目前对长江中下游现有水生态评价研究侧重单要素，难以连续揭示干扰效应的不足。面向长江中下游流域构建了区域化物理完整性评价框架，选取水文连接性、洪水调蓄、物理栖息地结构、水质净化与生态连通性五大核心功能，映射七类压力源并确定权重，形成物理完整性指数（IPI）并绘制地图，同时计算人类活动指数（HAI）以量化人类活动强度，定量揭示IPI对人类干扰的响应敏感度，为大尺度水生态物理完整性评价提供了新的量化工具。结果显示，研究区域IPI空间格局长期保持“城镇低、平原中、丘陵高”的梯度分异，2015-2020年极低IPI斑块面积增幅近70%；IPI和人类干扰的关系呈四段式非线性，识别出HAI=0.35的崩溃点、0.50＜HAI≤0.70的高弹性窗口、HAI＞0.75的边际递减；丰水期IPI均值较枯水期高0.10~0.30，湖群周缘差值可达0.20，93%的区域表现出季节完整性下降，洪泛—植被协同是季节差异的主要驱动。提出了“推离0.35—跨越0.50—守住0.75”的分区调控思路，为水生态治理与修复提供了可操作的定量参考依据，并为其他流域的水生态物理完整性评价提供了可复制的技术路径。

为探讨微藻在景电灌区农业灌溉退水养殖条件下的固碳效应及其对水质净化的效果。以钝顶螺旋藻为试材，农业灌溉退水作为养殖用水，研究不同CO₂体积分数（0.03%为对照组，1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%）对螺旋藻生长、生物量、品质及固碳效应的影响，并评估最佳CO₂体积分数下对灌溉退水水质的改善效果。结果表明，随着养殖时间的延长，各CO₂体积分数处理组的螺旋藻生长速率、生物量、含碳量、固碳速率以及可溶性蛋白和糖含量均显著高于对照组。生长速率和固碳速率呈现先增加后降低的趋势。在CO₂体积分数为4.0%时，螺旋藻的生长速率、生物量、含碳量、固碳速率以及可溶性蛋白和糖含量（胞内多糖、胞外多糖）均达到最高水平，分别较对照组提高了153.1%、147.1%、81.7%、374.1%、56.5%（35.1%、27.4%）。在最佳CO₂体积分数为4.0%条件下，经过90天养殖，退水中COD_Cr、BOD5、NH3-N、TP和TN的去除率分别为75.64%、90.49%、28.20%、68.42%和90.73%。pH、COD_Cr、BOD₅、TP和TN浓度均符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中III类标准限值。研究为钝顶螺旋藻在农业灌溉退水条件下固定CO₂和水质净化中的应用提供了理论依据。

水库坝前水温分布是决定水库叠梁门分层取水能否取得成效的关键因素之一，但关于垂向水温预测的方法多为数值模拟，其较低的计算效率及较多的参数设置限制了其在实际工程中的应用，为了快速预测水库坝前垂向水温，提出了基于Transformer结构的垂向水温预测方法，在此基础上将滑动窗口内的时间序列均值与方差统一至相同分布类型，解决时间序列分布偏移问题改进传统模型，以溪洛渡2020-2023年1月至5月垂向水温分布数据开展训练和验证，最后对比了传统Transformer模型与改进模型误差，研究结果表明：传统Transformer模型能够较好模拟垂向水温分布趋势，但在温跃层及深水层处的水温模拟效果略差，验证集垂向水温均方根误差为0.286 ℃，平均绝对误差为0.203 ℃；将滑动窗口内的时间序列均值与方差统一至相同分布类型后，改进模型验证集垂向水温均方根误差为0.169 ℃，平均绝对误差为0.107 ℃，模拟精度相较传统模型得到大幅提高。通过研究提供了一种水库坝前垂向水温预测方法，可为实际工程中叠梁门分层取水方案编制提供垂向水温预测工具。

在我国北方季节性冻融农业区，春季冻土融化期是氮素面源污染输出的关键阶段，冻融作用通过改变土壤水文过程与氮素转化环境，深刻影响硝酸盐的迁移路径与源汇关系，而传统浓度监测方法难以精准解析复杂冻融条件下的多源混合贡献。研究以典型季节性冻融农业区黑顶子河流域为对象，于2014年冻土融化期（3-4月）开展系统研究，通过布设主河道、支流、农村排污沟及不同下垫面汇流区等17个采样点，分4次（对应融雪初期、融雪后期、降雨产流期、融化后期）采集水样，结合氮氧同位素（δ1?N、δ1?O）示踪技术，解析硝酸盐来源及迁移机制。结果表明：冻土融化期硝酸盐来源与迁移路径具有显著阶段特征。融雪初期（3月中旬），近河道区域农村生活污水和堆肥为主要贡献源，主河道δ1?N均值为6.65‰，硝态氮平均浓度为4.02 mg/L；融雪后期（3月下旬），土壤氮输入占比上升，叠加河道反硝化作用，主河道δ1?N均值升至11.77‰，硝态氮平均浓度下降至3.81 mg/L；降雨产流期（4月初），深层土壤硝态氮经壤中流汇入，主河道δ1?N和δ1?O值显著升高，分别达14.97‰和12.31‰，硝态氮浓度下降至2.68 mg/L；融化后期（4月下旬），地下径流成为主导传输路径，主河道δ1?N均值达18.66‰，浓度降到了2.39 mg/L。研究基于氮氧同位素示踪揭示了季节性冻融农业区冻土融化期硝酸盐迁移路径，为寒区农业面源污染精准防控提供了关键理论依据，也为类似区域同位素示踪应用提供了方法参考。

