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。

在“双碳”目标下，我国亟需进行能源结构转型，提高可再生能源在电力系统中的比例。调节性水电站和抽蓄电站具有良好的调蓄能力，可以作为调节电源与风光电源联合运行，从前端减缓风光不稳定出力对电力系统的冲击，促进新能源集中上网消纳。因此，充分利用梯级水电站及抽水蓄能电站的调节性能，制定合理的一体化调度策略，有利于在发电侧实现水风光蓄打捆送出和协同消纳，助力“双碳”目标实现。基于对梯级水风光蓄互补发电系统在短期调度中电网侧负荷需求和梯级水电水资源利用率的考虑，构建以源荷差异最小、梯级水电蓄能增量最大为目标，以常规水电站、风光电站、抽水蓄能电站安全运行条件为约束的短期互补调度模型，并采用粒子群-动态规划内外层嵌套算法对模型进行求解。选取西南某流域常规梯级水电站、抽水蓄能电站及周边风光电站组成的水风光蓄互补发电系统为研究对象进行模拟计算，结果表明：①抽水蓄能电站倾向于在梯级电站水头较低时选择泄水发电，而在梯级电站水头较高时选择抽水或维持当前水位不变；②所构建模型有效提高了系统总出力曲线与电网负荷曲线的匹配度，实现了梯级水电站之间负荷与水量的合理分配，一定程度上减少了梯级水电站效益损耗，提高了水能利用率，增加了梯级水电蓄能增量，有利于源网协同运行和梯级电站之间的稳定运行。

行政区的人为分割使同一条河流流经不同的行政区域，当可分配水资源不足以满足整个区域水资源需求时，跨区域河流沿岸多利益主体因争夺稀缺的水资源就可能产生冲突。跨区域水资源分配成为解决跨区域水资源冲突问题的重要手段，鲁宾斯坦讨价还价模型凭借其能反映各利益主体讨价还价能力的特点，已在解决水资源冲突问题得到成功应用。而上述鲁宾斯坦讨价还价模型大多对各利益主体的贴现因子进行单一定值处理，忽略了贴现因子的动态变化影响。为此，在考虑贴现因子动态变化的基础上，提出了多主体鲁宾斯坦讨价还价水资源分配模型。首先，基于讨价还价轮次、需水量的偏离程度和调节系数确定了动态贴现因子，构建了考虑动态贴现因子的报价策略，并综合考虑时间成本和水量损失因素确定谈判成本；然后，构建了多主体鲁宾斯坦讨价还价水资源分配概念模型，讨论了3种因素对贴现因子的影响，开展了基于动态贴现因子与固定值贴现因子的鲁宾斯坦讨价还价模型的对比研究；最后，以大汶河流域泰安段6个行政区为例展示了模型的效果。结果表明：提出的多主体鲁宾斯坦讨价还价水资源分配模型得到的水资源分配方案能够使结束谈判轮次提前，降低谈判成本，较好的均衡了各利益主体之间的经济社会发展水平，为得到各利益主体均能接受的合理分水方案提供了新方法，拓展了跨区域水资源分配理论。

气候变化和土地利用变化会改变蓝绿水资源的时空分布，量化二者变化所带来的影响对水资源管理具有重要意义。黄河中游的河龙区间（河口镇至龙门）社会经济的迅速发展和大规模生态修复工程的实施改变了流域的土地利用格局，蓝绿水资源时空分布受到影响。研究基于遥感数据，分析河龙区间近40年土地利用的变化特征；结合VIC模型和四种情景设置，定量分析气候与土地利用变化对流域内蓝绿水的时空影响。进一步分析了生产性绿水流及非生产性绿水流对气候及土地利用变化的响应规律，以便开发绿水资源的生产潜力。结果表明：①河龙区间平均最高气温和平均最低气温在1997年发生突变，变化趋势由减小转为增大；降水量在2006年发生突变，变化趋势由减少转为增加。草地和耕地是河龙区间的主要土地利用类型，1980-2020年间耕地减少了3 407 km²，林地、草地和灌木林的面积均呈现增加趋势，与退耕还林还草工程的实施密切相关。②气候变化和土地利用变化对蓝水流的贡献率分别为90.89%和9.11%，对绿水流的贡献率分别为103.13%、-3.13%，对绿水储的贡献率分别为89.07%、10.93%，气候变化对河龙区间蓝绿水变化起主导作用。4种情景下，河龙区间的蓝水流、绿水流、绿水储均呈现从西北到东南逐渐增加的趋势。③植被恢复下，植被蒸腾作为生产性绿水流占总绿水流的比例由71.63%增大到72.93%。4种情景下，植被冠层截留蒸发量、植被蒸腾量的空间分布呈现从西北到东南地区增加的趋势，而裸土蒸发量呈现相反的空间分布格局。气候变化下，植被冠层截留蒸发量、植被蒸腾量呈增加趋势，土地利用变化对裸土蒸发量的影响更大。

