水生植被是天然河道生态系统的重要组成，通常生长在近岸区域，对岸坡稳定及河道行洪能力有重要影响。植被在生长过程中，随植被高度变化或水位变动，淹没度（水深与植被高度的比值，H/h_v ）会发生改变，进而影响水流特性。通过构建沿河岸分布淹没植被群的明渠三维数值模型，采用大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）方法，研究了4种淹没度（4.0、3.0、2.0、1.5）下植被群周围的平均流场和湍流结构。结果表明：当明渠单侧分布淹没植被时，断面上最大流速偏离渠道中心，出现在非植被区一侧，且随淹没度减小，逐渐向自由水面靠近。淹没植被群引起垂向混合层产生，加剧水流紊动，高紊动能区域分布在植被与非植被区交界面以及植被群顶端界面附近。随淹没度减小，水平剪切层涡的尺寸明显增加，淹没度为1.5时，水平剪切层涡可以延伸至非植被区内部，同时断面二次流的强度也随淹没度减小而增强，整个流场内的紊动更加剧烈。

探究非恒定来流下鱼类逃逸游动行为不仅有助于理解鱼类生态适应性行为和生存策略，同时可为水电开发下鱼类资源保护及生境修复工程提供科学指导。基于复式明渠中鱼类逃逸游动行为试验及数值模拟，分析试验鱼停留分布区域与水力因子空间分布的响应关系，揭示试验鱼对不同水力因子的偏好系数规律，识别鱼类逃逸游动行为的临界水力学条件。研究结果表明：试验鱼在复式明渠流场中最常出现的区域为滩槽交界斜坡处，停留系数与流量变化速率负相关，而主槽区域的停留系数规律恰好相反；试验鱼对流速、紊动能、积分时间尺度和空间速度梯度的偏好系数分布大致相似，均呈现先增加后减小的“钟”型分布趋势，存在明显偏爱的适宜区间；鱼类滩槽迁移行为特征及时间响应不同涨、落水历时而变化，滩槽断面平均流速差和水位变化率分别对应涨、落水工况下触发鱼类迁移行为的关键水力因子，临界阈值为1.25~1.34 BL/s、1.96~3.08×10^-2 BW/s。

武汉市青山区（化工区）北湖作为典型工业纳污湖，长期承受水质污染与生态退化压力，明确其水质污染演变规律及驱动因子对实施精准治理至关重要。研究基于2014至2023年间武汉市北湖水质监测数据，采用综合营养状态指数法（TLI）、综合污染指数法（CPI）以及秩相关系数法（RCC），系统评估了北湖水质的时空演变特征及关键污染因子。研究结果表明：①2014-2020年间，北湖水质整体呈恶化趋势，年均水质由IV类降至劣V类，CPI从0.54升至1.50，富营养化水平由轻度升至中度（TLI峰值达65）；关键污染因子为氨氮（NH?-N）、总氮（TN）和总磷（TP），其浓度在2018年分别达峰值4.05、6.72和0.336 mg/L。②2021年北湖水质出现显著改善，年均水质稳定于V类水质水平，劣V类月份占比从2017年的100%降至零；2023年NH?-N、TN和TP浓度分别降至0.33、1.31和0.138 mg/L，降幅达91.85%、80.51%和58.93%。③秩相关性分析显示，2019-2023年BOD?、COD、TN的秩相关系数（ r_s=-1.00）表明污染物削减趋势显著，但TP分担率逐年上升（2023年达26.71%），且TLI指数仍维持在中度富营养化（≥60）水平，提示TP控制与生态恢复需持续强化。本研究创新性地融合多时段动态分析与多方法综合评价，揭示了北湖水质“恶化-转折-趋稳”的三阶段演变规律，明确了关键污染因子，为长江中下游工业型湖泊水质污染的长效监管和治理提供了科学依据。

