洪水预报是黄河中游地区防洪减灾重要的非工程措施之一。研究通过耦合门控制循环单元（Gate Recurrent Unit，GRU）和Transformer机器学习模型，构建GRU-Transformer洪水预报模型，对黄河中游地区典型流域进行降雨径流模拟预测。同时将预报结果与ANN（Artificial Neural Network）、WOA-GRU（Whale Optimization Algorithm Gate Recurrent Unit）神经网络洪水预报模型的预报结果对比分析，着重探索如何将Transformer模型更好地应用于洪水预报领域，旨在提高黄河中游地区洪水预报精度。采用故县水库控制流域1990-2016年49场历史观测洪水数据，以24个站点实测降雨量及出口断面流量作为输入，不同预见期下的洪水过程作为输出，率定期为39场次，验证期为10场次。研究结果表明：GRU-Transformer模型在洪水预报种具有较好的适用性，在预见期1~6 h洪水预报中，GRU-Transformer预报精度较高，校准期和验证期的NSE均大于0.85，且预报精度在相同预见期下优于WOA-GRU和ANN模型，但预报精度会随着预见期增大而出现一定程度的下降；GRU-Transformer模型较稳定地更好预测洪峰，且在较小流量洪水过程预报时及洪水退水阶段模拟效果表现出优异效果，但随预见期增加出现低估洪峰现象；GRU-Transformer模型比WOA-GRU和ANN模型具有更好的鲁棒性，随洪水预见期增大，其预报精度呈缓慢下降，降低的最慢。因此，GRU-Transformer模型可以作为较好的洪水预报方法之一，相关成果为流域防洪安全提供了新的预报方法及科学决策依据。

水利行业正以前所未有的态势推进数字孪生，水利工程三维可视化作为智慧水利的基础，亟需解决水利工程三维可视化还无法达到专业软件的可视化要求。结合Cesium、Vue、Springboot等技术搭建了水利工程三维可视化平台，研究实现了多源数据融合、闸门动态泄水、洪水淹没等三维可视化关键应用技术，为后续实现数字孪生的可视化奠定基础。

为科学评价云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡状态，建立基于社交网络搜索（SNS）算法、登山队优化（MTBO）算法优化双向门控循环单元（BIGRU）、双向长短时记忆（BILSTM）网络的水资源空间均衡评价模型。首先，从水资源支撑、水资源压力、水资源调控力3个方面遴选15个指标构建水资源空间均衡评价指标体系和等级标准，采用线性内插和随机选取的方法生成样本构建BIGRU、BILSTM适应度函数；其次，简要介绍SNS、MTBO算法原理，利用SNS、MTBO优化BiGRU、BiLSTM隐含层神经元数、学习率（超参数）构建SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型，通过不同样本大小和连续10次运行的方法验证SNS-BIGRU等4种模型的稳健性；最后利用SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型对云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡进行评价，并与SNS-支持向量机（SVM）、MTBO-SVM和模糊综合评价法的评价结果作对比。结果表明：①所建立的SNS-BIGRU等4种模型具有较好的识别精度和稳健性能；SNS、MTBO能有效优化BIGRU、BILSTM超参数，提升BIGRU、BILSTM预测性能。②SNS-BIGRU等4种模型对云南省2006-2011年水资源空间均衡评价为“不均衡”，2012-2013年评价为“较不均衡”，2014-2018年评价为“临界均衡”，2019-2022年评价为“较均衡”，2025年基本可达到“均衡”水平；4种模型评价结果与SNS-SVM、MTBO-SVM、模糊综合评价法有3年存在1个等级的差异。本文构建及提出的模型方法可为水资源空间均衡评价提供参考与借鉴。

模型参数率定是提高水文模型模拟效果的重要手段，通过研究一种改进的自适应遗传算法（IAGA）对新安江模型参数进行优化率定，解决传统遗传算法初始种群质量不高、容易早熟收敛、局部搜索能力差等问题。该算法利用混沌变量遍历性特点，随机生成初始种群并选优，提高初始种群的个体质量；针对交叉与变异的进化过程，设计了反映种群离散程度的种群目标函数离散系数，利用该系数构建了自适应调整交叉与变异概率算子，防止遗传算法过早收敛；依托环形交叉算子，提高算法全局搜索能力；采用自适应非均匀变异算子，实时优化算法的局部搜索能力，避免陷入局部最优。将自适应遗传算法、传统遗传算法（GA）和自适应遗传算法（AGA）应用于秦淮河流域新安江模型的参数率定，并从率定的收敛性、耗时、稳定性和效果方面进行算法的性能比较，结果表明：IAGA算法具有更优的寻优能力，更好的收敛结果，更高的稳定性和精度，场次洪水的模拟效果优于GA算法和AGA算法，率定期与验证期确定性系数（R ²）均在0.85以上，纳什效率系数（NSE）均在0.8以上，总体达到了水文预报的乙级标准。结果表明采用上述的综合手段改进传统遗传算法是可行的，改进后的IAGA算法具有良好的应用前景，为新安江模型的自动率定提供了一种有效的途径。

