征，与桩周土颗粒相互作用后极易导致桩基周围土体发生不同程度的局部冲刷问题，严重威胁到海洋桩基础全寿命周期的安全性与稳定性。因此，有必要对桩周局部冲刷机理展开研究，以提出更加切实有效的冲刷防护措施。针对海洋桩基局部冲刷问题，通过不同粗糙度床面工况下的三维圆柱绕流模拟试验对流体动力学模型进行了验证，模拟结果显示三维圆柱绕流流场的仿真结果与试验实测水流速度分布基本一致，表明文中流体动力学模型用于桩周三维流场的计算更加准确。采用计算流体力学软件Fluent和离散元软件EDEM建立局部冲刷CFD-DEM数值模型，研究了泥沙粒径、密度、休止角以及黏聚力等因素对局部冲刷的影响机理。研究结果表明上述因素对冲刷深度、冲刷平衡时间、冲刷坑范围、冲刷坑形态均有不同程度的影响。其中，泥沙颗粒粒径和密度的增大导致泥沙颗粒受到的曳力显著减小；泥沙黏聚力的增大使得泥沙颗粒之间的法向黏性接触力和切向碰撞接触力显著增大，二者均导致冲刷深度不断减小；泥沙休止角对颗粒的受力机制、运动机制和冲刷深度、平衡时间影响极其微小，仅对冲刷坑的形态和坡角造成一定影响。研究结论为泥沙冲刷桩基过程提供理论指导。

为探究适用于调节池进口的消能工，采用流体体积模型（VOF）模拟串联水电站无压尾水至调节池前端的无压流动，基于Realizable k-ε湍流模型和PISO算法进行计算分析。在确保网格划分遵循相同原则且数量级一致的前提下，对比多级跌流消能、阶梯消能和消力戽消能在相同边界条件和运行工况下的消能效率、流速、水气混合状态等关键水力特性。计算结果表明：在相同的水头和单宽流量条件下，与阶梯消能和消力戽消能相比，多级跌流消能流场内最大流速小，代表区域水流对消能工本身冲刷作用会相对减弱。同时，多级跌流引起的调节池内部水面波动也更小，有利于调节池维持稳定运行状态。3种消能工布置的综合消能效率分别可以达到：消力戽消能37.00%，阶梯消能62.26%，多级跌流消能89.93%。结合流场特性分析，采用多级跌流消能方式不仅有利于保持调节池内水位的稳定性，还能显著提高调节池进口消能工的耐久性，从而为整个输水发电系统的稳定运行提供有力保障。经综合比较，多级跌流消能是一种适用调节池进口的消能工，研究成果对后续工程设计与建造具有借鉴意义。

倒虹吸流态紊乱对其过流能力以及结构安全有直接影响，对于大流量输水渠道，研究倒虹吸流态优化改善措施对于提升过流能力以及保障工程安全具有重要意义，以南水北调中线工程枯河倒虹吸为例，首先通过三维数值模拟还原倒虹吸现状流态，分析形成“卡门涡街”等现状流态产生根源，结合原型观测数据，验证了数值模拟的准确性，然后通过出口多方案流态优化措施的对比分析，确定倒虹吸流态优化的工程措施，解决了倒虹吸流态紊乱问题，最后根据工程优化措施实施后的原型观测数据以及加大流量数值模拟，进一步验证了流态优化工程措施的可靠性，并提出了针对有压倒虹吸流态紊乱问题的推荐措施方案，即在倒虹吸出口安装导流墩，且导流墩长度宜采用4倍或5倍墩宽尺寸，研究结果可为类似倒虹吸的工程设计和后续运行管理提供宝贵借鉴。

梯形宽顶堰作为一种低堰被广泛应用于平原防洪控制工程的水闸中，而包含水闸建筑物的大型河工模型受平面尺度的限制，往往需要采用平面比尺和垂直比尺不同的变态模型。已有研究表明，梯形宽顶堰在变态模型中，模型变率（平面比尺与垂直比尺的比值）的差异会显著改变水流相似性，导致过堰的水流流动特性，尤其是泄流能力特性与原型产生偏差，为定量化研究变率对梯形宽顶堰过流特性所产生的影响，为河工变态物理模型试验设计及修正提供理论依据，结合物理模型试验与理论分析系统研究了不同模型变率对梯形宽顶堰过流特性的影响规律，揭示模型变率效应下流量系数偏差、水面线变化以及流速等变化的物理机制。试验结果表明：水面线受变率影响最大的区域位于堰背水面区域，同一断面上不同变率模型与正态模型流速相差不大，不同变率梯形宽顶堰在同一流量下，符合由低雷诺数下的抛物线分布逐步变换至高雷诺数下的对数分布规律，同一流量下，过流能力同模型变率呈现出正比关系，建立了自由出流状态下变态模型的变率与流量系数的关系式，经计算值与试验值对比，误差在±5%范围内，拟合效果较好。