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。

为探讨季节性河流生态补水方案制定的理论技术和方法体系，提出了一种结合生态流量计算与水动力模型的生态补水互馈方法，该方法在水文序列变异诊断的基础上通过计算河道内生态流量过程，为生态补水方案的制定奠定基础；再根据实际生态补水过程建立并求解河道生态补水的水动力模型，为生态补水演进研究提供模型支撑；最后利用水动力模型对不同补水方案进行补水演进分析，以此得到给定目标下的最佳补水方案，并以北方某季节性河流DY河为例进行了应用分析。研究结果表明：①TG水库入库径流序列的变异点为1980年，在此基础上可将径流序列分为天然阶段与人类干扰阶段两部分；②生态补水互馈方法得到的生态补水方案不仅可满足河道内生态流量需求，还充分考虑了河道径流过程的年内丰枯变化特征，对认识我国季节性河道的生态流量恢复过程具有重要的科学意义；③生态补水互馈方法应用于DY河生态补水工程上效果良好，按照生态补水目标要求得到了满足DY河境内全线通水的生态补水方案，即DY河春季生态补水时，3月至5月的最佳生态补水流量为49.82、27.17、8.67 m³/s。该方法可为后续DY河针对其他补水目标制定对应的生态补水方案，也可为其他流域的季节性河流生态补水方案制定提供新方法与新思路。

掌握极端气候变化特征是地下水资源管理的重要环节。为了探究极端气候对地下水资源的影响，以大沽河水源地为例，基于40余年的气象数据，选取14个代表性的极端气候指标，并采用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法分析了研究区气候变化的趋势性、突变性和周期性；基于极端气候指数和水文频率分析筛选了研究区代表性的极端气候年份，运用水均衡分析方法估算了极端气候年份条件下地下水平衡；并通过相关性和周期性分析评估了极端气候指数对地下水水位埋深的影响。结果表明：①1979-2021年，研究区内表征高温与降水的极端气候指数呈上升趋势，表征低温的极端气候指数总体呈下降趋势；极端丰水年代表性年份为2007年和2020年，极端枯水年代表性年份为1981年和1986年。②极端气候指数在20世纪90年代与21世纪初期发生突变，之后高温趋势更加显著。③极端降水指数第一周期对应的平均周期为11~16 a，极端气温指数第一主周期对应的平均周期主要有3个变化范围分别为20~24 a、12~14 a、5~6 a。④极端降水指数抑制地下水水位埋深的增加，极端降水量（R95p）和普通日降水强度（SDII）是影响大沽河水源地地下水水位埋深的主要降水指数；水位埋深的第一主周期对应的周期分别为13~15 a，与极端降水指数周期特征基本一致，意味着水位埋深受极端降水指数的影响较显著。⑤在极端丰水年（2007年），地下水总补给量约为319.4 mm，总排泄量约为204.8 mm，均衡差约为114.6 mm；在极端枯水年（1981年），地下水总补给量约为104.2 mm，总排泄量约为141.1 mm，均衡差约为-36.9 mm。