截流缓释生态坝是一种基于“土工布+砂石料+柳桩”组合的水土保持工程措施，合理的滤层设计对降低坝体运行维护成本，提高工程效益具有重要的意义。研究采用3因素3水平正交设计试验方法，3因素分别为渗透压力（5、10和15 kPa）、固结压力（12、24和36 kPa）和浑水浓度（3%、6%和9%）。观测了过滤体的水平渗透系数、淤堵量、对比分层组合和均匀组合过滤体的渗透特性和淤堵特性，进行了极差分析和敏度分析。结果表明：①均匀组合过滤体的水平渗透系数（0.000 6~0.004 cm/s）随渗透压力增大而单调递减、随固结压力增大呈现先增后减趋势、随浑水浓度升高呈现先减后增趋势，随着渗透压力、固结压力和浑水浓度的增加，分层组合过滤体的水平渗透系数（0.001~0.006 cm/s）变化范围小，对水流通过坝体的干扰性弱； ②极差分析显示，影响均匀组合渗透的主次因素为渗透压力>固结压力>浑水浓度，而分层组合则为浑水浓度>固结压力>渗透压力，敏度分析进一步证实，分层组合过滤体通过不同层级渗透互补，显著弱化了水平渗透系数对渗透压力和固结压力的敏感性，对浑水浓度的敏度则随浓度增加而降低；③在3% ~ 9%浑水浓度下，分层组合滤层淤堵率（2.22%~3.14%）略低于均匀组合滤层（2.36%~3.25%），在坝体长期运行中，分层组合滤层累积淤堵量显著低于均匀组合，从而增加了坝体的稳定性，延长了使用周期。研究证实了分层组合滤层设计的合理性，提出了截流缓释生态坝的滤层设计方案，为截流缓释生态坝的设计提供科学依据。

长江流域是我国重要的生态经济带，其碳储量动态对区域碳平衡至关重要。研究集成PLUS与InVEST模型，结合地理探测器和多情景模拟，分析2000-2020年长江流域碳储量演变特征及驱动机制，并对长江流域2030年碳储量进行预测。结果表明：长江流域碳储量在2000-2020年从4.24亿t增至4.42亿t，空间分布不均，林地贡献超55%。高程、坡度、气温和生产总值是主要驱动因子，交互作用呈非线性增强。多情景预测显示，2030年碳储量对气候路径敏感，SSP5-8.5情景碳储量最高（492~493亿t），土地利用政策影响相对较小。研究发现气候因子主导碳储量变化，土地利用政策对地类结构具有调控作用，研究为流域低碳发展提供了科学依据。

实施流域生态补偿对提升水资源高效利用和促进生态保护与高质量发展具有重要意义，然而，补偿标准的合理性一直是补偿工作的难点。研究基于退耕还林（草）工程背景，创新性地探索从广义水资源的角度，设计基于水足迹生态补偿模型、总成本修正模型、水资源价值法测算流域生态补偿标准的框架，结合博弈论模拟流域横向生态补偿博弈过程，首先通过水足迹模型量化生态服务价值流，确定补偿方向，然后引入总成本修正模型，核算生态保护的成本，同时结合水资源价值法，建立基于市场调节的定价机制。以延河流域为例，探讨补偿结果的合理性。结果表明：基于水足迹的补偿模型能有效识别生态服务供需关系，可以判断补偿方向，计算出下游认为上游愿意接受的最低补偿为0.43亿元；总成本修正模型揭示了下游支付意愿上限与上游成本回收底线之间的显著差异，测算出下游愿意支付的最高补偿额度是3.31亿元，上游接受补偿的最低标准是1.92亿元；通过合作博弈模型求解的纳什均衡解表明，当下游向上游支付1.99亿元生态补偿，同时上游向下游提供0.63亿元生态补偿，可实现流域整体效益最大化。研究结果表明采用多种方法耦合计算双方接受补偿的意愿，并通过博弈判断双方最终实现合作的最优解，可以为实现横向生态补偿提供参考。