弯曲河流在自然界中普遍存在，其演变过程与机理十分复杂，为探讨弯曲河流水沙运动及河床演变，前人基于河工模型试验开展了大量研究。对现有弯道河工模型相关研究成果进行综述，系统归纳了理想河道模型和天然河道模型的发展历程、特点及其适用范围。总结发现，理想河道模型对天然河道做了高度概化，可概括为基于圆弧与直线组合、正弦派生曲线和Kinoshita派生曲线设计的三类弯道模型。理想河道模型具有普适性，在揭示一般规律和机理等河流泥沙动力学基础理论研究中较为适用。天然河道模型以实际河道为原型并遵循一定的相似原理，主要包括比尺模型和自然模型两类。比尺模型是原型河道按照一定几何比尺缩放后的物理模型，与原型之间满足水流运动相似和泥沙运动相似，适用于原型河道水沙输移、河道冲淤、河床演变等的反演和模拟；自然模型则是通过控制流量大小、流量过程等水流条件，以及河床组成、河床比降等河道边界条件，塑造出的与原型河床形态相似的模型小河，在河型演变相关研究中较为适用。两类天然河道模型与原型河道均具有相似性，可为工程实践应用提供直接参考。总的来说，理想河道模型与天然河道模型在基础与应用研究中各有优劣，可根据实际研究需求选择不同模型类型。

水力旋流器是一种常用的固液分离设备，广泛应用于农业灌溉、水利工程、隧道来水等领域的水沙分离处理。由于流体的高速旋转，水力旋流器内部形成了高湍流区，很容易引起二次流现象。二次流与主运动方向相反，不仅会消耗能量，而且会导致颗粒间的碰撞，改变颗粒的运动轨迹，从而增加溢流跑粗底流夹细颗粒的数量。针对传统水力旋流器内部短路流和溢流跑粗颗粒的问题，该研究提出了一种将旋流和过滤相结合的一体化滤网式新型水力旋流器。运用基于颗粒动力学理论的欧拉-拉格朗日液固多相湍流模型，采用CFD-DEM耦合数值模拟方法，分别模拟了5种粒径在传统水力旋流器和新型滤网式旋流器内部固液两相流的流动情况，对比分析了两种结构水力旋流器内部流体的速度场、湍流场和颗粒的运动及受力情况。采用分离效率为评价指标，验证模拟合理性。模拟结果表明，60 μm颗粒在传统旋流器和新型滤网旋流器内部颗粒平均停留时间最长，120 μm颗粒在传统旋流器内部颗粒平均停留时间最短，180 μm颗粒在新型滤网旋流器内部颗粒平均停留时间最短，说明所加滤网延长了粗颗粒在旋流器内部的停留时间，使分离更加充分。颗粒粒径越大，颗粒所受平均合力的波动幅度越大，当颗粒刚进入旋流场后，传统旋流器内的颗粒所受平均合力变化趋势较为平缓，新型滤网旋流器内颗粒所受平均合力变化趋势较为剧烈，这说明所加滤网对颗粒的受力起到了一定的促进作用。与传统水力旋流器相比，在5种不同入口速度下，新型滤网旋流器柱段区域最大平均切向速度提高57.6%，锥段区域最大平均切向速度提高22%， 向上最大平均轴向速度减小14.6%，向下最大平均轴向速度提高11%。颗粒平均停留时间提高1%~6.9%，颗粒底流口回收质量提高4%~87%；颗粒平均切向接触力曲线波动先剧烈后平缓，可以提前达到稳定分离的状态。

为确保隧洞式倒虹吸在充水阶段的安全性与稳定性，研究探讨了倒虹吸结构在已含水的情况下充水的动态响应。以滇中引水工程玉石厂倒虹吸为案例，运用计算流体动力学软件（CFD）进行数值模拟，并结合物理模型试验，分析了初始含水状态下的倒虹吸结构在不同充水流量下的流速、压强和稳定时间。结果表明，水头损失的变化趋势随着流量的增大呈现出先减小后增大的趋势。这一发现与模型试验数据的变化趋势相吻合，且两者之间的误差较小，表明数值模拟的准确性较高。此外，水流的惯性时间常数与数值模拟所预测的水流稳定时间在数值上具有显著的一致性，并且随着流量的增加，水流稳定时间呈现递减趋势，这为倒虹吸结构的充水操作提供了重要的参考依据。