流量测量是开展水文分析和水资源管理的必要任务，有助于了解河流的水量变化，预测洪水风险，优化水资源分配。传统接触式测流方法装置布设复杂、测量效率低，以视频测流为代表的非接触式方法极大地提高施测效率，降低了成本，但对测流结果的误差分析不足，导致测流结果在水文分析与水资源管理中的应用存在风险。为分析视频测流误差，在通过视频图像法计算断面水位、时空图像法（Space-time Image Velocity，STIV）计算断面流速的基础上，假定单次测量的误差分布，推求了水位和流速测量误差、流量测算误差及其主要来源。并定义了误差平均带宽（EAB）来定量评估误差的大小。以栾川县养子沟流域为对象开展实例研究，结果表明：在水位或流速快速上升阶段，测量误差区间较小；仅考虑水位的不确定性、仅考虑流速的不确定性，以及同时考虑水位和流速的不确定性时流量测量误差平均带宽（EAB）值分别为4.98%、10.83%和15.83%，流速测量不确定性对流量的影响比水位测量不确定性对流量的影响更大。考虑水位与流速不确定性影响的视频测流方法有利于提高流量测量准确性，为流域水资源管理提供可靠的数据支撑，特别是在需要对不断变化的水体状况进行监测和响应的情况下。对误差的深入理解也有助于改进视频测流技术，以减小误差并提高其在实际应用中的可靠性。

鄱阳湖接纳流域内来水，其洪水的形成和发展受鄱阳湖流域来水和长江洪水的双重影响，造成该地区在特定时段极易引发特大洪水。文章分析了江湖作用机制，并基于1959-2009年汉口和湖口洪水资料，统计分析了江湖洪水遭遇及长江洪水倒灌入湖频次；通过构建鄱阳湖-长江干流二维水动力模型，对江湖顶托加剧情景、江湖顶托相持情景、长江洪水倒灌情景等典型洪水过程进行了重演与分析，将模拟结果与实测水位过程进行验证与误差分析，并应用该模型对1998年极端洪水遭遇过程进行模拟分析。研究结果表明：鄱阳湖洪水一般早于长江洪水出现，两者遭遇主要在6-7月；长江倒灌情景一般发生在长江主汛期，通过统计分析长江洪水的倒灌天数及倒灌水量，反映了江湖顶托强度在年代际尺度上处于此消彼长的波动状态；模型对江湖洪水遭遇典型水位过程与1998年极端洪水遭遇过程的模拟预测精度较高，效果较好，说明模型能够很好地处理鄱阳湖洪水与长江洪水遭遇的高动态变化问题，可为鄱阳湖地区的经济建设和防洪治理提供理论支撑。

针对长江流域开展面源污染负荷研究具有重要实践意义。传统输出系数模型为集总式模型，无法体现污染物的空间差异性，且未考虑污染源和受纳水体之间的污染物迁移损失，计算结果常为产污量而非入河量。为了降低区域自然地理条件差异造成的模拟结果的误差，综合考虑污染物在输移过程中受降雨、地形、植被和距离等因子的影响，对传统的Johnes输出系数模型引入空间修正的入河系数，构建具有空间分布性的改进输出系数模型。将改进后的输出系数模型应用于长江流域，对长江流域干流自上至下9个监测断面的总磷、化学需氧量进行模拟。分别将集总式输出系数模型和引入空间修正入河系数的改进输出系数模型的模拟结果与实测值进行比较，结果显示改进后的输出系数模型模拟精度较改进前显著提高，为流域面源污染综合治理提供参考依据和理论支撑。

针对目前水质预测模型中因为数据本身的复杂性、在信号处理过程中存在的噪声干扰以及分解深度不够导致单一分解难以全面捕捉信号非线性特征的问题，提出了一种基于二次分解的水质预测模型。该模型采用完全自适应噪声集合经验模态分解（CEEMDAN）对原始数据进行分解，再利用变分模态分解（VMD）对熵值最高的模态分量进行二次分解，最终将处理后的时间序列输入到TCN-lightGBM多特征预测模型中。同时，采用麻雀算法（SSA）对预测模型进行优化。以山东省玉符河水质为例，本模型的均方根误差（RMSE）是0.105 3，平均绝对误差（MAE）是0.081 5，决定系数（R ²）是0.947 1，与GRU、LSTM、LightGBM 、TCN等当下较为流行的模型的预测指标进行比较。结果显示，在R ²上本模型提升了53.04%、70.41%、66.07%、65.20%等，在RMSE上减少了62.76%、65.50%、64.93%、64.80%等，在MAE上降低了62.76%、66.24%、63.80%、65.24%等。由此可知，基于CEEMDAN-VMD-TCN-lightGBM 的模型具有更好的预测性能、泛化能力和捕捉信号非线性特征的能力。