为了降低河湖底泥固化成本并实现对农业废弃物资源化利用，研究以水稻秸秆、水泥、粉煤灰和复合芽孢杆菌这四种常见材料为核心，通过四因素三水平正交实验（水稻秸秆1%~3%、水泥0~10 g/kg、粉煤灰0~10 g/kg和复合芽孢杆菌0.01~1 g/L），探究不同材料配比对底泥固化效果及上覆水环境的影响。结果表明：固化材料对上覆水环境和底泥特性影响显著，其中固化材料添加使上覆水中的COD、TN和TP浓度分别增加了17.03%~404.89%、2.16%~53.04%和23.48%~758.70%，同时降低了上覆水体中DOM的内源性输入和腐殖化程度，且高水泥添加会提高CDOM浓度。固化材料提升了底泥粒径和强度，其中紧实度较CK提高了91.12%~210.77%，而含水率减少了29.96%~68.30%；水泥添加显著增加了底泥中值粒径、紧实度和抗压强度（p< 0.01），而秸秆添加显著降低了底泥中的含水率（p< 0.05）。扫描电镜观察发现，固化材料通过生成凝胶产物与纤维“桥”效应，增强底泥骨架结构与孔隙度，改善微观稳定性。同时，固化材料的添加改变了底泥中营养盐的赋存状态，使底泥中的SOM、STN和SAP含量较CK分别增加了11.93%~271.37%、7.43%~60.32%和11.12%~304.51%，其中Z7、Z8和Z9因营养盐浓度过高可能不利于水生植物的生长。通过综合评分发现Z6：水稻秸秆1%、水泥5 g/kg、粉煤灰10 g/kg和复合芽孢杆菌0.1 g/L，该组不仅具备较高的底泥紧实度与抗压强度，还能有效控制营养盐释放，兼顾工程强度需求与生态安全性，为低成本和生态友好型底泥固化技术提供了可行方案，对推动农业废弃物资源化与河湖底泥治理产业化具有重要意义。

为高效率高精度地开展地下水污染源反演，采用了深度学习中的长短期神经网络模型（LSTM，Long Short-Term Memory）与多层感知机（MLP，Multilayer Perceptron）方法，建立了污染质运移模拟模型的代理模型。接着应用DREAM-MCMC算法，并采用自适应更新策略对地下水污染源反演结果进行识别，最后用敏感性分析对反演结果进行了讨论，进而构建了一套地下水污染源反演体系。采用两个数值算例对上述构建的体系进行验证，结果表明：在运用LSTM方法建立代理模型的情况下，算例1的3个评估指标R2（确定性系数）、MSE（均方误差）和MRE（平均相对误差）分别达到0.9999、0.03和0.001，而算例2中分别为0.883 4、333.65和0.362，对比应用MLP方法建立的代理模型在算例1中的3个指标分别为0.999 1、0.76和0.005，在算例2中分别是0.8103、665.42和0.262。结果可见，LSTM构建的代理模型对模拟模型的逼近精度更高。将DREAM-MCMC算法与自适应更新策略的LSTM代理模型相结合，并与未采用自适应更新策略的反演方法进行对比。经计算可得，结合自适应更新策略的方法在反演结果上基本表现出更低的相对误差，验证了其策略可显著提升反演精度。最后对反演结果进行敏感性分析，进一步揭示了二者之间的关系。两个数值算例的结果证明了此套体系可以高效精准地解决地下水污染源反演问题，为解决地下水污染问题提供了新的思考。

聚焦应用水库调度规程指导水库调度，面对复杂水库调度规程时高效精准检索与智能化推理难题展开研究。传统水库调度规程的检索方式（专家规程库、知识图谱）在应对复杂规程时，存在检索精度不足、智能推理能力薄弱及自然语言交互缺失等问题，难以满足现代水库调度决策需求。为此，构建基于大语言模型（LLMs）的复杂水库调度规程检索增强生成系统和决策框架。通过高维向量处理技术，提出处理水库调度规程的高效向量化方法，建立专业化知识库；结合规程特性设计提示词工程，依托思维链（CoT）与代码优先策略强化逻辑推理能力。基于ChatGLM4开源大语言模型搭建知识库系统，利用高效的知识库检索和信息匹配查询机制，通过向量数据库与提示词工程实现规程知识深度注入，显著提升检索精度、效率及推理能力。研究结果表明，相较传统方法，基于大语言模型的水库调度规程检索增强方法在多维评估指标中全面占优，其中答案相似度平均得分为0.94，答案相关度为0.90，答案正确性为0.75，语境精准率为0.92，为应用水库调度规程指导水库调度提供智能化、高精度的创新路径。

区域经济发展水平的不均衡和全球气候变化的加剧，使得水网安全稳定运行的问题日益凸显。同时水网在运行过程中同时面临天然径流随机波动和需水量动态变化的双重不确定性挑战，基于确定性假设的传统优化调度方法已难以有效应对复杂水网系统在极端环境下的运行需求。为提升水网在极端场景下的鲁棒性和灵活性，本文基于两阶段鲁棒优化（Two-stage Robust Optimization）理论，提出了min-max-min结构的鲁棒优化模型，并采用盒式不确定集（Box Uncertainty Set）描述水库径流和需水量的不确定性，考虑水网取水口、调蓄工程、输水管网及受水区等各单元的运行约束，构建了水网多单元联调的两阶段鲁棒优化模型。通过列与约束生成（Column and Constraint Generation）算法与强对偶理论，将原问题分解为主-子问题进行动态优化求解，并以环北部湾广东水资源配置工程为例，依托径流模拟结果开展数值模拟与对比分析。结果表明：①与确定性方法相比，优化模型在极端场景下可提高系统的鲁棒性，提升水资源利用率；②通过调整不确定性调节参数，可实现对调度方案的灵活调控，满足不同水文条件下的实际需求；③在各水文典型年调蓄工程仍能安全稳定运行，充分验证了模型的长期稳定性和适用性。本研究为水网系统调度提供了科学的决策支持工具，可提升水网系统的韧性与智慧调度水平，对提高水资源配置效率和保障水安全具有重要的实践价值。