泥沙淤积是淤泥质海岸浅水深用过程中不可忽视的重要问题，通过对浙江省南部淤泥质海岸历史地形资料和人为活动收集调查，分析了淤泥质海岸历史冲淤演变情况，研究了建设导堤和开挖航道对泥沙运动的影响。基于物理模型试验复演了人为活动后淤泥质海岸泥沙淤积情况，对比分析了不同长度导堤实施后水动力和泥沙淤积变化特性，结合经验公式探讨了导堤长度与泥沙淤积总量的关系，并提出导堤最优长度确定方法。研究结果表明：浙南淤泥质海岸在人为活动实施前基本冲淤平衡；导堤实施后航道越靠近口门区泥沙回淤越大，首年月平均淤积幅度约0.08 m；航道开挖后越靠近浅水区泥沙回淤越大，月淤积幅度0.1～0.3 m。物理模型试验能够较好地复演和预测人为活动后泥沙淤积范围和幅度，导堤长度与其减淤效果关系受含沙量平面分布影响，当含沙量平面分布差异较小时随着导堤越长减淤效果先增后减，当含沙量随水深变化明显时则导堤越长减淤效果越好。当导堤形成的环抱式港池口门淤积幅度和口门航道淤积幅度接近时，该导堤长度为最优长度，导堤长度过长或过短都将使得航道总淤积量增加，在实际设计实施过程中还需综合考虑工程造价、环境影响等其他因素综合确定导堤最终长度。

跌流式竖井泄洪洞在抽水蓄能电站中应用广泛，但其进口的环形溢流堰直径设计无相关设计导则和规范借鉴，堰顶直径大小对溢流堰水力特性的影响研究有待深入。以某跌流式竖井泄洪洞为例，首先采用物理模型试验揭示了溢流堰随堰顶水头变化呈现的不同流态，随后应用三维CFD数值模拟方法研究了堰顶直径分别为2、2.5、3倍竖井直径时溢流堰的水力特性。结果表明：环形溢流堰流态随堰上水头增大依次呈现自由堰流、受阻堰流、淹没堰流和孔流，流量系数逐渐减小。在堰流流态下，溢流堰六股水舌交汇后在竖井中心自由跌落，隔流墩尾部形成倒三角形进气通道；当水舌交汇程度增大，交汇中心形成低流速区，流态从自由堰流转化为受阻堰流；当堰流处于淹没出流时，流态转化为淹没堰流，交汇中心低流速区范围增大；当溢流堰下水位高于溢流堰堰顶高程，水流完全淹没竖井口，水流在淹没水头的压力作用下进入竖井，此时流态转变为孔流。随堰顶直径增大，溢流堰水舌交汇位置降低，溢流堰流态可从孔流向淹没堰流、受阻堰流过渡，泄流能力逐渐增大；当溢流堰处于堰流流态时，增大堰顶直径可降低溢流堰面负压，溢流堰过流能力略有降低。研究成果可为跌流式竖井泄洪洞溢流堰体型与尺寸设计提供借鉴。

水库流量估算是洪水预报和控制的关键问题。受动库容和水位观测误差的影响，传统水量平衡方法反推的入库流量往往锯齿状波动剧烈，且在小时间尺度时容易出现负值，需要借助平滑算法进行后处理。针对以上问题，基于流量连续性假设提出了一种耦合水动力学的集合卡尔曼滤波方法。首先将入库流量作为模型参数，基于流量连续性假设生成下一时刻入库流量集合；然后构建并运行多个水力学模型实例，得到不同流量条件下的模拟水位集合；最后基于多实测水位数据，运用集合卡尔曼滤波方法更新生成的入库流量集合，将流量集合平均值作为目标流量，并重复以上步骤。通过滚动向前滤波实现光滑的水库入库流量反推。以三峡水库为例，选取2020年7月和2022年10月的洪水过程进行研究，结果表明：①该方法能够在满足时效性要求的同时，显著降低反推入库流量的波动性，与八段法相比，平滑度改善为0.56；②该方法与人工平滑结果和八段法结果相比，均在低流量时更加接近，在峰值流量附近差值偏大；③水量偏差指标显示所有方法均高估了入库流量，滤波法高估7%，八段法高估6%，人工平滑法高估8%。提出的入库流量反推方法可为洪水预报和调度提供技术支撑。