平原多沙河流水库相对于峡谷型水库的平面形态更易受来水来沙条件影响，研究平原多沙河流水库的库区形态演变对于水库管理具有重要的意义。选取典型的平原多沙河流水库—黄河西霞院水库的库区平面形态演变规律进行研究，西霞院水库自建库以来基本处于持续淤积状态，库区流路不断演变，深刻改变了库区的形态特征。基于2007-2023年西霞院库区实测断面地形资料及历年库区影像资料对库区形态演变过程及其驱动因素进行分析。结果表明：库区多流路向单一流路转化，滩槽高差减小，同时河道弯曲度及分汊系数均在2020年之后明显减小，深泓摆动宽度在库区下段特别是近坝段摆动较大；库区形态的变化受来水来沙条件及水库调度等多因素影响，其中，xxy05断面深泓摆动宽度与前3年年均来水来沙量、全年日均入库流量大于4 000 m3/s的天数、汛期坝前日均水位130~131 m的天数均呈现显著正相关；2020年以前，西霞院水库宽河段主流路纵向稳定性总体呈增加趋势，横向稳定性减小，2020年之后纵向稳定性有所下降，横向稳定性基本稳定；平原多沙河流水库的库区形态演变过程是制定减淤措施的前提条件，在调度过程中应及时关注入库水沙过程，并依据工程安全状况，制定合理的排沙调度策略。为平原多沙河流水库库区形态演变提供案例，为多沙河流水库的运行调度提供建议。

传统的鱼道设计工作中，受工程区域水流流速、流态、地形及河道纵坡等众多因素影响，一般采用模型试验对鱼道设计的合理性进行验证。考虑到流场三维数值模拟相比于物理模型试验研究，具有灵活简便且结果数据更为齐全等优越性。SPL水电站工程鱼道设计工作中，在充分研究上溯鱼类洄游习性之后，选择采用全地形三维数值模拟，对水电站尾水区域流场进行数值模拟计算。研究分析工程区域河道水流流态后，提出在电站尾水反坡后设平直段尾水渠，尾水渠左岸或右岸布置鱼道进口的推荐方案，并对推荐方案进行三维数值模拟计算验证，结果表明：平直段尾水渠左岸布设鱼道方案流场基本平缓，鱼道口布设位置处流态满足要求，更符合本工程实际条件。结合全地形三维数值模拟流场布设鱼道的方法，可为今后的鱼道设计、布置提供新的思路与成功案例参考。

揭示黄河流域水资源利用和经济高质量发展的耦合协调关系，对于改善自然资源和经济社会宏观调控、推进区域可持续发展具有重要意义。以河南沿黄城市为研究对象，构建水资源利用和经济高质量发展指标体系。基于2012-2022年河南面板数据，运用熵权法和变异系数法相结合的综合赋权-TOPSIS法，对水资源利用和经济高质量发展水平进行测度；结合耦合协调度模型和相对发展度模型，对两系统耦合协调发展态势和交互作用机理进行分析。结果表明：①研究期间内河南沿黄城市的水资源利用效率呈波动上升趋势，郑州水资源利用效率最高，新乡水资源利用成效最差；②河南沿黄城市的经济高质量发展指数总体不断提升，郑州经济高质量发展指数最高，濮阳经济高质量发展水平最低；③河南沿黄城市整体呈现出经济高质量发展同步水资源利用的特征，但各市差异明显；④河南沿黄城市水资源利用效率与经济高质量发展耦合协调度整体处于上升趋势，但水平仍较低，在时序上经历了勉强协调-初级协调的演变历程，在空间上呈现黄河以南>黄河以北的分布格局，且各市耦合协调演变历程不尽相同。要结合城市特点，注重节能环保、提升农业工业节水措施、加强科技创新能力，提升水资源利用和经济高质量发展耦合协调性。

地下水是济南市重要的供水水源，为实现地下水资源的可持续开发利用，有必要开展济南市地下水储量变化特征分析及地下水资源评价。研究以GRACE重力卫星和GLDAS全球陆面同化系统数据为基础，采用奇异谱分析法重构陆地水储量变化（ΔTWS）数据，构建多尺度地理加权回归（MGWR）模型，以蒸散发ET、降水量PRE、地表温度LST、植被指数NDVI作为回归变量，对济南市地下水储量变化（ΔGWS）数据进行降尺度，并开展ΔGWS时空变化特征分析及地下水资源评价。2002年4月-2023年12月，济南市ΔTWS、ΔGWS呈下降趋势，在年内，6月份ΔGWS最小，12月份最大，ΔGWS对降水变化的滞后效应明显。MGWR模型将济南市ΔGWS数据分辨率由0.25°提高到1 km，降尺度前后ΔGWS变化趋势、空间分布保持较高的一致性，表明MGWR模型对ΔGWS数据降尺度适用性较好。采用BEAST算法解构济南市ΔGWS时间序列，ΔGWS主要受趋势项控制，存在2个概率大于50%的突变点。济南市ΔGWS空间分布差异明显，莱芜区、钢城区地下水储量相对较多，平阴县、长清区较低，ΔGWS重心主要位于历城区。采用ΔGWS上升段水量表征济南市地下水资源量，2003-2019年，济南市平均地下水资源量为22.90亿m³，特枯年、枯水年、平水年地下水资源量分别为16.57、27.22、29.55 亿m³。研究结果对济南市地下水资源的合理开发利用提供科学参考。