为了明晰京津冀地区复合干旱高温事件（Compound Drought and Hot Events：CDHE）的变化特征，为防灾减灾以及应对气候变化提供理论参考，采用京津冀地区1961-2023逐年6-8月的月降水和气温格点数据，分别用标准化降水指数SPI和标准化气温指数STI识别夏季干旱和高温事件，进而采用Copula函数和生存Kendall重现期探究了夏季CDHE及其重现期的变化规律，结果表明：①京津冀地区高温和干旱事件的强度、频次以及发生范围于1994年以后均呈增加趋势，其中高温事件的变化更显著；②在1994年以前，京津冀地区很少发生CDHE，且很多类型的CDHE发生次数为零；在1994年以后，发生次数明显增多且涉及了CDHE的所有类型，但主要以P1T1、P2T1这样的轻度CDHE为主；③生存Kendall重现期分析结果表明：当高温和干旱事件的强度均不超过中度时，由此构成的CDHE的重现期大多数情况不超过50年；两者至少有一个的强度达到重度或以上时，CDHE的重现期大多在50年以上；若CDHE的严重程度不低于6，则其重现期绝大部分在100年以上；④1961到2023年CDHE的空间分布与其生存Kendall重现期的空间格局一致表明：北纬39°线以北的地区更容易发生CDHE；⑤CDHE的AND重现期与其实际发生情况对比分析表明：AND重现期不仅在逻辑上存在矛盾，而且明显低估了CDHE的风险。当前，相较于其他基于Copula 函数的双变量重现期的定义，生存Kendall重现期是量化复合干旱高温事件风险较为严谨、合理的计算方法。

在全球气候变化大背景下，气候事件的突发性、极端性、反常性日益凸显，研究三峡库区极端气候指数的演变，有助于加深对库区极端气候事件的认识，可为库区防灾减灾和水库优化调度提供一定的技术支撑。基于三峡库区19个气象站点的气象数据，选取13个极端气候指数，采用Mann-Kendall趋势和突变检验，重点分析了三峡水库建设前后极端气候指数的时空演变特征，进一步基于多元线性回归贡献度，分析了水平距离和垂直高差对极端气温指数的影响机制，并明确了二者的影响范围。结果表明：①历年来库区TN90p、TX90p、TNn指数显著上升，CSDI、FD0、TN10p、TX10p则显著下降；②库区SU35、TN90p、TX90p、RX5day、R95p指数在三峡水库建设前后存在突变点，库区对上述指数的影响作用较为显著；③库区WSDI、SU35、TN90p、TX90p、TNn、TNx线性倾向率增加区域主要集中在靠近库区等地，减小区域则集中在远离库区等地；而CSDI、TN10p、TX10p指数变化区域则反之；④站点距库区水体的水平距离和垂直高差对各极端气温指数的调节作用明显，库区最大水平影响距离约1.0~1.5 km，最大垂向影响距离约150~190 m；在横向影响范围内可使SU35增加7.17 d/10 a，TNx增加0.88 ℃/10 a；⑤水平距离对各极端气温指数影响的贡献度在45%~87%之间，垂向高差的贡献度则为13%~55%；⑥库区水体在夏季储热效果明显，在冬季有一个放热的过程。

旱涝急转事件规律分析多采用单一数据源，为评估多源融合数据在识别旱涝急转事件中的适用性，本研究基于最优插值法融合实测、再分析与卫星降水数据，构建小清河流域1956–2021年多源降水融合序列，并利用通过Mann-Kendall检验法、BEAST变化点检测法、小波分析法等方法分析标准化旱涝急转指数（SDWAI）长、短周期旱涝急转事件的时空演变特征。结果表明：多源融合数据在精度上显著优于双源融合数据，各月R2均有所提升，其中8月增幅达0.30，在站点处对降水动态过程的刻画更为准确。时序上，基于多源融合数据的分析表明，长周期与短周期7-8月SDWAI均呈现上升趋势，短周期6-7、8-9月均呈现下降趋势。长周期、短周期8-9月未来趋势与过去66年趋势相同，短周期6-7、7-8月未来趋势与历年趋势相反。多源融合数据识别出的各尺度最可能突变年份（长周期1997年，短周期6-7月1980年、7-8月1987年、8-9月1998年）与基于实测数据的结果高度一致。长周期以18 a为主周期，短周期6-7月、7-8月和8-9月的主周期分别为33、12和40 a。空间上，长周期整体呈涝转旱趋势，空间呈“西高-中低-东高”格局，东西部旱转涝明显，中部涝转旱突出；短周期6-7月整体呈现涝转旱，空间上自西向东由涝转旱过渡为旱转涝；7-8月整体旱转涝占主导，中部涝转旱强度较高，东西两侧以旱转涝为主；8-9月则以涝转旱为主，西北为旱转涝高强度区，东南为涝转旱高强度区。此外，旱涝急转事件发生频次的空间分布与SDWAI值高度一致，高值区以旱转涝事件为主，低值区则以涝转旱事件为主导。