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。

我国沿海地区海涂资源丰富，但由于沿海降雨较多且海涂坡面土质松散，坡面极易产生降雨径流侵蚀，这导致海涂沟渠等工程坡面水土流失严重、淋洗困难。通过室内模拟降雨试验，研究在不同雨强下不同措施坡面的产流特性。结果表明：①不同措施坡面的初始产流时间均与降雨强度显著负相关，在50 mm/h雨强下，延缓坡面产流的效果依次为淋洗坑＞淋洗沟＞耐盐草被覆盖，在100、150 mm/h雨强下，延缓坡面产流的效果依次为淋洗沟＞淋洗坑＞耐盐草被覆盖。②不同措施坡面的产流过程具有同步性，在未发生坍塌时产流强度随细沟的发育而增加，待细沟发育成熟后产流趋于稳定，当坡面发生坍塌时产流强度短时间内激增后回落。试验对比发现，耐盐草被覆盖可以明显改善海涂坡面的稳定性。

定量解析污染源是有效控制水污染的基础，研究综合利用数理统计、GIS空间分析和主成分分析-绝对主成分得分-多元线性回归模型（PCA-APCS-MLR）等方法，提出了一种数据预处理方式，对2018-2020年延安市地表水系内49个采样点的23项水质关键指标进行污染源及其贡献率定量分析。结果表明：污染源以营养物污染（54.02%）及重金属污染（17.97%）为主，营养物污染对各水质指标的平均贡献率（52.70%）大于重金属污染（47.30%），营养物污染主要对延安市东北部影响较大，重金属污染对延河、秀延河上游地区影响较大。相比原始数据预处理方法的分析结果，该结果更具有地区代表性，可对延安市地表水污染治理提供数据支持，为地表水水质保护政策的制定提供科学参考。

以滇中引水工程楚雄段-昆明段非标准马蹄形断面为研究对象，采用几何分割法对该马蹄形断面的水力要素进行了推理，推导出任意水深所对应水力要素表达式。同时，采用三分试算法计算了该断面正常水深，试算过程采用C#编程来实现。考虑到马蹄形断面正常水深计算的复杂性，采用拟合优化原理推导出正常水深的直接计算公式。计算结果表明：在该公式的适用范围内计算该断面正常水深的最大相对误差为0.496%，同时整个计算区间内89.3%以上计算点相对误差小于0.24%，精度相对较高，可以满足实际工程的需要。

2018年金沙江上游因强降雨发生大型山体滑坡形成堰塞湖，堰塞湖溃决后大量泥沙随溃坝洪水向下游输移，导致下游河道形态及水流特性突变。某规划电站尾水河段受该事件影响，床面淤积6～10 m。为保障该电站如期正常建设，针对尾水河段上下游3 km河道，开展动床物理模型试验研究，探索尾水河段设计水位恢复方案。河道演变分析表明，堰塞湖溃决后的第1年，工程河段河床单向显著冲刷；至2022年汛前，河道整体表现为上冲下淤，尤其弯道下游石滩显著生长发育。通过模型试验预测了工程河段2027年地形，届时河道床而仍较堰塞湖溃决前高1～6 m，需要采取疏浚措施才能保障规划电站尾水口水位降低至设计水位。为有效减小疏浚范围及疏浚量，详细分析了弯道下游新生石滩段的水沙特性及演变趋势，提出了下游先期局部疏浚，通过自然演变调整床面，再开展整体疏浚的整治方案。试验证明，该方案较直接疏浚方案缩短了疏浚长度，可减少约6.88 万m³疏浚量。继续针对新方案开展淤积试验，由于上游电站已陆续建成使用，其拦蓄作用大幅减少了研究河段来沙量，在5个典型年的水沙作用下，研究河段床面整体保持相对稳定，仅尾水出口下游左侧呈现一定程度淤积，建议管理单位定期按需要进行必要的局部疏浚维护，以保障电站安全运行。