针对传统非饱和入渗理论中，扩散系数D（θ）测定装置复杂、实验次数多、普适性差的现状，研究在第一类入渗边界条件下，通过Laplace变换计算t时刻湿润锋位置，联解Boltzmann变换和变分变换，反解出湿润锋内扩散系数、含水率、入渗距离之间的显式表达式。计算结果表明，当Laplace变换路径假设扩散系数为常数时，Boltzmann变换路径扩散系数与距离具有二次函数关系，扩散系数与含水率具有三次函数关系；变分变换路径扩散系数与距离具有一次函数关系；所有回归方程均通过L2范数残差检验，结果真实有效；扩散系数实测值与本文理论值对比验证结果表明，水平土柱实验求得的扩散系数实测值与Boltzmann变换路径计算的扩散系数理论值最大相对误差为8.2%，扩散系数实测值与变分变换路径计算的扩散系数理论值最大相对误差为7.7%，均小于10%，满足工程要求。所提出的联解计算方案，仅取决于经典变换本身的数学背景和路径联系，不增加额外假设，无外业实验，可为非饱和入渗参数计算提供一种新的参考。

当前全球气候和土地利用变化越来越受到人们的关注，其对全球水文循环的影响也成为政府、社会和科研工作者讨论和研究的热点。研究以昆明市牛栏江—滇池补水工程的水源区典型流域作为研究区，基于所收集的研究区多期气候和土地利用数据，采用气候倾向率和M-K趋势检验方法分析气候变化趋势，利用CA-Markov模型和GIS空间叠加工具分析历史及未来土地利用时空变化特征，并利用SWAT模型模拟不同情景下的流域水文过程，开展流域径流对气候和土地利用变化的响应研究。研究发现：①1965-2014年间，研究区气温总体以0.256 ℃/10 a的速率上升，降水总体以18.5 mm/10 a的速率减少。M-K突变检验表明1993年以后流域平均气温上升趋势显著，流域年降水量在此期间发生多次突变但变化不显著。②耕地、林地、灌木和草地是研究区主要土地利用类型，2005年以来土地利用变化主要表现为建设用地面积持续扩张，草地面积不断减少，耕地面积小幅降低，该变化使得产水率增加。③与土地利用变化的贡献进行对比发现，气候变化是研究区径流变化的主要驱动力，其中，降水对径流影响最大。在气候和土地利用变化共同作用下，洪水期径流最为敏感；二者分别作用下，土地利用变化使得流域径流呈洪水期增加、枯水期减少态势；气候变化下各月径流量变化显著，相较于枯水期，洪水期变化更为突出。

针对电站日入库径流序列的非平稳性加剧，难以对其精准预测的问题，提出了一种基于多种机制改进鲸鱼优化算法（WOA， Whale Optimization Algorithm）的日入库径流序列预测模型。首先，利用变分模态分解（VMD， Variational Mode Decomposition）将入库径流数据投影到不同频率的子序列中。然后，在传统鲸鱼优化算法中加入量子位Bloch坐标编码策略进行改进，提升初始解的质量，同时引入收敛因子非线性递减策略和麻雀预警机制，提升算法的全局优化能力，通过IWOA优化随机配置网络（SCN， Stochastic Configuration Networks）的超参数（最大隐藏节点数、最大候选节点数），然后利用SCN对分解后的模态分量进行预测，构建VMD-IWOA-SCN组合预测模型，提升预测精度。选取粒子群优化算法（PSO， Particle Swarm Optimization）、WOA与所提出的IWOA通过CEC2019测试函数进行优化性能验证对比实验，综合分析表明，引入多种机制改进后的IWOA算法确有最佳的优化性能。选取某电站2011-2021年共4018个日入库径流时间序列数据进行实例分析。并与其他流行优化算法模型进行对比，选取均方根误差（RMSE， Root Mean Square Error）、平均绝对误差（MAE， Mean Absolute Error）、平均绝对百分比误差（MAPE， Mean Absolute Percentage Error）以及纳什效率系数（NSE， Nash Efficiency）对预测结果进行评价。研究结果表明：在预测实验中VMD-IWOA-SCN组合模型的纳什效率系数达到99.09%，显著高于其他模型。表明了所提出的VMD-IWOA-SCN预测模型可以提供精确度和稳定性更佳的日入库径流量预测结果，可以为水电站发电量预测，水库调度等决策提供有效的参考依据。

