机动车行驶过程中产生的轮胎磨损颗粒（TWPs）易随着道路雨水径流进入生物滞留系统（BRS）并发生持续积累，对系统除氮功能产生潜在威胁。为此，考察了TWPs不同胁迫时间下BRS除氮性能的变化规律，并结合TWPs对土壤理化性质和微生物代谢活性的影响，识别了TWPs胁迫对除氮性能的主要驱动因素。结果表明，TWPs短期（0~30 d）胁迫对BRS除污性能无显著影响，但长期（31~101 d）胁迫可减弱BRS对NH₄ ⁺-N和TN的去除能力，去除率分别降低16.90%和6.89%（P<0.001），并显著抑制种植层硝化速率（NR）（P<0.05）。但其可增强底物诱导呼吸速率（SIR）和脱氢酶活性（DHA）（P<0.01）。同时，TWPs长期胁迫可显著提高种植层土壤有机质（SOM）和TN含量，并显著降低土壤NH₄ ⁺-N含量（P<0.01），但其并未对淹没层土壤特性产生影响。此外，偏最小二乘路径模型分析表明，种植层土壤健康化学指标（SOM和TN）与生物学指标（DHA和SIR）间存在强显著正相关的路径效应（0.001<P<0.01），且土壤SIR和DHA的升高是BRS对NH₄ ⁺-N去除性能下降的关键驱动因素。研究证实，TWPs在BRS中的长期累积会对种植层微生物代谢活性产生不利影响，进而直接影响除氮过程。

研究不同时空尺度下的景观格局对城市河流水质的影响，对流域的生态环境保护具有重要意义。以湖北省武汉市范围内的长江流域水系为研究对象，基于2021年全年7个监测断面pH、溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（COD_Mn）、氨氮（NH₃-N）、总磷（TP）、总氮（TN）的统计结果，采用GlobeLand30数据集提取水质监测断面200、500、1 000、1 500、2 000 m共5种圆形缓冲区的土地利用情况，利用冗余分析方法将景观格局指数与水质数据相结合，研究不同时空尺度下武汉市景观格局与地表水质的关系。结果表明：①土地利用组成在湿季和干季时均以200 m缓冲区对各水质指标的解释率最大，分别为84.1%和97.2%。景观格局指数的解释率在湿季的200 m缓冲区和干季的500 m缓冲区最大，分别为90.9%和88.2%；②不同时空尺度下土地利用组成和景观格局指数影响水质指标的主要解释变量存在差异，对于土地利用组成，湿季时在较小的空间尺度下水域、草地贡献率较高，较大的空间尺度下建设用地贡献率较高，而干季时林地为主要解释变量。对于景观格局指数，在多数情况下斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）和香浓多样性指数（SHDI）对于解释水质指标的贡献率最高；③在多数情景下，研究区域中耕地、草地和PD、景观形状指数（LSI）及SHDI与COD_Mn和NH₃-N具有较大的正相关关系，林地、未利用地及LPI与DO呈正相关，水域与COD_Mn、NH₃-N、TP等指标负相关，而建设用地仅在200 m缓冲区与污染性水质指标存在明显正相关关系。因此，重点防控200 m缓冲区内污染物的排放，强化耕地、林地、建设用地等管理，以及优化城市景观空间格局等措施对于武汉市城市水系污染治理具有重要意义。

出水氨氮作为衡量污水处理厂水质处理工艺的重要指标之一，准确预测污水处理厂出水水质中的氨氮含量对于及时调整处理工艺，保障水环境安全有着重要的作用。提出了一种基于联合多空间维度（Multi-spatial Dimensional Cooperative Attention）改进的双向长短期记忆网络（Bi-directional Long Short-Term Memory，BiLSTM）的水质预测模型，首先通过皮尔逊（Pearson）系数法筛选出与出水氨氮相关性较强的总氮、污泥沉降比和温度3个指标作为模型输入，联合3个维度的强相关信息对未来6 h的出水氨氮进行预测。结果表明，MDCA-BiLSTM模型在融合残差序列后对出水氨氮的预测准确率R ²为0.979，并在太平污水处理厂和文昌污水处理厂两个站点收集到的数据集上总氮、总磷和溶解氧的均方根误差分别为0.002、0.003、0.001和0.004、0.003、0.002；预测精度分别为0.959、0.947、0.971和0.962、0.951、0.983；与BiLSTM相比，均方根误差分别降低了0.007、0.007、0.007和0.017、0.006、0.005；预测精度分别提高了0.176、0.183、0.258和0.098、0.109、0.11。同时，该模型在面对未来6、12和24 h的预测步长时，仍能够达到0.956、0.933和0.917的预测精度，说明改进后的模型在预测准确性和鲁棒性方面表现出显著优势。该方法能够有效提高污水处理厂出水氨氮的及其他指标的预测准确性，可作为水资源循环和管理决策的一种有效参考手段，具有较强的实际应用价值。