城市面源污染是仅次于农业面源污染的第二大非点源污染，也是影响城市水生态系统健康的重要原因。随着城市化的快速发展，下垫面改变导致城市河流洪峰增大，河流污染加剧。基于沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地四种典型城市下垫面的5场降雨径流监测试验资料，分析了不同下垫面条件下的降雨径流污染水平、径流水质变化特征和初始冲刷效应。结果表明：①4种下垫面的降雨径流总氮质量浓度均属于劣Ⅴ类水；四种下垫面的总磷污染程度相对较轻，沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总磷质量浓度优于Ⅳ类水的频率分别为80%、16%、88.46%和5.56%；沥青屋面、砖砌路面、油毡屋面和绿地的降雨径流总悬浮物质量浓度分布范围分别是7~798、15~569、10~871和44~378 mg/L。②总氮和总磷的径流污染水平排序为：砖砌路面>绿地>沥青屋面>油毡屋面；总悬浮物的径流污染水平排序为：绿地>砖砌路面>油毡屋面>沥青屋面。③中雨情景下各下垫面不同污染指标变化趋势差异较大，而小雨情景下受人为活动影响较大的下垫面的各污染指标浓度较高。④各下垫面污染物的初始冲刷强度排序均为：总悬浮物>总磷>总氮；各下垫面的初始冲刷强度排序为：沥青屋面>油毡屋面>砖砌路面>绿地。⑤沥青屋面和油毡屋面降雨径流中的总悬浮物和总磷具有较好的同源性，而砖砌路面降雨径流中的总磷与总氮和总悬浮物都具有较好的同源性。综合而言，各下垫面总氮和总悬浮物的场次降雨径流平均浓度远超于地表水Ⅴ类水质标准，会对城市水体造成污染，可根据不同下垫面的特点采取相应措施来降低污染物浓度。

为揭示非均匀散粒粗糙床面明渠紊流特性，采用d ₁=1.0 cm、d ₂=1.5 cm的正方体散粒制成粗糙床面开展PIV水槽明渠紊流试验，探讨了紊动强度、速度高阶矩、雷诺应力和紊动能的分布规律。结果表明：①粒间区中部，邻近剖面颗粒的绕流作用使紊动强度发生明显变化。②速度高阶矩纵向偏度系数S_u′ 与垂向偏度系数S_v′ 的分布特性揭示在近床处主要发生扫掠事件，而颗粒顶部以上区域喷射事件占主导。③平均雷诺应力R _mean在粒间区沿程先增大再减小，在颗粒区先减小后增大。④紊动能呈条带状分布，在河床底部和水面受到的抑制使得整体紊动能从床面开始增大，在颗粒顶部附近达到最大之后开始减小。

土壤盐碱化是影响寒旱灌区农业可持续发展的关键因素之一，传统研究通常以盐分总量变化作为指标评估盐碱化演化趋势，而很少关注离子组成的变化。为深入研究盐分离子在农业灌排系统各水体间的分布、运移规律，本文以灌区灌排过程中的各种水体观测数据为依据，系统分析灌区不同水体水盐及离子的分布和变化特征。研究表明：灌区不同水体的盐分离子组成差异明显，灌水以Ca²⁺和HCO₃ ^–为主，地下水、排水以Na⁺、Cl^–和SO₄ ^2–为主。灌水水质较好，总体为HCO₃ ^–－Ca²⁺型水。地下水呈弱碱性，总体为Cl^–·SO₄ ^2–－Na⁺和Cl^–·SO₄ ^2–－Na⁺·Mg²⁺型。排水受区域地下水和灌溉退水等因素的影响，以Cl^–·SO₄ ^2–－Na⁺和Cl^–·SO₄ ^2–－Na⁺·Mg²⁺型为主。

黄土地区水库塌岸预测仍以卡丘金法等经验图解法为主，此类方法预测结果的准确性取决于对岸坡剖面形态的准确描述。为了提高黄土地区水库塌岸宽度预测的准确性，选取渭北黄土台塬区选择典型水库进行现场调查，对原河道岸坡形态与蓄水后岸坡形态进行对比分析，在此基础上建立了水下岸坡形态预测模型。结果表明，渭北黄土台塬区水库岸坡塌岸稳定后，水上岸坡呈直立状，高度可达30 m以上，水下岸坡呈曲线形，受水深和岸坡高度共同影响，塌落物可能露出水面。在此基础上基于对数螺线方程建立了水下岸坡形态预测模型，并与经典图解法所用直线型岸坡进行对比，误差分析结果表明采用对数螺线方程进行水下岸坡形态预测时堆积体积误差为4.50%~39.70%，均值为12.64%，而直线型岸坡的预测误差为25.75%~124.69%，均值为75.69%。即采用对数螺线方程可以更好的测水下岸坡形态及水下堆积量。相关研究成果对黄土台塬区水库塌岸预测方法的改进，以及黄河流域的渭北黄土台塬区的环境保护与高质量发展具有实际意义。