参数率定是提升水文模型径流模拟精度的重要环节，构建高效稳健的参数优化算法是水文模型应用研究的热点。针对蝴蝶优化算法易于早熟收敛的问题，引入Halton序列提升初始种群的均匀性、利用动态转换概率平衡全局与局部搜索进程、采用Lévy飞行和标准化操作算子改善进化方程，建立了一种改进的蝴蝶优化算法（MSBOA），并将其应用于新安江模型参数率定，比较分析了原蝴蝶优化算法（BOA）、改进后蝴蝶优化算法（MSBOA）、正余弦优化算法（SCA）和鲸鱼优化算法（WOA）在新安江模型参数率定中的收敛性和稳定性。在钦江上游陆屋水文站以上流域的应用结果表明：①与原算法BOA相比，MSBOA取得的纳什效率系数高0.03，相对误差降低至±5%以内，且均方根误差降低了8.2%。这说明MSBOA率定的新安江模型参数取得的日径流模拟精度更好，能够较准确地描述流域的水文过程。②各算法在新安江模型参数率定中均有较好的适用性（纳什效率系数高于0.85）。从收敛性来看，MSBOA的收敛速度较快且取得的纳什效率系数值最高，其次是WOA和SCA算法。从稳定性来看，MSBOA取得的纳什效率系数的标准差最低、且参数率定结果的波动范围最小，说明其稳定性较高，其次是WOA算法。改进后的蝴蝶优化算法MSBOA可丰富水文模型参数率定研究，为模型参数优化提供一条新途径。

用水量预测对于水资源的可持续管理、提高生产效率以及保护生态环境都有着重要的意义。为提高用水量预测精度，提出改进灰狼算法优化BP神经网络（IGWO-BP）模型用于用水量预测。选取16个影响因子，利用灰色关联性分析筛选出与用水量关联性较大的4个影响因子作为IGWO-BP模型的输入变量，用水量作为模型的输出变量。使用Circle混沌映射、非线性收敛因子、引入Levy飞行和贪婪搜索策略来改进灰狼算法（GWO），将IGWO分别与GWO、遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO）进行6种基本函数算法性能测试，验证算法的寻优和收敛性能；然后通过IGWO-BP模型对滨州市用水量预测，把IGWO-BP模型预测结果分别与GWO-BP模型、PSO-BP模型和BP神经网络模型预测结果进行对比。结果表明：在选取的16个影响因子中，总人口、农用地、平均气温和全年日照时间与用水量关系更加密切；同等参数下，在6种基本函数算法性能测试中IGWO的寻优和收敛性能明显优于其他3种算法；在用水量预测中，IGWO-BP模型适应度值的收敛速度和最小值都优于GWO-BP模型和PSO-BP模型，IGWO-BP模型预测值的平均相对误差和均方根误差相比于其他3个模型都有较大幅度的降低。无论是从模型适应度值还是预测值精度上，IGWO-BP模型用水量预测效果更好，预测精度更高，可为未来用水预测提供一种思路和技术支撑。

智能灌浆技术在水利工程和地基加固中起着至关重要的作用。目前在注浆过程中，注浆压力和单位注浆速率主要依赖人工调节控制，存在灌浆精度低、超压频繁等问题。研究设计了一种智能灌浆压力控制系统，集成了调压平台、智能控制单元和上位机主控中心，能够控制压力并处理实时数据，确保灌浆过程的稳定性和安全性。系统硬件包括注浆泵、分流阀、进浆流量计、压力表、回浆流量计和电动调节阀等关键组件，通过PLC与电动调节阀的结合，实时调整返浆压力，保持压力的稳定和精准控制。设计了灌浆过程数据采集及压力稳定性控制逻辑程序，灌浆压力控制采用积分滑模控制器，并对其在动态和干扰工况下的性能进行了验证，结果表明该控制器能够快速响应压力变化，适应不同的灌浆需求，提升了灌浆作业的自动化和智能化水平。详细设计了智能灌浆系统，研究了不同压力控制算法的应用效果，并在实际工程中进行了验证。研究结果表明，智能灌浆系统运行稳定，压力控制精准，为智能灌浆技术广泛应用提供了坚实基础，具有广阔的应用前景。