农膜在土壤中残留并累积会影响土壤水力特征及土壤水盐运移过程。土壤水分特征曲线滞后效应研究是准确表征干湿循环条件下土壤水力特征的关键。采用张力计法测定并分析干湿循环条件下，残膜含量、残膜尺寸、土体收缩等因素对砂壤土吸湿曲线、脱湿曲线及滞后程度的影响，进而探明残膜对土壤水分特征曲线及其滞后效应的影响机理。结果表明：残膜通过占据土壤孔隙及其疏水特性导致土壤持水性降低，随残膜含量增加，脱湿曲线和吸湿曲线均向下偏移；残膜易在土壤中发生随机形变，导致残膜尺寸对土壤水分特征曲线的影响规律并不明显；残膜由于自身收缩性低于土体收缩性而减弱土体收缩现象，砂壤土中残膜含量每增加100 kg/hm²，平均净体积收缩率减小0.51%，两者具有较为显著的线性关系；残膜含量与平均总滞后度呈现显著线性负相关关系，其通过降低土壤孔隙结构的不规则程度、减小干燥和湿润过程中固-液界面的接触角差异，减弱脱湿及吸湿过程的水分运动特征差异。同时残膜通过抑制土体收缩，减小脱湿及吸湿过程的土体结构差异，间接减弱滞后效应。残膜本身及其对土体收缩的影响对土壤水分特征曲线滞后效应具有协同抑制作用。研究对深入认识土壤水分特征曲线滞后效应影响因素和机理、准确评价受残膜污染地区土壤水盐运移规律具有重要意义。

网式过滤器在去除滴灌系统水中杂质，防止滴头堵塞，保证系统稳定高效运行中发挥着至关重要的作用。为深入探究过滤器过滤性能，研究以滴灌系统中使用最为广泛的网式过滤器为研究对象，针对实际灌溉中对过滤器过滤运行影响最大的流量、滤网目数、浓度3个因素，进行了过滤堵塞试验，对不同滤网目数、流量和泥沙浓度条件下滤网过滤阶段（T1）和滤饼过滤阶段（T2）的持续时间以及有效过滤时间比进行研究。基于全因素试验结果，采用极差分析方法，评估了各因素对过滤总时长和有效过滤时间比的影响。研究发现，泥沙浓度的增加和流量的增大均导致T1和T2阶段的持续时间缩短，表明浓度越大，流量越大，过滤器的堵塞进程加快。而滤网目数的增加延长了T1和T2的持续时间，但有效过滤时间比随滤网目数的增加而减小。极差分析表明，滤网目数、泥沙浓度和进口流量对过滤总时长和有效过滤时间比均有显著影响，其中，进水流量、泥沙浓度和滤网孔径对网式过滤器过滤总时长的影响程度从大到小依次为滤网目数、泥沙浓度、进口流量；对网式过滤器有效过滤时间比的影响程度从大到小依次为进口流量、滤网目数、泥沙浓度。研究结果不仅有助于评估各工况下过滤器的过滤性能，还为过滤器运行工况的选取提供重要理论依据，对于提高过滤器的过滤效率和使用寿命具有重要意义。

植物根系可以通过机械加固直接增加土壤强度，抑制其附近土壤开裂。基于三维土壤开裂模型，结合以趋势项和随机波动项为特征的非平稳随机场，建立了描述根系影响下三维土壤干缩开裂过程的数值模型。该模型通过引入三维根系密度分布函数，并利用临界应变与根密度的指数函数关系将根系对土壤的加固作用具现在非平稳随机场中。采用闵可夫斯基密度（即面积密度、长度密度和欧拉数密度）来量化裂纹模式。通过现场实验结果对模型参数进行率定和验证，并对模型的精度进行了评价。实验与模拟裂纹图像的闵可夫斯基密度及裂纹深度相对频率的决定系数在0.769 7～0.998 3之间，均方根误差在0.005～0.083之间，偏差在0.014 8～0.081 0之间，一致性指标大于0.961 7，表明新构建的模型能够很好地模拟根系影响下的三维土壤干缩开裂。此外，敏感性分析表明，土壤表面裂纹分布随着根系三维径向分布密度函数（Radial Distribution Density Function，RDDF）的横向分布半径的增加而减少，裂纹深度相对频率则受极半径的影响更加明显。研究成果对于干旱条件下的土壤结构变化具有一定意义。