长距离有压重力流引水工程单管输水，其检修排水及充水所需要的时间是检修期间工程停供水后的应急供水调度计划决策的依据。长距离引水工程检修排水及充水历时受到上游水库水位、检修闸门或阀门的过流特性、管道糙率、满流波速等诸多因素影响。为了及时准确地确定检修排水及充水历时，可以基于数字孪生长距离引水工程进行研究。以某长距离引水工程为例，根据监控系统提供的库水位、测压点压力等实时采集值，进行虚实数据交互，确定数字模型参数，使得数字模型逼近物理实体，建立物理实体的数字孪生体。采用一维水动力学模型对检修排水过程和检修完成后的充水过程进行数值计算，排水过程圣维南控制方程以水位和流量为变量，而充水过程则以水深和流量为变量。软件界面采用Java编程，后台数值模拟部分采用Python编程语言。

为探究适宜干旱半干旱地区盐渍化农田冬小麦的补充灌溉策略，开展了不同灌溉次数和土壤含盐量处理下的田间试验，利用AquaCrop模型对冬小麦生长生产进行了校验，并通过情景模拟优化了典型水文年份下盐渍化农田冬小麦补充灌溉方法。结果表明：①AquaCrop模型可较好的模拟补充灌溉对盐渍化农田冬小麦冠层覆盖度、累积腾发量、干物质量及籽粒产量的影响，各指标的相对误差P _e为-28.54%~20.78%，相关性系数R ²为0.90~0.98，均方根误差RMSE分别为5.28%~12.19%、14.99~26.81 mm、0.57~1.04 t/hm²和0.45 ~0.55 t/hm²，归一化均方根误差NRMSE为6.49%~20.10%。②随着灌水次数减少和土壤含盐量增加，模型精度有所降低，同时由于AquaCrop在全生育期采用了一致的作物系数，无法准确预测水盐胁迫下冬小麦早衰现象，模型易高估亏缺灌溉和盐渍化土壤条件下的冬小麦生长生产。③研究区轻度盐渍化农田推荐的冬小麦补充灌溉策略是干旱年在拔节、开花及灌浆期灌水60 mm、正常年在拔节及开花期灌水60 mm、湿润年在拔节期灌水60 mm，中度和重度盐渍化农田需在此基础上加灌1次60 mm，以上补充灌溉策略可实现6.53~8.37 t/hm²的冬小麦籽粒产量，在节水的同时确保收获大于80%的潜在籽粒产量。

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。

随着乡村振兴战略的全面推进，水库移民工作迈入以共同富裕为本质要求、高质量发展为首要任务的新阶段，提出一种满足新需求的移民安置效果评价方法具有重要意义。基于阿马蒂亚·森的可行能力理论，建立全面的水库移民福利评价指标体系，通过模糊评价法分析搬迁前后移民的福利变化，探讨安置效果与帮扶方向。以出山店水库平桥区移民为研究实例分析表明，尽管移民部分福利指标在搬迁过程中受到损害，但安置完成后其整体福利得到提升。福利不平等分析表明，搬迁后移民内部福利差距拉大。建议制定移民安置与后扶规划时突出重点，因地制宜、因时而异。

为了研究一种针对预应力钢筒混凝土管（PCCP）断丝信号的识别技术，设计了使用DN4000mm的PCCP建成模拟测试环境，在非常接近实际工况的情况下进行了1∶1原型断丝监测试验。试验将采集到的断丝信号与之前采集到的运行管道内的噪声信号相互组合，分别通过连续小波变换（CWT）和同步挤压小波变换（SWT）两种方式转化的时频谱图作为断丝信号数据集，采用基于YOLOX的目标检测算法通过提取数据集中断丝信号时频谱图图像特征来判断断丝事件的发生。两组数据集训练出模型的准确率、召回率、F1分数，误检率均达到100%、100%、1和0%。随后的剪枝计算阶段，在保证检测精度不变的前提下，SWT组的剪枝率高于CWT组，最终模型大小仅为1.36 MByte。可见，通过SWT变换得到的时频谱图可以在不损失精度的前提下更大的简化YOLOX模型，为开发PCCP断丝监测系统的嵌入式部署提供了参考。