变形是大坝运行过程中受内外荷载作用下其状态的直观表现，构建高精度的变形预测模型对大坝安全预警与运行状态评估有着重要的意义。针对已有的大坝位移模型训练时间长，预测模型预测精度和泛化能力一般，无法满足大坝位移中短期准确预测的问题，耦合长短时记忆网络（LSTM）与Transformer框架，引入改进的粒子群优化算法（IPSO）进行优化，建立了IPSO-LSTM-Transformer（ILT）大坝变形预测模型。以紧水滩拱坝正垂线11-1测点为例，选取6150组变形时间序列数据进行分析与预测。研究结果表明，模型预测精度会随着预测期的增大而出现一定程度的下降，但在预测步长10以内均具有良好的预测能力；与传统粒子群优化算法相比，ILT模型显著提升了模型的寻优精度和收敛速度；与RNN、LSTM、IPSO-Transformer神经网络模型单步与多步预测结果对比，ILT模型具有更高的精度和更好的稳定性，即使在训练数据较少时也能保证较好的预测效果。研究成果为实现运行期大坝位移的中短期精确预测提供了新的技术手段。

针对金豺优化算法在解决复杂或高维优化问题时易陷入局部最优、收敛速度慢和计算精度低等不足，提出一种基于多策略融合改进的金豺优化算法（Multi strategy fusion improved Golden Jackal Optimization Algorithm， MGJO）。首先，通过引入混沌映射策略初始化种群代替随机参数，使得算法能够在搜索空间中生成具有良好多样性的初始解，避免初始种群分布偏离最优值；其次，提出一种非线性变化的动态惯性权重使搜索过程更加符合实际情况，有效平衡了算法的全局搜索和局部搜索能力；最后，引入柯西变异的位置更新策略使其充分利用最优个体的引导作用提高种群多样性，以有效探索未知区域避免算法陷入局部最优。为了验证改进的金豺优化算法的寻优精度、收敛性能和稳定性，选择了8个不同特征的基准测试函数进行试验。结果表明，在8个基准测试函数中，改进的金豺优化算法的平均值、标准差、最优值都取得了最优的结果。此外，Wilcoxon符号秩检验的结果表明改进的金豺优化算法在统计学上是显著优越的。通过实例应用表明， 基于多策略融合改进的金豺优化算法可以有效地估算出马斯京根模型的参数，优化效果明显优于粒子群优化算法、正弦余弦优化算法和金豺优化算法，进一步验证了多策略融合改进的有效性和改进算法在参数优化中的优越性，为更精确估计非线性马斯京根模型参数提供了一种有效的新方法。

大坝的溃口宽度与土石坝发生溃坝后下游洪水的淹没范围紧密相关，是计算溃坝时最大流量的重要参数。在铁道部科学研究院以及黄河水利委员会溃口宽度计算经验公式中，溃口宽度都与库容、土石坝长度以及坝高有关，只是土石坝长度的幂次方项不相同。在运用以上2个溃口宽度计算公式对7个国内外土石坝溃坝案例进行对比计算后，计算出的溃口宽度相比实际宽度都有较大误差，为探究土石坝长度对洪水溃坝的影响，并使经验公式计算结果更接近真实溃口宽度，对以上7个溃坝案例数据使用Allometricl模型进行拟合，提出溃口宽度计算优化公式。并对另外2个国内溃坝案例进行验算，发现溃口宽度误差均在4.5%以内，表明优化公式比常用经验公式精度高，可为计算土石坝的溃坝最大流量提供依据。再使用DBFL-IWHR模型与传统公式计算下游断面洪水演进情况并进行对比，发现传统公式计算出的下游断面最大流量相比DBFL-IWHR模型较小，同时下游断面最大流量到达时间相比DBFL-IWHR模型较大。

地下渗灌是一种地下微灌方法，通过埋设于地下的渗灌管将灌溉水引至地面下一定深度的土壤中，再利用土壤毛细管作用实现对作物根区直接供水，该灌水方法与“地下滴灌”的灌水过程实质相同。地下渗灌可有效改善土壤环境质量，利于作物生长，是一项发展前景广阔的高效节水灌溉技术，开展地下渗灌的研究对于推动高效节水农业发展具有重要意义。从地下渗灌条件下土壤水分运移规律、灌水技术参数、灌溉制度、渗灌管堵塞的影响及调控等方面，对相关研究进展和存在问题进行综述，提出了今后的研究方向，供节水灌溉研究领域的学者参考。综述认为，与地下渗灌技术的生产实践相比，对其机理方面的研究相对滞后，限制了该技术的深入推广应用，主要表现在：地下渗灌条件下土壤水分运移规律尚不够清晰；堵塞问题依然是目前阻碍地下渗灌技术应用与发展的限制性因素；地下渗灌配水系统优化设计问题尚需进一步研究。建议今后开展各种不同渗灌条件下的水分入渗数值模拟分析；选取合适的处理水平，研究渗灌灌水效果的主要影响因素，寻求最优灌水技术参数组合；针对地下渗灌条件下作物灌溉制度开展研究，形成一套合理完善的灌溉制度与试验方法；对于渗灌管出流规律、堵塞机理以及进入地下渗灌系统时灌溉水源水质关键参数的有效调控阈值等进行深入研究。

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁，不同地区的水文情势不同程度地发生着变化，因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具，因其一方面考虑了一定的物理成因，另一方面公式参数较为简单，由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用，但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例，通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析，基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式，以Nash效率系数为评价指标，验证最适应研究区的水热耦合公式，最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率，进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明，近年来随着气候变化影响加剧，六硐河流域径流呈明显的下降趋势，在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性，发现降水减少是流域径流减少的主导因素，其贡献率为49%。同时，随着人类经济社会的发展，大型水利设施的兴建，人类活动对流域径流变化的影响在逐步显现，其贡献率约为26%。