针对薄壳混凝土预应力渡槽有限元模拟中热学参数不准确，经验值参考性差、传统反分析方法准确率低以及BP神经网络对初始权值和阈值高度依赖等问题，根据实际工程需求，构建四输入层，五隐藏层，三输出层结构的神经网络，并引入北方苍鹰优化算法（NGO）对BP神经网络进行优化，运用有限元仿真样本模拟训练了混凝土预应力渡槽热学参数反演的NGO-BP神经网络，将其应用于某预应力U形渡槽的热学参数反演中，对比了现场监测数据、传统BP神经网络方法以及采用遗传算法（GA）优化的BP神经网络方法的计算结果。结果表明：NGO-BP神经网络在计算精度和收敛效率等方面均显著提高，参数反演后的有限元结果与监测数据吻合良好，能够更好地指导混凝土预应力渡槽的施工实践。

航运枢纽建设可能面临进场道路多弯道、多坡道等复杂路况，为探讨该复杂路况下的闸门大件设备运输稳定性问题，以国内某大型航运枢纽为例，建立了闸门运输动态仿真模型，利用该模型分析了多种进场路况下航运枢纽闸门的运输稳定性。结果表明：闸门运输稳定性随车速的增大而降低，进场道路的弯道半径及坡度对运输稳定性有明显影响；对于弯道路段，闸门大件运输车辆低速（v ≤ 20 km/h）行驶时应将横向荷载转移率|LTR|值控制在0.43以内，高速（20 km/h < v ≤ 30 km/h）行驶时应将|LTR|值控制在0.53以内；对于坡道路段，为防止车辆制动失效发生滚翻事故，需合理匹配运输速度与坡度，当运输车辆速度为20、30 km/h时，坡道坡度应分别控制在7.2%和6.3%以内。研究成果可为航运枢纽闸门运输方案的科学制定提供参考。

及时地识别事故类型、事故点位、事故发生时间、事故流量等事故信息是渠道长久稳定运行的必要条件，也是建设水利智慧化的必然要求。基于事故状态下的水力响应模型提出了包含事故类型判断及报警、事故点位及事故发生时间计算、事故流量过程计算3部分内容的渠隧系统事故识别模型，并在犬木塘总干渠的HEC-RAS模型上对事故识别模型进行了检验，结果表明：①该模型能够有效识别事故工况，且未发生事故的渠池不会误判；②模型的事故识别率为95.8%，误报率为0%，基本满足事故识别要求；③事故识别模型可识别的最小事故流量为0.15 m³/s，可以满足实际应用需求。

龚嘴电站运行长达50多年，压力钢管有布置在厂房的明管段，近年检测发现压力钢管因存在磨蚀导致管壁减薄潜在安全运行的危险。开展了水轮机甩负荷的压力钢管应力试验测试和强度数模分析，并研发了压力钢管应力和应变监测系统，该监测系统具备实时监测能力和预报警功能。压力钢管壁厚目前已减薄到28 mm左右，研究表明，在各甩负荷情况，暂不会出现爆管等情况，但如果钢管壁厚减薄到约24 mm后，发生甩负荷时钢管的最大等效应力，将会逼近安全值，建议在因磨损等原因导致钢管壁厚减薄到24 mm左右后，应该加强对管道系统的维护或更换。

高效、精确进行混凝土坝缺陷图像检测分析是确保大坝安全运行的必要工作。针对混凝土坝表面缺陷图像具有多类别、独特性以及现有大坝现场巡视检查高质量样本不足等问题，首先通过自制混凝土板模拟裂缝和渗漏等典型缺陷，构建混凝土坝多类别缺陷数据集，进而采用Yolov8+U-Net“两步法”建立混凝土坝多类别表面缺陷检测分析模型，最后以某混凝土重力坝现场巡视检查表面缺陷图像作为测试对象，采用所建立的检测分析模型进行智能检测。结果表明，采用Yolov8+U-Net算法的“两步法”模型可实现混凝土坝渗水和裂缝缺陷的高效、准确检测，所建模型识别定位精确率为0.84、召回率为0.98，分割精确率为0.91、召回率为0.71。