长江上游是气候变化脆弱区，气候变化将进一步加剧长江上游旱涝灾害的发生频率，为深入探究长江上游水文气象干旱的演变规律及其影响因素，基于长江上游月尺度气象数据计算了SPEI指数，筛选识别了长江上游流域气象干旱事件，分析了气象干旱事件的演变特征；基于流域内7个站点实测日径流数据，利用最优累积分布函数计算了水文干旱指数SRI，分析了水文干旱事件的变化规律，利用各种时间尺度下最大皮尔逊相关系数（MPCC）和交叉小波变换方法定量分析气象干旱到水文干旱之间的传播特征，并采用XGBoost-SHAP方法探究了水文气象干旱事件的影响因素。结果表明：长江上游流域气象干旱呈现西北少东南多的空间格局，强度自西向东递增，干旱事件发生的总强度和总历时的分布基本上保持一致，干旱峰值与干旱强度的分布近似相反。上游流域整体上夏季和冬季发生水文干旱次数较多，春季发生水文干旱的次数较少，长历时干旱事件占所有干旱事件的比例为36.9%。气象干旱向水文干旱传播具有时滞效应，传播时间呈现显著时空差异；干旱传播受流域特性和季节气候共同影响，夏季响应更快，冬季滞后效应显著；气象干旱更依赖局地气象要素（降水、气温、PET），而水文干旱更受大尺度气候振荡（ENSO、PDO、太阳活动）调控。

作为简化河道汇流演算的经典水文学方法，马斯京根法在流域洪水预报与产汇流分析中尤为重要。然而，在区间产流影响显著或上游为水库控制站的流域，马斯京根法存在参数率定困难和预报精度不足的问题，针对上述问题，提出一种结合随机森林模型与基于河段特征的公式化马斯京根法的洪水模拟框架。该方法以CMFD降水数据和ERA5-Land蒸散发数据作为输入，利用随机森林挖掘降水-蒸散发-径流之间的非线性关系，模拟缺资料地区的区间产流过程；结合基于河段特征估算参数的马斯京根法，进行洪水演进计算，最终将区间模拟流量与河道演算流量叠加，构建下游断面完整的洪水过程线。结果表明，CMFD降水数据在研究区站点尺度与流域尺度均表现出良好的适用性；随机森林模型在训练期与验证期均表现出良好性能，纳什效率系数（NSE）多在0.9以上；与单独采用区间降雨径流模型或仅进行河道演算的传统方案相比，本研究的耦合方法显著提升了出口断面流量模拟精度，洪峰流量与峰现时间拟合效果明显改善。本研究为解决上游受水库调控、区间缺资料流域的洪水预报难题提供了有效途径，具有较强的实用性与推广价值。

评价区域农业水资源空间均衡状态并提出优化策略，对提升水土资源配置效率和保障粮食安全具有重要价值。基于对农业水资源空间均衡的内涵特征、识别标准和经济学理论分析，构建农业水资源空间均衡评价指标体系，融合多目标规划与NSGA-Ⅱ算法建立优化模型，选取2013-2022年湖南省14个地州市数据开展实证分析。研究发现：①益阳、永州2市实现农业水资源空间均衡，且为适配均衡水平；湘西、张家界、怀化和郴州4个地州市处于闲置型空间失衡；长沙、株洲、湘潭、邵阳、娄底、岳阳、常德和衡阳8市属于短缺型空间失衡。②优化结果表明均衡区农业供用水量需减少6.71亿m3，闲置型失衡区农业供用水量应增加7.16亿m3，短缺型失衡区农业供用水量需减少16.59亿m3，通过供需协同调控可实现总供用水量减少16.13亿m3，农业供用水效率进一步提升。③综合评价与优化结果，提出供需匹配导向的差异化调控策略，适配均衡区应强化系统韧性，通过技术升级与管理创新提升水资源效率与农业生产力，实现高质量均衡；闲置型空间失衡区需激活资源潜力，重点发展高附加值农业并推进水权交易，促进闲置水资源价值转化；短缺型空间失衡区须强化用水约束、挖掘水源潜力，严守水资源开发上限与生态红线，防范系统风险。

针对供水工程中的长引水系统消能电站过渡过程，提出发电机组-供水阀门协同运行新策略。通过构建带供水阀门的消能电站过渡过程仿真模型，系统对比分析了阀门协同与未协同运行模式下的发电机组过渡过程。研究结果表明，阀门协同运行可有效改善发电机组过渡过程，具体表现为：显著降低大波动工况下的水击压力，最大压力减小了22.42%；有效抑制水力干扰工况中受干扰机组的出力波动，出力摆动幅度减少了91.28%；大幅改善小波动工况下的机组调节品质，转速调节时间缩短了20.19%，最大转速偏差减少了19.13%。对于无调压室长引水系统消能电站，通过采用发电机组-供水阀门协同运行策略，可较好解决消能电站机组小波动调节品质难以满足运行要求的难题，为长引水系统消能电站取消调压室的设计提供了新思路。研究成果为无调压室长引水系统消能电站的安全高效运行提供了重要技术支撑。