灌溉是对区域气候影响最大的土地管理类型之一，近几十年来其影响日益加剧。大量的研究表明灌溉具有冷却（降温）效应，尤其是在干旱和半干旱地区，但在湿润地区降温效应不显著，且对极端高温的冷却效应研究较少。研究采用滑动窗口搜索算法，基于全球网格温度数据集和历史灌溉分布数据集，应用多元线性回归技术分离实测数据中其他因素的气候效应，分析长江流域灌溉面积比例增大对极端高温的影响，并采用耦合灌溉模块的WRF模型设置对照试验，进行数值模拟验证。结果表明，长江流域灌溉对极端高温具有降温效应，冷却效应的强度取决于灌溉面积比例，随着灌溉面积的增加，冷却效应变得更加明显，但当灌溉面积比例超过阈值（0.25~0.30）时，降温效应会逐渐减弱。数值模拟试验验证了基于观测数据的分析结果，但模型会在一定程度上高估灌溉的冷却效应。同时，研究发现灌溉可以增加土壤湿度、潜热通量，减少显热通量和土壤热通量，随着灌溉面积比例的增大，地表湿度增加且反照率降低，降温效应会被削弱。研究成果可为长江流域农业灌溉的科学管理提供理论依据，具有重要的科学意义。

近年来极端气候事件呈现多发强发态势，由此引发的可能最大洪水等极端水文事件对水库安全产生了严重的威胁，而水库常规防洪调度规程在面对其威胁时存在失效隐患，因此对水库常规调度规程进行优化，形成针对极端情况的应急调度显得尤为重要。针对此问题，以位于岷江上游的不完全年调节水库紫坪铺水库为研究对象，基于HEC-RAS建立了库区河段的一维水动力模型，以确保水库安全的同时最大限度减轻洪水对下游的影响为目标，遵循“以空间换时间”的调度思路，采用“提前预泄结合加大泄量”的优化原则，开展了水库在面对可能最大洪水时调度方式及调度时机的寻优研究。研究发现，在面对总入库流量为水库防洪库容8倍的可能最大洪水时，通过调整水库泄洪方式的组合模式，结合对调度起止时间的科学寻优，实现了水库防洪库容随洪水历程的合理动态分配，为水库完成泄洪任务赢得了更多时间。优化后的应急调度方式有效规避了常规调度失效的隐患，度汛期间坝前水位峰值相较于原调度方式降低了18.4 m，确保库区水位始终处于安全范围；库区水面线变化控制在14.7 m以内，相较原调度降低了55.6%，库区整体水位变化更加稳定；并且优化方案下削峰率达74%，最大程度减轻了下游所受洪涝灾害的威胁。在此基础上，通过进一步对水库防洪潜力的定义分析，揭示了两种调度方式下水库度汛效果存在明显差异的原因，为水库面对极端洪水开展应急调度提供了新思路和新参考。

利用卫星遥感技术反演水深是快速获取广域水深信息的重要手段。然而，水体中底质、广泛存在的泥沙等悬浮物质、叶绿素等水色影响物质导致传统光学卫星影像反演精度较低。为减小水色物质对水深反演精度的影响，基于数学模型与哨兵2号遥感影像，在分析不同断面类型河道水深与水面面积数学模型的基础上，提出了一种能够克服水色物质影响的水深反演方法。该方法通过对河道断面进行概化并分类，推导出河道面深模型，结合哨兵2号遥感影像确定数学模型中相关参数，得出可直接通过水面面积计算水深的表达式，可最大程度减小水色对遥感影像反演水深的影响。将其应用于小清河，该方法在黄台桥与石村水文站的水深反演绝对误差平均值分别为0.03 m与0.23 m，反演结果较为可靠。实验结果表明，提出的方法水深反演精度较高，不受水体水色的影响，可基于卫星遥感技术快速获取水体水深信息，有推广应用价值。

多元能源互补优化有利于充分发挥并组合利用不同电源的出力优势。为应对风电、光伏装机容量不断增长所带来的新能源消纳与电网调峰问题，构建一种风光水火储多能互补双层优化调度模型。首先考虑多能互补优化调度问题涉及众多决策变量与约束条件，为降低模型求解的复杂度，选择以多种能源的出力特性与互补关系为切入点进行合理化分层；然后综合考虑源荷协调、清洁能源消纳、发电经济性等应用需求，将模型划分为以净负荷方差最小与清洁能源发电量最大为目标的风光水储联合优化调度上层模型，和以火电机组运行成本最小为目标的火电机组优化调度下层模型，并将上层联合优化调度得到的净负荷曲线作为下层火电机组优化调度的约束条件；最后以IEEE30节点系统为例，设置3种典型的调度场景进行仿真对比，采用MATLAB平台CPLEX求解器进行求解，结果表明：风光出力的反调峰性会扩大净负荷的峰谷差和方差，增加火电调峰备用的压力，造成发电成本和机组损耗的增加；水电参与多能互补对系统净负荷波动有明显的抑制作用，能有效缓解电力系统调峰压力；储能可以在一定程度上缓解平抑净负荷波动与提高清洁能源发电量的矛盾，所提优化调度模型可以有效平抑源荷波动，促进清洁能源消纳，降低系统运行成本，助力电网安全低碳运行。