移民问题是水利水电项目中的关键问题，关系到社会稳定与乡村振兴。运用地理探测器，因子分析法和耦合协调度模型对水库移民农地转入意愿与安置区农户农地转出意愿影响因素及其耦合协调关系进行研究。研究结果表明：①安置点社区融入状况，转入农地的距离，种植业等技能培训，农地价值，家庭农业劳动力人数，非农就业机会对移民农地转入意愿起着主要影响作用；非农就业水平，对土地权益受损的担忧程度，是否有闲置土地，非农就业机会，对土地流转政策了解程度，土地流转收益预期对安置区农户农地转出意愿起着主要的影响作用。②各影响因子之间存在两两交互关系，其中任意两因子交互作用后因子解释力均明显增强。转入农地的距离与安置区融入情况的交互作用对移民农地转入意愿的影响力最大；农地细碎化程度，是否有闲置土地，非农就业机会这3个因子与对土地权益受损担忧程度的交互作用对安置区居民农地转出意愿的影响力最大，家庭人均耕地面积安置区居民农地转出意愿具有隐形作用。③移民农地转入意愿与安置区农户农地转出意愿存在强关联性，二者相互影响，相互促进，并处于农地转入意愿超前的基本协调阶段。

为了研究离心泵发生汽蚀过程时其内部流动规律和对其汽蚀性能的优化设计，在结合传统优化方法的基础上，提出神经网络与遗传算法结合的智能优化方法。通过Plackett-Burman试验设计从离心泵的叶轮进出口直径、进出口安放角、叶片数、叶片包角等7个设计参数中筛选出显著影响的3个优化设计变量。叶片出口宽度、叶片包角和叶轮出口直径3个优化设计变量，其影响汽蚀性能的显著性由大到小。运用拉丁超立方抽样方法抽取30组设计方案，分别进行数值模拟计算，得出相应的汽蚀余量值。建立神经网络模型，结合遗传算法在规定范围内进行寻优，得到最优设计变量组合及最优汽蚀余量值。取优化后的参数进行数值模拟计算，优化后的离心泵在相同工况下汽蚀余量降低了43.1%，说明优化后的离心泵抗汽蚀性能显著提高。

为提高水泵碰磨故障的诊断效率，以轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性为研究对象，根据轴流泵发生碰磨时的受力情况，分析了其受到离心力、水体对叶轮的反作用力、碰撞摩擦力和各种激励外力的作用下产生的异常振动的振动特性，并用数值模拟和模型试验加以验证。得出了叶轮和泵壳间隙不足时，轴流泵的碰磨振动特性主要表现在频谱图中各整数倍频较为突出，奇数倍频和叶频的整数倍频相对其他频率更为突出，存在杂频和高频成分，当碰磨较为严重时，可以看到1/2倍频等分频成分等结论。研究成果在水泵振动特性研究和泵站故障诊断方面有一定的指导意义。

为提高大坝位移预测的准确性，提出了一种新颖的基于深度学习的综合预测方法。首先引入了一种基于完全集成经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，CEEMDAN）和奇异谱分析（Singular Spectrum Analysis，SSA）的多级数据降噪技术。这能有效地消除监测数据中的噪声和异常值，提高数据质量，为后续预测提供更合理的大坝变形数据。随后构建基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）和门控循环单元（Gated Recurrent Unit，GRU）的深度学习模型。采用CNN从监测数据中提取丰富的特征，利用GRU来捕获和处理时间序列数据中的长期依赖关系。为了增强模型的表现，引入了自注意力机制，以帮助模型更好地处理和识别数据中的复杂模式。通过与其他预测方法的比较，实验结果表明，该方法在大坝位移预测的准确性和稳定性方面相较于其他方法有显著的提升，能够为大坝变形监控领域提供新方法。