随着以风光等新能源为主体的新型电力系统建设推进，新能源出力的波动性和随机性对调节电源保障运行提出了更高要求。研究提出一种面向新能源消纳的抽水蓄能电站削峰填谷运行的优化调度方法，分别以最大化电站发电效益和最小化电网剩余负荷波动性为目标，构建了抽水蓄能电站优化调度模型，采用自适应遗传算法优化了抽蓄电站调度运行。以湖南省某抽水蓄能电站为研究对象，选取典型负荷场景进行模拟分析。研究结果表明：12个典型日负荷场景下，以提升发电效益为目标的优化调度方案，考虑旋转备用要求可以显著提升抽水蓄能电站运行收益，电站日平均净效益达291.42万元；相比抽水蓄能电站未投运时，以降低剩余负荷波动性为目标的优化调度方案，电网剩余负荷日平均标准差由2 864 MW降至2 423 MW（降低16%），电网剩余负荷日平均离差系数由0.27降至0.22（降幅17%）。研究成果为抽水蓄能电站提质增效提供技术支撑。

水电站多机共输水系统并网运行，各机组间动态调节存在水力、电气共扰和互扰，严重影响机组调节品质。为此，深入研究水电站多机共输水系统并网运行各机组间的水力和电气特性，建立了水电站多机共输水系统并网运行数学模型，提出了多目标协调优化运行方法。首先，研究分析了典型水电站多机共输水系统并网运行耦合系统动力学特性。进一步，采用NSGA-III算法优化仿真了耦合系统的动态特性。结果表明：各机组间引水管道水流惯性时间常数和水力损失偏差越大对耦合系统的动态调节性能影响越大；系统负荷偏差向引水管道水流惯性时间常数和水力损失较小的机组倾斜分配，耦合系统能获得更优的调节性能；所提的多目标协调优化策略能够有效协调各机组动态响应性能，获得耦合系统最优综合性能，为水电站多机并网优化运行奠定良好的理论与技术基础。

针对水电机组轴系运行过程中故障特征提取不充分、故障类型难以高效识别的问题，提出一种基于多策略改进三角拓扑聚合优化算法（ITTAO）优化变分模态分解（VMD）参数，结合卷积神经网络和双向长短期记忆网络（CNN-BiLSTM）的水电机组轴系故障诊断方法。首先，采用ITTAO算法对VMD分解的模态分量参数K和惩罚因子α进行寻优，实现振动信号的自适应分解；其次，利用最优VMD参数分解振动信号，提取最佳IMF分量的时频特征构建多维融合特征矩阵；最后，将所提取特征输入CNN-BiLSTM诊断模型，利用其强大的时空特征提取能力，实现故障特征的深层挖掘与精准分类。通过实例验证表明，所提方法能充分提取振动信号的故障特征，可有效提高故障诊断的准确率和稳定性。

为了减轻多泥沙河流高含沙量带来的水轮机磨损和运行风险，提出了一种适用于低水头水利枢纽的岸边式排沙取水创新方案。该方案基于“以库代池”理念，通过系统性水工建筑物布置与流态优化，实现泥沙的高效分选与沉降，旨在提升水电工程的可靠性与水资源利用效率。在低水头枢纽岸边取水口附近设置导墙，缩窄河宽，增强水流携沙能力以实现束水攻沙；同时设置回水拦沙坎和取水拦沙坎，回水拦沙坎用于实现粗颗粒泥沙的进一步沉积，取水拦沙坎则对较细颗粒悬沙进行二次拦截，实现泥沙的分区梯级沉降；通过引导水流回转至取水口，延长泥沙的沉降路径，使泥沙在回转区进一步沉积，从而在有限空间内提升整体排沙效率，最终实现表层低含沙水的精准提取。模型试验结果表明，该方案可有效利用河长及河宽自然条件，实现泥沙粒径沿程分选：粗颗粒泥沙沉积在上游库区，回水拦沙坎分流分沙，回流水经取水拦沙坎二次筛选，最终实现上层低含沙水进入取水口。该方案具有高效防沙、多措清淤、生态友好、运维便捷等特点，能较大限度利用河流自然条件，在保证电站高效稳定运行的同时更加充分发挥水的效益，具有一定的推广应用前景，尤其适用于我国西北、西南等多泥沙流域的水电开发与水资源利用工程。

针对韩江榕江练江水系连通后续优化工程中泵–管–阀–池–堰多元耦合的梯级调水系统，构建水动力仿真模型对系统运行调度方案进行仿真校核与优化。基于一维管道非恒定流的特征线法，考虑了水泵、调压池、分支管路以及调流阀等复杂水力边界，重点建立了调压池与溢流堰的耦合边界求解方法。结合工程参数开发了VB.NET仿真软件，以系统从静水状态至设计流量的起动过程为例，开展了动态模拟与泵阀协同调控分析。仿真结果表明，经优化的开机方案能够有效抑制水力瞬变，全线压力分布与水池水位变化均满足安全运行要求，系统可实现安全平稳起动。研究成果可为类似复杂梯级调水工程的设计与运行调度提供参考与借鉴。

为研究不同导叶高度旋流器下游螺旋流的沿程变化规律，将导叶高度作为单一控制变量，采用物理试验与数值模拟相结合的方法，对其下游的衰减规律进行分析。结果表明：平均周向流速受沿程阻力影响不断衰减，随导叶高度增大而增大；在距离出口断面500 mm范围内，导叶高度越高平均涡量增大幅度越大，螺旋流向下游发展时，断面平均涡量迅速衰减；在导叶高度为40 mm时，下游断面压强的沿程衰减速率和摩阻系数才有较明显提升；旋流数沿程呈指数型衰减，导叶高度对其衰减速率的影响较小。当导叶高度H在30~35 mm之间时，旋流器兼具高性能与低能耗，是较为经济高效的起旋结构参数。