虹吸式蚁穴具有复杂的结构和水力特性，对堤防渗流稳定的影响机理尤其复杂，构成的安全隐患也更为严重。研究分析了虹吸式蚁穴在动态发展过程中，受洪水涨落影响，可能导致堤防塌陷甚至决口的破坏机理。以洞庭湖区某典型土堤为研究对象，构建虹吸式蚁道上部土体受力模型，基于极限平衡分析原理，推导出了蚁道在高水位和洪水回落时保持稳定的条件；利用有限元软件，分析虹吸式蚁穴对堤防渗流和稳定的影响规律，并根据研究结果，提出白蚁防治的相关建议。结果表明，虹吸式蚁巢直径的发展变大会导致浸润线位置明显上溯，在主巢周围形成高压区；在水位没过蚁穴最高点时，蚁道才开始导水，蚁穴发展的早期阶段背水坡渗流量增长剧烈，发展到较大规模时，渗流量增长趋于稳定；内含不同规模蚁穴的堤防稳定安全系数会有1.5%~15%的不同程度的下降。

准确的地下水位预测对于灌区地下水资源管理有着重要意义。然而，由于灌区非结构化的井位数据难以处理，传统的深度学习方法未考虑灌区各监测井的空间位置关系和各井的自身属性，导致深度学习模型严重缺少物理可解释性。充分考虑各监测井空间位置关系和井点静态属性以构建有充分物理含义的图结构，提出基于图神经网络的GWN模型，以河套灌区义长灌域为例，结合EEMD算法对地下水位数据进行预处理，模型地下水位预测结果与两个基线模型LSTM和GRU进行对比以验证模型的合理性。结果表明：添加EEMD算法的GWN模型相较于基线模型结果更优，MAE、RMSE、NSE等统计指标均优于基线模型；同时相较于基线模型的单井预测，GWN模型可同时预测所有监测井的水位，预测效率明显提高；此外包含物理意义的图结构经自适应迭代更新后再现了具有物理背景的灌域地下水网络，各井间的相互关系及原因可结合静态属性分布图从邻接矩阵中直观解读。总之，该模型有着良好的地下水位预测效果和可解释性，可为内蒙古河套灌区义长灌域地下水位管理提供参考。

库布齐沙漠为我国第七大沙漠，面临着农业干旱和盐碱地频发的严峻挑战，主要原因为地下水资源的过度开发利用，进一步加剧了土壤盐碱化的严重性。因此，研究选取内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗作为研究区域，旨在构建一个用于监测区域性土壤水分（Soil Moisture Content，SMC）和向日葵生长情况的时间序列监测系统。研究基于长时间序列的Landsat 8、MODIS以及无人机航拍数据，综合多种植被指数对向日葵生长状况进行全面分析，同时应用多种干旱指数对区域性向日葵土壤水分信息进行反演。研究结果表明：①VSWI（植被水分胁迫指数）在捕捉SMC动态方面具有较高精度（r>0.65）；②干旱指数在捕捉向日葵SMC动态时，其性能会受到变量特征、温度和作物覆盖度等因素的影响，导致VSWI、TCI（温度状况指数）、VCI（植被状况指数）、VHI（植被健康指数）和TVDI（温度-植被干旱指数）的性能下降；③VSWI结合NDRE（归一化差异红边指数）和GNDVI（绿色归一化差异植被指数）能够实时监测作物的需水情况和营养状况。本研究提出的工具能够精准提取向日葵的生长状态及土壤水分信息，为干旱和半干旱地区的水资源管理和农作物的优化灌溉提供了科学支持。

河北省水资源严重短缺，长期依靠超采地下水支撑经济社会发展，引发地下水位下降、河道断流、地面沉降等一系列生态环境问题。现行的农业灌溉用水定额标准颁布于2017年，已无法满足当前及今后的水资源管理需求。以河北省晋州市为例，从节水减排的角度出发，采用理论值法对晋州市灌溉定额进行调整研究。通过分析晋州市1960-2020年间的降水频率，计算出不同水文年型下的有效降雨量；利用彭曼公式计算作物全生育期的逐日参考作物蒸发蒸腾量，由作物需水量、有效降水量、地下水入渗补给量以及非工程措施节水量，计算出冬小麦-夏玉米不同水文年型下的灌溉定额。结果表明，调整后的丰水年、平水年、枯水年灌溉定额依次为111.6、309.24、364.67 mm，为晋州市的水资源管理和社会可持续发展奠定良好的基础。

为满足水资源紧缺地区开展水权分配和交易等工作需求，研究提出大中型灌区渠道衬砌节水能力评估方法。以我国西北某灌区为例，采用理论计算、现场量测两种方法分别评估工程理论节水量和工程实际节水量，对2018-2020年灌区实施节水改造工程的节水能力进行了评估分析。结果表明：衬砌渠段工程理论节水量和工程实际节水量分别为4 287.76万m3和4 507.98 万m3，折算至渠首工程理论节水量和实际节水量分别为4 718.12 万 m3和4 861.02 万m3，两种方法得到的结果较为接近。研究过程及结果可为开展灌区节水能力评估提供技术依据，为推动灌区实施节水压采和水权转让提供技术支撑。