为提升小开河灌区引调水管理水平，减少引调水过程的渗漏损失，以灌区干渠渗漏水损失最小兼顾全年引调水频次少为目标，构建灌区水库群引调水优化模型。采用遗传算法对模型求解，得到灌区全年内水库群引调水过程优化方案。以小开河灌区2022-2023调度年的水库群引调水过程为实例分析，结果表明，采用灌区水库群引调水优化模型制定的引调水方案，单次引调水过程最多可减少渗漏损失81.26 万m³，损失率降低4.25%，全年可减少渗漏损失313.84 万m³，损失率降低2.35%，全年引调水次数可减少3次，有效减少渗漏损失并便于灌区引调水管理。该研究构建的灌区水库群引调水优化模型可为灌区制定引调水计划提供科学支撑，指导灌区科学合理配水与集中统一调度。

风光水多能互补是提升新能源消纳量的有效手段。在短期调度期内，梯级水库群实施多能互补调度需协调各梯级水库出力与新能源出力的峰量关系，并考虑梯级水流时滞造成调度期内出库的滞后电量影响，面临调度期内、外的发电效益以及调度期内调峰效益的多目标协同调度问题。本文构建了梯级水库群风光水多能互补短期多目标优化调度模型，生成发电效益、调峰效益以及调度期外潜在电能的非劣解集，辨析了多目标矛盾协同关系，并通过对比分析定量评估了互补调度的综合效益。以沅水流域梯级水电站群为例，枯期与汛期典型日的模型计算结果表明：①长期调度效益和短期调度效益具有一定矛盾关系，梯级水库蓄能与滞后电能越大时，调度期内的发电效益越小；②发电效益和调峰目标间存在矛盾关系，且随着潜在电能的降低矛盾性减弱。③水电补偿风光有效地提高了系统总发电量，发电模式下枯期和汛期增发电量分别达808和520万kWh，调峰模式下枯期和汛期降低了最大余荷88和6 万kW。研究建立的梯级水库群风光水多能互补多目标优化调度模型对提高新能源消纳具有一定参考价值。

通水冷却是大体积混凝土施工中常用的温度控制措施之一，随着我国水电工程建设的不断发展，水工程建设面临着环境更加复杂、施工进度要求更高等挑战。根据现场实际变化的气象条件和不断优化的施工组织方案快速制定合理的通水冷却等温控措施是急需突破的关键技术难题。为此，提出一种基于迁移学习代理辅助优化方法（TLSAO），用于混凝土坝一期通水，旨在提升效率并降低优化成本。首先，采用人工神经网络捕捉先验仓温度场计算结果与输入参数之间的非线性关系，并将该模型迁移至坝仓目标域，建立迁移学习代理模型（TLANN），减少样本数量的需求。随后，以最大温度和冷却成本作为优化目标，构建通水冷却双目标优化模型，使用NSGA-II算法优选坝仓的通水方案。为提高数值模拟结果的准确性和可靠性，通过动态模型更新校准热学参数，随监测数据的积累，校准精度逐渐提升，提高了优化的可靠度。该方法能在短时间完成优化，仅需41 h即可完成一个坝段优化，相比传统ANN优化辅助提高了一倍以上的效率，为混凝土坝温度自动化、智能化和精细化控制提供了有力参考。