为研究冲击式水轮机配水环管泥沙磨损特性，采用VOF多相流模型与DPM离散相模型对配水环管内水沙固液两相流进行数值模拟，并运用Oka模型评估其磨损情况。研究揭示了不同粒径泥沙在配水环管内的分布规律及磨损情况，发现泥沙在距离配水环管外壁0.1D（D为管道特征直径）的区域聚集，而由于分岔处二次流的影响，泥沙在喷嘴中靠月牙肋板一侧聚集，此外，受重力作用的影响，泥沙向配水环管底部沉降；磨损集中于喷嘴出口、喷针、底部及月牙肋板；喷嘴出口处磨损最为严重，磨损范围达50%以上；喷针上可见水波纹磨损，与实际工程情况一致；月牙肋板迎流侧存在轻微磨损；相同浓度下泥沙粒径越大，喷嘴出口处磨损范围越大且更不均匀，喷嘴出口射流的稳定性越差。研究明确了配水环管内泥沙的聚集情况与磨损影响因素，为冲击式水轮机抗磨损结构设计及治沙措施制定提供了重要理论依据。

针对传统PID处理带有机械时滞的冲击式水轮机调节系统控制效果不理想的问题，提出一种动态矩阵与分数阶PID（Fractional Order PID，FOPID）相结合的串级控制策略。考虑液压执行机构的机械时滞，建立小波动下冲击式水轮机调节系统数学模型。采用FOPID控制作为内环控制，引入动态矩阵预测控制（Dynamic Matrix Control， DMC）作为外环控制，提出冲击式水轮机调节系统DMC-FOPID串级控制方法。结合量子位Bloch球面坐标编码、翻筋斗策略、反向学习对冠豪猪优化算法（Crested Porcupine Optimizer， CPO）进行改进，提出改进的冠豪猪优化算法（Improved Crested Porcupine Optimizer， ICPO），提高CPO的优化性能。通过ICPO整定优化FOPID参数，并基于Simulink进行控制仿真。结果表明：所提出的串级控制方法可有效改善冲击式水轮机调节系统的控制性能。

为加强对低水头能源的充分利用，低扬程泵站反向发电是实现低水头能源利用的一种有效方式。以竖井贯流泵装置为对象，对正常泵工况与反向发电工况进行全流道数值模拟，对比研究其反向发电工况的瞬变特性。结果表明，在反向发电工况时，高效点出现在1.18 Q_bep 的流量工况，高效区范围约为泵工况的1.43倍。在反向发电工况下，前导叶体轮毂处出现较多正向涡核，随着叶轮持续转动，正反向漩涡相互掺杂。两种工况的压力脉动变化规律基本相似，但在反向发电工况下的C_P 幅值整体更高。比泵工况高出约15%。随着流量增大，叶轮叶片所受轴向力也逐渐增大，相比泵工况运行时，轴向力随时间变化波动更为剧烈，且呈现出更强的周期性。径向力在与泵工况同样呈现出3个较为清晰周期的同时，在不同角度出现多个不规则小波峰。轴向力与径向力的对比分析皆表明其流动特性相比泵工况更为复杂。研究结果可为利用竖井贯流泵装置对低水头能源进行反向发电的安全稳定运行提供参考。

高坝库区边坡在高水位长期浸泡及开挖卸荷作用下，易发生蠕变、拉裂及滑移破坏，威胁坝体及相关基础设施安全。研究以羊曲水电站H1滑坡体及1号变形体为研究对象，现场监测显示边坡在高水位下持续缓慢变形，具有明显蠕变特征。针对库岸边坡变形与开挖风险，构建了蓄水期三维稳定性数值模拟方法，并结合基于长短期记忆网络（LSTM）的机器学习模型对监测位移序列进行预测，有效捕捉蠕变阶段的时序特征与变形趋势。结果表明，高水位条件下H1滑坡体I区中上部为主要变形区，1号变形体未开挖区已出现初始滑移迹象，部分高风险区域存在显著失稳可能性。结合数值模拟与LSTM预测的位移趋势，本研究揭示了库岸边坡在高水位与开挖扰动下的潜在失稳机制，为边坡稳定性评价与水电工程安全运行提供科学依据。

降雨条件下，含软弱夹层的边坡-暗渠系统易发生渗流软化和塑性区扩展威胁边坡稳定性，通过优化暗渠布设可实现对软弱夹层演化与边坡稳定性的协同调控。基于数值模拟，系统分析了不同降雨强度与暗渠埋设位置对边坡变形、塑性区扩展、应力分布及稳定性的影响。结果表明，在地表10 m深度范围内，暗渠中部埋设显著降低了降雨作用下的坡脚位移和孔压累积，同时暗渠改变了地下水的渗流路径，但渠道顶部设置于二级边坡坡顶会导致上覆土体湿化进而竖向沉降。暗渠布设使最大主应力从坡体底部转移至暗渠周围不同区域，不同布设位置对边坡稳定性影响明显，暗渠b位置布设下边坡安全系数最高达2.41。本研究进一步阐释了暗渠优化布设在调控软弱夹层渗流与力学响应方面的作用机理，为降雨条件下边坡稳定性提升提供了理论依据和工程参考。