农村堰塘用水权交易是推进农村水资源可持续利用的“高效能”“高质量”手段。目前，我国农村范围内虽已零星开展堰塘用水权交易实践，但这些探索多以试点形式存在，尚未总结出系统的、广泛适用的交易模式，从而制约了堰塘用水权市场化的推广。选取湖南、湖北、安徽、四川、江西五省作为典型区域，聚焦堰塘水资源资产化和集约利用的核心理念，系统探讨了堰塘用水权市场化再分配的有效路径。根据堰塘水权确权到村集体和确权到农户的两种情形，提出以村集体和农户分别为出让主体的两类堰塘用水权交易模式，并深入探讨了交易模式在不同情境下的适用性。结合堰塘水资源的特点和实际用水需求，进一步提出多形式、多层次的堰塘用水权市场化交易模式，以适应农村多样化的用水场景。为促进堰塘用水权交易市场的规范化发展，本文从制度建设、基础设施完善和服务保障等方面提出了四项建议，包括推进农村堰塘水权制度建设、健全农村水网基础设施、推广简易监测装置和水权交易平台、鼓励发展第三方服务机构等。本文研究结果可为农村堰塘用水权市场化交易提供重要的理论支持和实践参考，不仅有助于农村小微水体治理、小型水利设施维修管护，也为农村水资源管理和市场化改革探索了新思路。

混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动特性是机组稳定运行的最大威胁。为缓解尾水管涡带并降低压力脉动幅值，设计了两种结构优化方案，采用数值模拟的方法对尾水管内的流动特性及压力脉动特性进行了分析。通过对比发现，尽管安装导流装置或加沟槽后，压力脉动幅值均能有效降低，但增加尾水管导流装置的效率更高。最终认为，在尾水管中增加导流板可以有效的优化机组的稳定性，提高机组宽负荷运行性能提供解决思路。

为研究立式混流泵在运行过程中过流部件能量损失机理，以某泵站机组为研究对象，采用SST k-ω湍流模型结合熵产理论方法，对设计叶片角度下混流泵5种流量工况进行定常数值模拟，深入探讨泵内部能量损失机理。研究结果表明：混流泵水力性能数值模拟结果与模型试验结论基本一致，误差在10%以内。进口域、转轮域熵产与水泵流量存在正相关，随流量的增大熵产增加。然而在设计流量附近整体、导叶域及出口域熵产值最小。其中，转轮域能量损失分为湍流熵产和壁面熵产，主要能量损失来源于叶片表面流动分离及动静干涉现象。导叶区域湍流熵产占比较大，产生原因为水流入流角与导叶安放角不匹配导致产生涡结构进而引发熵产增加。

压力脉动会诱发泵的振动和噪声，威胁机组的安全稳定运行。以某超大流量大功率大型离心泵为研究对象，建立了原型泵的全流道三维模型，采用数值模拟方法研究了活动导叶对离心泵能量特性、内流特性和压力脉动特性的调节作用。结果表明：活动导叶能够显著改善固定导叶内的压力周向不均匀特征，有效抑制固定导叶内的流动分离，通过减小流体的径向速度实现动能的充分回收，并使叶轮内的压力脉动主频向低频方向迁移，有利于提高泵的效率和运行稳定性。

为探究泵站在新的断流模式下水泵机组顺利启停过渡的超驼峰极限水位，根据带拍门的快速闸门断流新模式，建立对应的超驼峰启停过渡过程数学模型，通过MATLAB 软件对该数学模型进行求解，获取启停过渡过程中的轴流泵机组特性曲线，进而确定轴流泵站可以安全运行的超驼峰极限水位。研究结果表明，在超驼峰水位工况启动过程中，相较于传统的开闸启动模式，闭闸拍门启动的新模式不仅不会出现江水倒灌的情况且机组启动功率更小；两段式关闸有效避免了水泵事故停机进入飞逸工况，保证轴流泵机组运行安全；结合机组启停特性，确定了泵站可以在超驼峰3.30 m的水位时稳定运行。研究结论为轴流泵站在超驼峰水位下启停过渡过程提供理论指导。