水泵水轮机低水头启动时，空载工况附近S特性明显，工况点进入后，机组宏观参数易发生振荡。为研究低水头启动工况机组快速稳定的内流机理，设置非同步导叶，引入调速器参数，通过三维模拟分析启动全过程宏观参数、压力脉动与流态的演变规律。结果表明，启动过程初期导叶同步开启，转速较小，转轮叶道内产生大范围失速涡，压力呈低频高幅值波动；转速上升过程中，流态逐渐平顺，压力脉动逐渐降低；进入调速器调节阶段后，工况点进入S区，压力脉动呈高频高幅值，而非同步导叶破坏了无叶区产生的高速水环，促使机组快速稳定。

传统的数据上报，大多采用发送方作为客户端，向上级服务器发起连接请求，采用主动推送的方式完成数据传输。当电站数量巨大且上报数据种类和通信条件都不尽相同时，这种方式无疑为上级服务器打开了一个后门，带来了一定的安全隐患。提出了一种接收方发起的电站数据传输控制方法，由上级数据中心发起请求、电站响应并完成数据传送的反向拉动模式，使得中心侧不再暴露通讯端口，降低了中心侧网络遭受攻击的可能性。有此，设计了配套的应用层数据可靠传输协议ADRTP（Application-layer Data Reliable Transport Protocol），通过一系列控制机制和调整最大数据包长度L _max，提高数据传输的效率。

针对水轮发电机组受水、机、电等因素相互耦合，早期故障特征被电磁和噪声所淹没难以提取的问题，设计了一种基于改进VMD和GRU的水轮发电机组振动故障预警方法。首先，采用BES算法对变分模态VMD的参数进行寻优，得到最佳的分解层数、惩罚因子和模态个数，然后采用最优的VMD算法对水轮发电机组早期的振动特征进行提取，最后将早期的振动特征输入GRU神经网络预测算法进行训练、验证和测试。仿真结果和工程实例表明，该方法可以有效快速准确提取水轮发电机组的早期微弱振动特征，实现水轮发电机组的早期故障预警，具有较高的工程应用价值。

针对水电机组状态监测数据量逐步增大，数据质量差的问题，提出了一种基于改进K维树（K-Dimensional Tree，KD-Tree）与基于密度的空间聚类算法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise，DBSCAN）的水电机组状态监测数据清洗方法，首先对输入数据建立KD-Tree，再使用DBSCAN在最近邻样本上扫描完成聚类，聚类结束以后会分离出噪声点，将噪声点去除即可完成对水电机组状态监测数据清洗。选取某水电站状态监测系统上导摆度数据1 088 条，再以相同时间间隔插入随机数据100条，通过算例与常规DBScan、K-means、OCSVM算法对比聚类性能与时间性能，所提出的方法识别正确率最高，为97.78%，消耗时间最少，为0.007 732 s，数据清洗效果最优，并可以大幅减少计算时间。

空化模型在流体机械的研究和设计中必不可少，但目前缺乏对适用于高海拔工况的空化数值模型的研究。首先基于Zwart-Gerbera-Belamri空化模型，分析和推导了气泡初始半径、气核体积分数等模型中关键参数关于海拔高度的关系式，使模型适用于高海拔环境。然后将数值计算结果与相应实验数据进行了对比，验证了模型的适用性。最后针对NACA0009水翼，在0~5 km海拔高度下，使用修正后的空化模型进行了数值计算。结果表明：相同工况设置下，随着海拔高度的增加，环境气压降低、气核体积分数降低、气泡初始半径增加、压力面最大压力系数基本不变、吸力面最小压力系数略微增加、空穴长度显著增加，当海拔为5 km时，空穴长度增加到约弦长的81%，空穴长度增长率随海拔高度的增加而增加，在4 km处达到峰值0.17后开始降低。

针对美丽乡村建设不断增长的绿色发展需求，提出了一种采用虹吸式水轮机和光伏板作为发电装置，配合蓄电池储能的水光储互补特微型发电照明系统方案。虹吸式水轮机使用稳态数值模拟计算出力及效率，结合水位数据计算发电量，光伏板使用面积法结合太阳辐射数据估算月发电量，并计算了提供给夜间照明和电网的电量。分析了系统的建设成本、经济效益和减排效益，结果表明本系统拥有切实可行的推广前景和减排效益。