针对传统风险评估中选取设计阶段固定特征水位的局限性，基于某混凝土坝运行期63年实测水位数据，在日与年两个时间尺度下开展坝前水位统计规律研究。采用Weibull经验公式对日水位超越概率进行无偏估计并绘制超越概率曲线，体现日水位波动特性，用于地震工况下水位参数的估计。选用三参数Burr XII分布、三参数对数正态分布和皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ）分布对年最高水位进行拟合，用于运行期洪水工况下特征水位的校核，结果表明三参数Burr XII分布拟合效果最佳。为后续地震及洪水作用下结构年失效概率的计算提供了更为科学合理的水位参数估计方法。

提出了一种基于多源监测数据与智能算法驱动的大坝风险推理方法。该方法通过耦合改进D-S证据理论与贝叶斯网络（BN），针对D-S证据理论基本概率分配（BPA）值获取主观性较强的局限性，通过云模型将测点实测值不确定性进行量化并生成BPA，再依据冲突因子动态调整融合规则，并将融合后的BPA转化为贝叶斯网络根节点先验概率；进一步结合概率分解法确定条件概率表，从而构建多层级贝叶斯推理网络，实现大坝风险状态的正向概率推理。工程实例应用表明，该方法实现了大坝245个变形测点、48个渗流测点、40个应力应变测点数据的融合，得出该大坝叶节点风险概率为0.855，对应风险等级为“正常”，研究可为大坝工程多源监测数据的高效融合与大坝风险状态的精准推理提供理论支撑。

针对引水隧洞山体围岩渗流场难以准确获取的问题，提出了一种结合有限元计算、Kriging代理模型和粒子群优化（PSO）算法的三维渗流场反演方法。通过构建Kriging代理模型替代计算量巨大的有限元分析，可在相对有限的样本数据基础上实现对渗流场高精度的近似，并利用PSO算法的全局搜索能力对模型输入边界条件进行快速寻优。通过反演某引水隧洞山体渗流场边界条件的算例表明：本文方法能够有效降低计算成本，并使所识别的渗透参数及边界水头更接近实测渗流场；在高埋深段，反演所得的隧洞外水压力与规范计算结果总体趋势一致，但本方法更能反映局部排水措施与地层异质性对渗流场的影响，本方法有望为引水隧洞渗流控制及安全评价提供技术支撑。

高水压环境下岩体变形规律难以明晰，是影响大型水电站安全运行的技术瓶颈。为了研究库水位变化对岩体变形和力学行为的影响，利用自研的模拟深水环境下岩体变形的试验装置，在高水压环境下对不同孔隙度岩体进行了循环水压力试验。研究聚焦循环水压环境下不同孔隙度阳新灰岩应变率和弹性模量变化特性，剖析不同孔隙度岩体在水压力作用下应变率、弹性模量变化规律，结果表明：①阳新灰岩应变量与水压力显示出正相关的特征。随着初始孔隙度增加，阳新灰岩应变量逐渐增大。②阳新灰岩应变率与外部水压力呈现正相关关系，孔隙度低的岩体的应变率变化范围更小。随着水压力循环次数增加，岩体变形逐渐稳定。③随着水压力增大，不同孔隙度的岩体弹性模量相应提高，反之降低。孔隙度越小的岩体弹性模量整体越大。

大坝变形监测数据受时效、温度和库水位等因素影响，具有非线性、非平稳性的特征。为提升大坝变形预测精度和泛化能力，提出一种基于变分模态分解（VMD）与龙卷风优化（TOC）的自注意力模型（Transformer）和门控循环单元（GRU）的土石坝变形预测模型。首先采用VMD将原始监测数据分解为不同频率的模态分量，并对分解后的高频分量采用小波变换阈值降噪；然后使用龙卷风优化算法高效搜索超参数，通过Transformer模型提取全局特征，GRU强化局部时序动态建模，构建基于模态分解的TOC-Transformer-GRU（VMD-TTG）变形预测模型。以某土石坝的110期变形监测数据为例，将VMD-TTG模型与偏最小二乘法（PLS）、TOC-Transformer-GRU、VMD-TOC-Transformer模型进行预测拟合对比。结果表明，VMD-TTG模型平均绝对误差（MAE）和平均绝对百分比误差（MAPE）在0.494以内、均方根误差（RMSE）在0.590以内、决定系数（R² ）在94.2%以上，处理非线性关系的稳定性和可靠性均优于其他模型。

在城镇箱涵原位修复工程中，施工时机的选择，直接关系到工期、成本和风险损失的控制。现有施工时机的选择多依赖经验判断，难以兼顾多属性复杂因素综合影响。基于箱涵施工区段风险与施工窗口导流风险，提出了箱涵施工区段与施工窗口期的风险损失逆序匹配机制，进而结合偏好属性生成备选方案；同时以施工风险损失、施工工期和施工成本等关键影响因素为依据，构建了基于层次分析法（AHP）和序数优先级法（OPA）耦合的城镇箱涵原位修复施工时机多目标优化决策模型。以某箱涵原位修复工程为例，应用AHP-OPA方法，确定以风险规避优先为准则的方案为推荐施工方案，实现了施工成本与工期的优化配置，为箱涵修复工程时机决策提供参考。