坑塘是新一轮水域保护规划的重要组成部分之一，开展坑塘重要度评价，是坑塘发挥其生态服务功能的关键和治理保护的基础。基于聊城市土地利用状况分析其坑塘特性及空间分布，构建坑塘重要度评价指标体系，采用层次分析法确定指标层权重，计算聊城市坑塘的重要度。研究发现：聊城市坑塘面积分布集中，形状较规则，与骨干河湖距离与两栖动物的迁移距离接近；周边为耕地、林地的坑塘保留数居多；坑塘有6个集聚中心，密度在3~10 个/km²；坑塘密度、重要度均呈现北高南低，东高西低；聊城市中部和北部的坑塘需重点保护。

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。

分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程，提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型，模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程，计算了不同埋深、不同设计工作压力近百种工况下管道预应力钢丝、钢筒和管芯混凝土的应力状态，提出将管芯混凝土在水锤作用下起裂的最大允许断丝数作为爆管预警阈值，将管道埋地承载力极限状态的最大允许断丝数作为爆管报警阈值，并分析了不同工作内压和埋深条件下PCCP断丝预警与报警阈值之间的关系。

近年来，由于气候变化导致极端降雨引起的城市内涝灾害事件频发，给我国城市水安全和可持续发展带来威胁，准确掌握受灾区域的舆论主体和公众情绪，对提高应急管理部门内涝灾害的态势感知能力具有重要意义。在当今智能网络时代，人们通过社交媒体反映问题和建议的诉求日益凸显，社交媒体已逐渐成为反映民众情感和社会舆情的主要载体，为获取自然灾害信息提供了新的途径。如何从社交媒体中快速提取城市洪涝灾害信息，并对自然灾害信息进行主题分类和情感分析，准确掌握区域灾情的主题类别和民众舆论倾向，是目前亟待解决的关键技术问题。以新浪微博为例，阐述了洪涝灾害数据的获取与预处理方法，构建了基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型，以准确掌握受灾区域的主题类别和舆论导向。以2021年郑州“7.20”特大暴雨期间洪涝灾害为例的研究结果表明，本文方法实现了对社交媒体中城市洪涝灾害数据的智能提取与分析，主题分类模型对预设八种类别数据的分类预测F1值达到0.80以上，且情感分析模型基本能够准确预测情感标记为“负面”的数据，这表明本文构建的基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型能够满足支撑城市应急管理部门动态掌握洪涝灾害发展态势及公众情绪的需求，对防涝减灾调度、安抚民众情绪和实时定点救援等工作具有重要的指导意义。

为动态解析流域未来土地利用变化对面源污染负荷的影响，本研究将PLUS土地利用预测模型和SWAT面源污染负荷模型相耦合，揭示不同土地利用变化情景下流域面源污染分布规律。以东江湖流域为研究区，通过构建SWAT面源污染模型和PLUS土地利用模型，对研究区历史系列及未来2035年不同土地利用格局下的面源污染时空演变开展模拟，评估相应情景下的面源污染负荷。结果表明：SWAT模型对于东江湖流域适用性良好，河川径流量率定期和验证期纳什效率系数分别达到0.80、0.71，氨氮和总磷率定期和验证期纳什效率系数均高于0.5。根据东江湖流域面源污染长系列模拟结果，解析了其时空演变特征和变化趋势。流域面源污染受降水、径流等自然过程和土地利用格局等因素的影响。从时间尺度上看，污染输出负荷集中在降水量较大的丰水期，年际变化表现为面源污染先增加后减少的趋势；从空间尺度上看，氨氮、总磷负荷较高集中在流域西北部和中部径流量较大以及农田较为分散的子流域。结合流域土地利用和面源污染分布格局，解析了不同类型土地利用对面源污染的影响。总磷负荷贡献程度依次为耕地>建设用地>草地>林地>未利用地。设定了历史趋势情景和国土空间规划情景下2035年土地利用格局，在此基础上完成了面源污染响应的模拟和分析。两种不同土地利用格局情景下，国土空间规划情景较历史趋势情景氨氮减少2.12 t，总磷减少54.6 t，国土空间规划情景下的土地利用更有利于东江湖流域面源污染控制。污染负荷增加是由于农田污染、建设用地的快速扩张和林地的减少导致的，而林地和耕地的限制转换对于流域的污染负荷削减具有重要作用。

通过控制管网压力来降低管网漏损是当前供水行业最为有效的方法之一。传统上采用减压阀来降压只适用于局部管网的压力管理，采用减压阀与供水泵站实时调控的方法对管网压力进行管理，在系统分析漏损量与节点压力之间的响应关系及其特性的基础上，建立管网漏损水力模型。以华北某城市CYN区供水管网为实例，分别使用遗传算法（GA）、粒子群优化算法（PSO）和鲸鱼优化算法（WOA）对实例进行求解，进而比较分析这3种算法的运行效果。结果表明鲸鱼优化算法对于漏损量模型的求解有着更好的性能。

为探究交错叶轮对双进口两级双吸离心泵过流部件压力脉动特性的影响，对同一水泵分别配置对称叶轮与交错叶轮作为对比方案，采用实验与数值模拟结合的方法开展研究，量化了吸水室、过渡流道及蜗壳在0.6Q、1.0Q、1.2Q三种典型工况下的压力脉动特性。结果表明：①在外特性方面，采用交错叶轮在各工况下的泵扬程与效率均高于采用对称叶轮，且1.0Q工况下可高出2%与3%；②在压力脉动特性方面，对于吸水室，各工况下交错叶轮对压力脉动的影响均较小，主频幅值相差不超过2%；对于过渡流道，各工况下交错叶轮对压力脉动均有抑制作用，如过渡流道隔舌处主频幅值较对称叶轮最高可降低13.5%；对于蜗壳，各工况下交错叶轮对压力脉动均有改善效果，如蜗壳隔舌主频幅值最高可削减31.9%。这一发现可为交错叶轮在双进口两级双吸离心泵中的应用提供参考。