“水光充储”多类型灵活性资源引入随机波动性风险的同时，也形成了一个点多、面广、体量大的灵活性资源调节池，但是缺乏“水光充储”多元耦合系统可调节能力量化方法。因此，提出一种电动汽车参与的系统日前两阶段优化调度策略及灵活性量化方法，能够有效兼顾电网的安全稳定运行、降低系统运行成本、促进新能源消纳，并提供更加丰富高效的调节能力。首先，使用蒙特卡洛抽样模拟电动汽车的充电需求及并网时间。其次，以净负荷波动最小和总运行成本最小为目标建立两阶段优化调度模型，优化电动汽车的充放电策略和配电网内各机组出力。然后，考虑火电、水电、光伏、储能及电动汽车的协同调节能力，提出了基于迭代线性规划的自适应约束生成算法的系统灵活性资源可行域计算方法，通过可行域的体积、表面积比和圆润度等指标，评估所提调度策略的灵活性及调节能力。最后，以IEEE 33节点系统为例，针对电动汽车在无序充电、有序单向充电以及有序双向充电3种不同模式下的优化结果进行了仿真分析。结果表明该优化模型不仅能更好地实现可再生能源的消纳和平抑负荷的波动，还实现了各类资源的综合收益最大化，为电网运营商提供了有力的决策支持，有助于优化资源调度，提升电网的稳定性和清洁化程度。

发电机层楼板是水电站厂房运行人员和设备最集中的地方，同时也是厂房结构抗振相对薄弱的部位，对于水电站的长期稳定运行至关重要。建立了发电机层楼板和水轮机顶盖实际模型，对蜗壳和尾水管流道内脉动压力及机组振动荷载作用下的动力响应进行了数值分析，并与传统模拟情况下发电机层楼板结构动力响应进行了比较。研究结果表明，发电机层楼板装修层对于楼板结构的振动响应影响很小，厂房抗振分析时采用无装修层模型（仅考虑其质量）进行计算即可满足精度要求。对顶盖钢结构进行实际建模，并考虑顶盖区脉动压力作用方式，可以使厂房结构动力响应计算结果比传统模型精度更高，与厂房振动实测响应数据更加接近。因此为了提高数值计算结果精度，建议在进行厂房动力响应数值分析时，有必要包括顶盖结构在内进行整体模拟。

深埋引水隧洞TBM施工针对岩爆风险防治手段有限，一旦遭遇极强岩爆，将会掩埋TBM施工机械，研究适用于TBM开挖的岩爆风险防控手段意义重大。提出在深埋引水隧洞施工中采用钻爆导洞先行开挖进行应力释放的方法，对比了钻爆导洞开挖与全断面开挖方法（单一钻爆或TBM法）诱发的围岩应力调整过程，分析了导洞开挖诱发TBM扩挖掌子面附近的应变能演化规律，结果表明：钻爆导洞超前开挖降低了TBM扩挖工作面附近应变能积聚程度，应变能峰值积聚位置远离隧洞表面，使TBM扩挖断面处于应力释放区域，岩爆风险有所降低，最后依据现场案例验证了钻爆导洞开挖的应变能释放效果。

传统附加质量法（简称传统方法）根据动水压力Westergaard公式将单位面积内的附加流体质量以质点的形式耦合在流固耦合界面的节点上，鉴于该方法多次等效带来的误差和创建质点导致的模型复杂化，提出了基于材料密度参数化的附加质量优化方法（简称优化方法）。分别针对悬臂梁模型、四边简支板模型以及复杂工程模型，对比分析了以传统方法和优化方法求解的湿模态。结果表明：对于同一简单模型，两种方法求得的各阶模态频率值与理论解基本一致，说明了优化方法的可行性和高精度性。此外，在分析计算量庞大的复杂工程模型时，优化方法的处理时间远远小于传统方法的处理时间，该优势随流固耦合界面节点数量的增加愈发突出。

引水隧洞底板保护难题长期困扰工程安全高效、高质量建设。“边开挖、边衬砌，先底板、后顶拱”的施工方式会导致底板混凝土被重车通行碾压而造成质量问题。因此，针对隧洞开挖与混凝土衬砌平行作业时底板混凝土保护难题，提出了无水和有水工况下的保护层铺设方式，使用ABAQUS数值模拟软件，分析了底板混凝土受力变形特征，得出了重车质量变化对底板保护效果的影响规律，形成了“复合土工膜+细砂+洞碴”和“土工布+混凝土+洞碴”两种底板混凝土保护技术，建立了一套混凝土成品保护体系，实现了隧洞开挖支护与二衬同步作业下底板混凝土施工质量的有效控制。现场应用结果表明，采用该技术混凝土变形减小，有效解决了底板混凝土保护难题，大幅降低质量缺陷整治成本，在保证质量的前提下加快了施工进度，可为隧洞底板混凝土防碾压破坏提供理论与技术指导。