水库群实时防洪优化调度作为一种重要的非工程措施，可以通过较少的投入降低洪水灾害带来的损失，起到流域防洪减灾作用。考虑了各水库自身安全和下游防洪点安全，以下游防洪控制断面最大过水流量最小、各水库最高水位最低为目标函数，建立了水库群实时防洪多目标优化调度模型；引入“滤波算子”，提出一种改进多目标利希滕贝格算法（Multi-Objective Lichtenberg Algorithm，MOLA），进行模型求解，得到水库群实时防洪调度多目标方案集，增强优化调度解在防洪调度实际应用中的可操作性；最后，提出一种基于层次聚类和Pareto前沿物理意义的综合筛选法，对Pareto前沿上的众多调度方案集进行聚集和筛选，选取有限代表解供决策者进行选择，增加防洪决策的聚焦性。研究以淮河史灌河水系为例，进行了水库群实时防洪多目标优化调度模型的应用研究，结果表明：基于改进MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型计算效率高、实用性较强；采用梯度分析法定量分析了鲇鱼山水库最高水位、梅山水库最高水位、蒋家集断面最大过水流量之间的多目标互馈关系，结果表明梅山水库水位变化对蒋家集断面的组合流量影响更为显著，梅山水库可作为史灌河流域防洪风险调控的优先考虑对象。研究成果可为水库群实时防洪调度提供技术支持和决策参考。

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。

小麦滴灌技术是华北地区高标准农田的主要建设内容，也是应对该区域水资源不足和保障国家粮食安全的重要技术手段。结合国内外小麦滴灌技术研究的最新进展和课题组多年的科学研究实践，总结阐述了滴灌诸要素如滴头流量、滴水元件间距、滴灌带铺设距离对土壤水分分布的影响；滴灌灌溉制度的制定；滴灌对小麦耗水特性、干物质积累和产量构成等方面调控作用研究成果提出未来小麦滴灌技术的发展方向即融合气象、土壤和作物多要素的智慧灌溉决策和水肥一体化技术，以期为加快我国在小麦主产区滴灌技术的应用推广提供理论与技术支撑。

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。

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。

广东省综合单位线法作为一种在工程实践中得到广泛应用的单位线，由1983年前的雨洪资料分析综合得到，它反映了广东省城镇化之前的产汇流关系，但是目前针对其在城市化地区适用性评价与修正的研究较少。以广东省深圳市景田流域为例，基于景田水文站2011-2019年间的暴雨洪水记录资料，采用纳什效率系数、认同指数、相关系数等评价指标，对广东省综合单位线的适用性进行评价，通过Spearman秩相关系数法对重要参数进行敏感性分析，并基于拉丁超立方抽样法、约束最小二乘法等方法对广东省综合单位线法进行了修正。研究结果表明：景田流域自20世纪80年代后经历了快速的城市扩张，不透水下垫面所占比例已超过90%，广东省综合单位线法对该流域雨洪过程的刻画能力存在明显不足，提出的通过对重要参数进行率定以及对单位线进行修正两种方案都提高了模型的模拟效果。其中，针对小样本提出的基于网格搜索的交叉验证参数优化方法与约束最小二乘法的单位线修正方法，表现出良好的模拟性能，纳什效率系数、认同指数、相关系数等指标都有明显提高，较好地反映了景田流域的产汇流特性；相较于广东省综合单位线法的推荐单位线，经过修正的单位线表现出洪峰流量变大、峰现时间提前、总历时缩小的特征，更符合城市化的产汇流规律。

近年来，广东省多地遭遇了罕见的严重旱情，具有持续时间长、影响范围广、干旱后果严重等特点，与人们对南方丰水地区的普遍认知有所不同。为了摸清广东省的干旱成因、影响因素、干旱特征，有效识别干旱灾害防治的薄弱环节，以省内典型易旱县区——粤东潮南区和粤西徐闻县为例，基于自然灾害风险理论，构建了耦合危险性、易损性、抗旱减灾能力三要素的干旱灾害风险评估区划模型，提出了评价指标体系及综合风险指数的计算方法，采用层次分析法确定指标权重，运用自然断点法科学划分区划，并引入风险矩阵方法将干旱风险与抗旱减灾能力聚合以表征干旱灾害防治水平，对干旱灾害风险影响因子及风险等级进行定性定量评估。结果表明：在天然降雨少、经济社会用水需求大导致水资源供给不足的主要影响下，潮南区干旱灾害综合风险自西向东递增，多数镇街为中等干旱风险，徐闻县全域均为中高及以上干旱风险，西部和中部干旱灾害综合风险较高，再叠加供水工程能力、河流水系密度、抗旱投入水平不高，可确定潮南区多数镇街为中等防治区，徐闻县多为重点防治区。通过典型历史干旱事件验证了结果的合理性，并针对易旱县区抗旱薄弱环节提出了措施建议。研究成果可以为完善广东省典型易旱县区抗旱减灾体系提供技术支持。