活动断层蠕滑错动分布模式对跨断层结构设计具有重要影响，但目前断层错动分布模式在国内外还没有统一的认识，各种常见的位移分布模式对跨断层压力管道受力的影响尚无研究。采用有限单元法，建立了跨断层浅埋钢衬钢筋混凝土管道有限元模型，对比分析了直线型、上凸型、下凹型、S型4种断层蠕滑错动分布模式下管道结构的响应。研究结果表明：断层蠕滑错动分布模式对跨活动断层钢衬钢筋混凝土管道结构位移和应力分布规律影响很小，对伸缩节的变形和钢衬外包混凝土的轴向应力影响较为明显；各断层错动分布模式下，伸缩节均能起到减小管道应力，保护管道结构的作用；S型分布模式下管道响应更为显著，下凹型分布下响应最小；直线型分布模式的计算结果与S型分布模式的结果最为接近，且在计算中实现更容易；当断层蠕滑错动分布不明确时，推荐在跨断层管道结构的研究中优先考虑S型和直线型分布模式。

黄土台塬区引水隧洞建设中不可避免地遇到下穿河问题。现有最小覆层理论计算仅考虑其中的单个或几个因素，忽视了所有潜在因素的叠加影响，且针对黄土地区盾构隧洞下穿河流段的最小覆层厚度研究鲜有报道。提出了综合考虑环间螺栓摩擦力、注浆压力、周围岩土体摩阻力和不均匀地应力的最小覆层厚度理论计算公式，建立了工程类比-理论计算-有限元数值分析的最小覆层厚度确定体系。以宝鸡峡灌区塬边渠道除险加固改造工程为例，验证了该方法的有效性和适用性。研究结果表明：考虑有利因素和不利因素叠加效应的最小覆层厚度计算结果更加合理，得到了下穿金陵河段的最小安全覆层厚度为8 m左右。

为有效实现长距离隧洞监测设备的信息传输，避免在隧洞内部安装微控制单元（Microcontroller Unit；MCU），造成设备异常损坏，延长设备使用寿命，提升设备的利用率，同时便于设备数据异常排查追踪、以及设备的运行维护，提出了一种在隧洞外室内安装MCU的通讯链路建设方法。通过每个断面仪器安装位置、波长、光栅数量等因素进行配置光纤通道，并对同一通道的仪器采用串联的方法，接入主光纤链路，然后引入洞外室内接入MCU。该方法无需向隧洞内为设备供电，同时充分利用每台设备的接口数量，提高了设备的利用率，并且室内为MCU的安装提供了较好的运行环境，延长了设备的使用寿命。该方法在国家某172重点工程中得以应用，取得了较好的监测效果，为光纤光栅技术在长距离隧洞工程监测通讯链路建设提供参考。

针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题，提出了一种基于格拉姆角场（Gramian Angular Fields， GAF）变换和双流多通道卷积神经网络（Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network， TM-CNN）的闸门损伤识别方法。该方法将不同损伤状态下采集的一维振动信号经过GAF变换转换为二维图像并以此图像训练TM-CNN，建立闸门振动信号到损伤状态的映射关系来实现损伤识别。闸门损伤实验结果显示，所提方法在闸门单点和多点损伤实验中的识别准确率分别为98.04%和99.88%，且对低程度损伤类型的识别能力较好，单点和多点实验中5%程度损伤状态的AUC均值分别为0.999 6和1。实验结果验证了通过深度学习对被测物体振动信号进行分类的损伤识别方法应用于闸门上是可行的，对于水工闸门的健康监测研究具有重大意义。

为探究高边坡施工中主要风险因素耦合机理，减少施工安全生产事故的发生，首先基于高边坡施工事故报告和4M系统理论方法，构建了包含人、物、环、管4类风险指标体系；其次结合轨迹交叉理论分析耦合作用机制，运用N-K模型计算耦合度，并构建人-管耦合系统动力学（SD）仿真模型；最后结合实际工程案例对风险因素耦合水平随进度的演化趋势、风险因素耦合水平对耦合系数变化的敏感性进行仿真分析。结果表明：随着参与耦合的风险因素增加，风险耦合水平与事故发生概率也随之提高，其中人员因素和管理因素之间的耦合是重点防控的对象；此外施工中通过加强对安全意识薄弱和相关人员实践经验不足等人员和管理风险因素的控制，可以有效地降低高边坡施工安全风险耦合水平。