以水泵水轮机活动导叶翼型为主要研究对象，选取活动导叶开度11、33、41 mm，分析不同活动导叶翼型对水泵水轮机飞逸特性的影响，为水泵水轮机活动导叶翼型的设计及优化提供方法和理论指导。结果表明：在3种导叶开度下，改进的活动导叶翼型对机组的“S”特性存在较佳的改善效果；改进导叶翼型后机组在飞逸工况运行时其内部流动状态有所改善，活动导叶-转轮区域速度流线分布均匀，涡核集中分布区域减少；改进导叶翼型后不同开度下无叶区监测点的压力脉动振幅相对值有不同程度的减小，速度脉动曲线比改进前平缓，速度峰值较小；改进导叶翼型后尾水管内涡核集中分布区域减少，机组可以在较为稳定的状态下运行。

盐酸四环素（TCH）被广泛应用于医疗、畜牧养殖和农业等行业中，但由于在使用过程中不能被人和动物完全吸收，而是随粪便与尿液排泄进入环境水体，而TCH会破坏生态环境、危害人体健康、催生耐药毒菌，对环境和人体健康造成威胁，因此找到一种经济高效的去除方法对于水质安全非常重要。目前，水中TCH的去除方法主要包括化学法、生物法和物理法，相对于化学与生物处理法，物理法中的吸附法去除污染水体中的TCH具有成本低、环境友好、高效稳定、操作简单的特点，其中在吸附材料的选择上，炭基材料和矿物材料往往呈现粉末状，不易回收，对环境有二次污染的隐患，与之相比，凝胶材料适宜于对有机污染物的去除，因此，寻求一种价格低廉，吸附效果好的吸附剂是目前吸附法的研究热点。蒙脱土（MMT）作为一种土状矿物，表面带有大量永久性负电荷，晶体结构稳定，机械强度高，由于其价格低廉，易于获得，吸附性能优越的特点，在污水处理中，常用于吸附去除重金属离子、染料、酚类化合物，多环芳烃等，去除效果较好，但目前还没单独使用MMT进行TCH吸附方面的研究，鉴于此背景，旨在研究MMT吸附TCH的吸附性能和效果。通过研究，发现Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型对MMT吸附TCH具有较好的拟合效果，表明其吸附为多层吸附，且在60 min内即可达到总吸附量的87%，Langmuir饱和吸附量可达到118.6 mg/g。Gibbs自由能ΔG0皆为负值，表明MMT对TCH的吸附是自发过程，容易进行。计算所得焓变和熵变均大于零，说明吸附进程为吸热过程，吸附随机发生在固液表面，提高温度对吸附有促进作用，与温度影响实验所得结论一致，再次说明吸附过程为吸热反应，提高温度有利于吸附进行。溶液pH对吸附性能影响显著，pH从3增加到10，吸附量先增大后减小，最佳pH值为6~8。这是由于在强酸性条件下，H⁺与TCH形成竞争吸附，所以MMT对TCH的吸附量较低。当pH值提高，H⁺浓度降低，与TCH的竞争吸附减弱，因此MMT对TCH的静电吸附量提高。但随着pH值继续升高，TCH逐渐变为H₂TC^-及HTC^2-形态，与带负电荷的MMT之间产生静电斥力，造成吸附量降低。根据上述实验结果和表征分析，分析机理可得，MMT对TCH的吸附过程包括同时包括物理吸附与化学作用，其中化学作用在其中占主导。MMT中的Al-O-H基团能与TCH分子上的三羰基酰胺基团以及羟基基团形成氢键作用，且在pH<5时存在一定的静电引力。综上所述，由于MMT成本低廉，对TCH的吸附速率快，吸附量大，在吸附TCH性能上有其独特优势，因此在实际含TCH废水处理中具有较好的应用前景。

随着我国工业化和城镇化快速发展，未经处理的生活污水、工业污水以及雨季地表径流中污染物排入河道水系，导致城市水体污染加重。由于城市污染水体来源和环境条件等因素复杂多变，当前河道修复思路仅仅注重水体水质快速恢复，没有从河流水体生态系统受损恢复角度去考虑，导致水体自我净化能力较差、生态系统不稳定，水体水质难以维持与持续改善，生物多样性水平较低。文章系统阐述了近自然化修复和城市海绵城市的理念发展历程和内在科学性，分析了其在城市河流生态修复过程中的应用效果和优势。由于二者特点与属性都与河道生态修复存在共性，其理念及其应用措施可作为未来城市河道生态修复发展方向。结合在安徽省阜阳市所做城市河道修复工程和效果，对工程实施过程中的近自然化和海绵城市理念进行了提炼。最后，基于国内外先进城市环境修复和管理经验，总结了近自然化和海绵城市理念下的城市河道修复原则、主要措施和未来发展方向，可为保障未来城市水生态系统的良性循环与可持续发展提供研究基础和理论参考。

受气候变化、人类活动等因素影响，近年来长江上游径流特性发生明显变化，给长江上游流域水资源的合理开发利用、三峡及上游水库群等国家战略淡水资源库作用的发挥带来诸多挑战，径流变化归因定量识别的研究对流域水资源的开发利用具有重要的意义。基于1951-2013年三峡入库径流序列资料，采用Mann-Kendall法、Spearman法、Pettitt法等统计方法，诊断了三峡入库径流的演变规律；基于同期气象、土地利用等资料，分别利用气候弹性模型、水热耦合平衡模型、SWAT模型定量识别三峡入库流量变化原因。结果表明：①三峡入库径流在1993年前后发生明显的突变，1993年以前为径流受气候变化和人类活动影响较小的相对天然期，1993年以后径流为受气候变化和人类活动影响较大的变化期；②研究期三峡入库径流发生了显著减少，减少速率为8.8 mm/10 a，长江上游大规模的人类活动是三峡入库径流减少的主要原因，降水量减少和气温上升是径流减少的重要原因；③气候弹性模型法与SWAT模型法归因识别结果一致，水热耦合平衡模型法低估了人类活动这一引起三峡入库径流减少的主要因素；④考虑土地利用时空变异的SWAT模型方法较传统“两段论”的方法能够更好地刻画径流演变的原因。研究成果对指导三峡水库水资源综合利用和长江上游水资源的合理开发具有重要意义。

1956年以来洞庭湖盆经历了萎缩和扩容的历史过程，为分析各历史阶段变化原因和预测变化趋势，根据1956-2019年洞庭湖水系水沙和湖盆水面面积、湖容实测资料开展研究，基于分离变量法重点识别泥沙淤积、湖盆沉降、湖区围垦及洞庭湖水系采沙对湖容变化的贡献比例。结果表明：1956-2019年洞庭湖水面面积减小1 247.59 km²，其中东洞庭湖水面面积萎缩最为严重，1956-1980年湖区围垦是洞庭湖水面面积减小的主要因素，1980年以后洞庭湖水面面积趋于稳定。三峡水库蓄水前（1956-2002年）入湖沙量及出湖沙量均持续减少，泥沙淤积率约为70%；三峡水库蓄水后（2003-2019年），入湖沙量大幅减少，泥沙淤积率降至14%。湖盆沉降、湖区采沙与泥沙淤积对湖容的影响存在抵消效应，洞庭湖盆目前仍处于缓慢的构造沉降中，平均沉降速率约3 mm/a；2003年以后随着采沙活动进行，洞庭湖萎缩速率有所减缓。1980年以前湖容减小，湖区围垦、泥沙淤积和湖盆沉降对湖容增大的贡献比例分别为-92.7%、-13.2%和5.9%；1980年以后湖容经历了由减小至变大的过程，整体为减小，1981-2002年泥沙淤积、湖盆沉降的贡献比例分别为-107.6%和7.6%，2003-2019年泥沙淤积、湖盆沉降及采沙的贡献比例分别为-11%，24.8%和86.2%。三峡水库蓄水后湖盆沉降速率大于泥沙淤积速率，同时湖区采沙为三峡水库蓄水后湖容变化控导因素，随着新一轮采沙规划（2023-2027年）实施，洞庭湖将呈现扩张趋势。

为了模拟不同工况条件下管道输水灌溉系统的运行状况，根据恒定流质量守恒定律与能量守恒及转化定律，构建了管道输水灌溉系统的数值模拟模型。该模型对管道输水灌溉系统建立水力状态方程组，并以二分法进行求解，模拟结果包括各级管道主要节点的流量、工作压力，各放水口的流量以及水泵的流量、扬程、轴功率、效率等状态参数。案例分析表明，该模型用于模拟各轮灌组工作状态时，均可快速收敛，模拟结果为系统用水管理与工程设计方案的优化提供了重要依据，体现出较好的实际应用价值。

水电站日调峰能力是衡量水电站的主要性能指标之一，在水、风、光电联合的电网调度中具有重要意义。从调峰幅度和调峰电量两方面定义了水电站日调峰能力的概念，并基于四种固定形状的典型日负荷图及一种通用的典型日负荷图开展了水电站日调峰能力的计算。针对固定形状的典型日负荷图给出了在给定调峰时间下的水电站最大调峰幅度的计算方法，针对通用的典型日负荷图给出了日最大调峰电量的计算方法。以红水河中下游四座具有不同调节性能的水电站水库为研究对象，分别计算了在五种典型日负荷图下各水库在不同初水位和不同日均入库流量时的调峰能力。结果表明，对具有季调节和年调节等调节能力强的水电站，其日调峰能力的大小主要受库水位的影响，而与日均入库流量的关系不大。对日调节水电站，在入库流量较小时，其日调峰能力受日初水位和日均入库流量的影响较大；当入库流量达到一定值后，日初水位对日调峰能力的影响较小。在平均入库流量和初水位确定的情况下，可以定量求出水电站的最大调峰幅度和最大调峰电量及相关运行数据，便于水电站最大化参与电网调峰。研究所提出的水电站日调峰能力的概念客观全面，所建立的日调峰能力计算方法具有较强的实用性和可操作性，可为水电站日调峰能力的确定提供科学依据。

床面粗糙特性是河流动力学中的重要研究内容，其量化方法一直是研究的难点。在顺直水槽中采用非均匀天然沙铺制初始床面，并逐渐增大流量粗化床面，基于激光扫描获得的床面数字高程资料，应用统计理论以及变异函数模型探讨不同粗化程度的床面表层粗糙特性。结果表明：采用非均匀沙人工铺制的床面高程频率分布呈现出近似正态分布，经历过不同水流强度依次累积冲刷后形成的稳定粗化床面高程频率分布都出现了轻微正偏态的趋势；高程标准差随水流强度增加严格增大的特点让它可以成为量化床面粗糙特性的可靠指标；水流塑造试验床面是各向异性的，随着流量的增大，床面粗化层破坏再粗化，床面高程二维变异函数的基台值越大；由于水流的作用，横向剖面平均变异函数的基台值与块金值略大于纵向剖面高程平均变异函数，径向剖面的基台值与块金值远小于横向与纵向剖面。研究加深了对床面粗糙特性的统计规律的探索，对于建立基于统计学的粗糙度定量表达方式具有一定的启示。

蒸散发是水文和能量循环中的关键因素，蒸散发时空演变规律受到流域气候、能量和下垫面等多种复杂因素的综合影响。不同气候区流域蒸散发的影响因素存在时空差异性，具有不同的敏感性特征。研究蒸散发的时空变化规律有利于揭示复杂环境下流域水文循环的响应特征，进一步加深对流域水量平衡的认识，为流域水资源合理规划利用提供理论参考。基于SWH双源蒸散发模型，模拟鄱阳湖流域2001-2017年蒸散发及其组分，在多时空尺度验证的基础上，分析了流域蒸散发总量（ET）、土壤蒸发（Es）、植被蒸腾（Ec）和蒸发占比（Es/ET）的时空演变特征，基于SOBOL敏感分析方法探究了流域蒸散发组分的敏感影响因素和实际变化成因。结果表明，在8天尺度下SWH模型模拟值与实测值在站点和流域上的相关系数分别为0.92和0.89，模拟效果良好。在0.05显著性水平下，鄱阳湖流域年ET以1.0 mm/a的速率不显著下降，Es以2.6 mm/a的速率显著下降，Ec以1.7 mm/a的速率不显著增加，Es/ET以0.28%/a的速度显著下降。流域Es/ET呈现中间高、四周低的空间分布特征，冬季Es/ET＞春季＞秋季＞夏季，其中除夏季以外Es/ET均呈显著下降趋势，主要集中在湖区南部平原和信江流域地区，占流域总面积的33.86%。气温和风速是影响流域ET和Es变化的主要敏感因素，其次为降水和净辐射，Es对植被指数NDVI也较为敏感。Ec和Es/ET在年、季尺度下的主要敏感因素均为植被指数NDVI，NDVI显著性增大是导致流域Ec和Es/ET变化的主要原因。

平原河网地区地势平坦流速较缓，水体抗污染能力弱，改善水系连通性对水环境质量提升至关重要。以水系连通性较差的盛泽镇跃进联圩为研究对象，通过开展引调水试验，构建圩区河网水动力模型，探索圩区水利工作调度运行规则、河网水系连通方法以及相应的水环境变化规律。研究以水龄作为水系连通性的一种时间尺度参量，建立了跃进联圩水动力-水质-水龄的河网水环境模型，模拟了5种引调水方案下，圩内水系连通性及水质改善情况，并构建了压力、状态与响应的引调水连通效果评估体系，实现了对水系连通性变化与水环境改善水平的定量分析。结果表明：从水体交换时长来看，研究区域主要河道水体交换时间在5天以内，水体连通性越好的河道，水龄越短；从水质指标变化来看，调水实验中圩内的水环境氨氮变化最为明显，对引调水响应度高，模拟结果显示水龄与氨氮浓度变化趋势基本一致，水体连通性越好，水龄越短，有利于氨氮的削减；从引调水方案来看，单一调度方式对圩内水系连通性改善能力有限，特别是在河网内水体流动性弱的区域，同时使得圩区内水体流动性差异增大，更容易造成河网内水系连通性以及水质的空间分布差异，形成局部的滞水区或死水区。因此，采用多源引水与多区域排水相配合的调度方式，可以加强水系连通性，改善水环境质量。

我国现阶段农业水权交易分散且规模较小，农业水权交易市场活跃度不高。随着水资源供需矛盾的日益紧张，需要激发市场在水资源配置中的决定性作用，进一步为农业水权创造更大的交易空间。农业水权涉及多层级管理制度，却少有从全局到细节不同维度分析农业水权交易发展影响因素的研究，无法具有系统性地推动农业水权交易发展。为此，本文将影响农业水权交易发展的关键因素划分为宏观社会经济、中观市场主体及相互关系和微观交易要素三个维度，定性分析不同维度各因素指标的实质属性以及对农业水权交易发展的影响效果，找准农业水权交易发展的宏观支撑，明确农业水权交易市场的发展思路，进而聚焦到微观交易要素在水权交易过程中的作用，从三个维度分别提出加大农业水权交易政策和多途径推进农村水系连通的建设力度、明确政企角色定位、鼓励农业水权交易与土地实现同步流转等活跃农业水权交易市场的建议，以期为完善农业水权交易市场提供建设基础和思路。

多级串联水电站输水发电系统管网复杂，管道与节点类型众多，传统的水电站过渡过程计算程序无法对其进行建模、确定管网拓扑关系以及计算。针对多级串联水电站输水发电系统的布置方式，开发了一套以Qt库为基础的多级串联水电站过渡过程图形建模及计算的软件。按照软件的功能需求以及各模块间相互独立的设计思想将软件划分为3个模块：以Qt图形视图框架为基础的绘图模块、以瞬变流为基础的计算模块以及用于结果展示的后处理模块。3个模块之间相互联系，用户通过主界面对3个模块进行管理。最后以两个工程算例验证软件的实用性以及正确性。

基于对物理灌区的现代化和模拟灌区的数字化认知，分析总结了现代化数字灌区建设应着力完成的“灌区识别”“立体感知”“精准控制”“信息交互”“管理调度”等“五大主体功能”结构体系；基于智慧水利建设和灌区高效运管需求，高效地模拟渠系水流，系统梳理了以“节点流量过程”为输入和输出的灌区概化图，研究提出了现代化数字灌区建设主要业务应用结构体系，即构建以“数据库”为载体，“数学模型”为支撑，基于“灌区一张图”基础之上的“组织管理、工程管理、安全管理、泵站管理、农业节水与供用水管理、经济管理、信息化管理、公共服务”等“九大业务应用”为交互的的整体架构，以期有效提升灌溉供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性。