鱼道能够帮助洄游鱼类上下行通过大坝等障碍物，顺利到达繁殖地、索饵场等，完成鱼类生殖洄游过程。隔板竖缝式鱼道是国内常见的鱼道形式，依托了某航运枢纽工程隔板竖缝式鱼道进行了该类型鱼道池室水流条件模型试验研究。该鱼道最大设计运行水头6.8 m，主要过鱼对象为四大家鱼。鱼道设计流速为0.8～1.0 m/s。鱼道普通池长3.6 m，净宽3.0 m，隔板竖缝宽度0.45 m，采用“L”型隔板型式。直段休息池长度增加为9.0 m，鱼道宽度及隔板型式不变。普通池室纵坡为1∶80，休息池纵坡为0。鱼道池室设计水深为2.0 m。通过建立1∶5的大比尺鱼道局部水工物理模型，采用旋桨流速仪对不同布置方案下的鱼道竖缝流速进行了测量，采用ADV（多普勒流速仪）和PIV（粒子图像测速仪）等多种流速测量技术手段，对不同布置方案下的鱼道池室内水流流速及流态进行了分析。物理模型中悬桨流速仪实测鱼道隔板竖缝最大流速为0.95 m/s，小于本鱼道最大设计流速，实测鱼道最大流量为0.69 m³/s。ADV和PIV实测池室内最大流速值位于隔板竖缝主流中心，约为0.94 m/s。池室竖缝出流流向明确，竖缝出口附近最大流速约为0.6 m/s，水流主流在池室内成相对较缓的“S”形流线。上溯鱼类通过竖缝进入池室后，有明确的水流引导鱼类沿主流进入池室左侧进行休息调整。在已建立的1∶5的鱼道局部物理模型上进行放鱼试验，观察到鱼类在池室内顶着主流方向以冲刺的方式向上游动通过竖缝。当鱼类上溯疲劳时，停留在休息池隔板下游侧的低流速回流区进行休息，整体而言上溯过程顺利，说明在现布置条件下，鱼道池室和竖缝尺寸、普通池室和休息池底坡的设计合理。

为构建适用于东北地区的河流健康评价体系，针对东北河流特殊的季节性冰封水文特征，以及传统评价体系的应用局限性，如未给予水文指标合理的权重和解释，评价结果难以体现河流健康发展趋势等问题。基于《河湖健康评估技术导则（SL/T793-2020）》，结合东北河流的水文、生态和社会服务功能等多维特征进行评价体系及方法改进，并以拉林河、第二松花江、伊通河、饮马河、东辽河等东北典型河流作为研究对象，通过采用组合赋权和物元可拓模型的方法，对各河流的健康等级进行量化评价，并利用综合关联度距离预测了河流健康水平的未来发展趋势。结果显示，改进后的东北河流健康评价体系共包含水文、水环境、河岸物理结构、水生生物以及社会服务功能5个状态层16项评价指标，能够基本适应东北河流的健康评价需求；健康评价结果得到伊通河最大综合关联度为0.014 6，健康等级为IV级，处于“不健康”状态，其余河流均处于“亚健康”状态（III级），且健康状态呈好转趋势。这一结论在综合指数法和模糊评价模型中得到了验证，能够为东北河流的持续健康管理提供科学依据，同时，也为类似寒冷地区的河流健康评估和管理提供了参考。

河流水体中溶解氧骤增或耗竭均会引发系列环境污染、物种多样性破坏等问题，准确预测河流溶解氧（DO）浓度对河流水环境治理具有重要意义。为提高模型输入特征的可解释性及模型精度，获取河流DO浓度最优预测模型，研究利用黄河流域山西境内水质监测站点数据，以双向长短期记忆网络（BiLSTM）为基础，结合卷积神经网络模型（CNN）和注意力机制（Attention Mechanism），基于随机森林模型（RF）进行特征优选，建立RF-CNN-BiLSTM-Attention（RF-CBA）模型，进一步利用吸血水蛭优化算法（BSLO） 、黑翅鸢优化算法（BKA）、白鲨优化算法（WSO） 等仿生优化算法，构建了BSLO-RF-CBA、BKA-RF-CBA、WSO-RF-CBA共3种优化模型，并与深度学习中CNN-A、LSTM-A、BiLSTM-A、CBA、RF-CBA模型对比，分析得到河流溶解氧预测结果，以平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、均方误差（MSE）、决定系数（R ²）、全绩效指标（GPI）和相对误差（MAPE）评价不同模型精度，结果表明：①RF模型通过对影响河流DO特征值进行排序、筛选，可消除冗余特征对水质预测模型的影响，提高预测精度。②利用仿生算法优化RF-CBA模型的神经元数量、学习率、正则化系数等参数，模型模拟精度进一步提升，总体上捕捉到了DO波动的时间序列特征，模型表现出强稳定性和泛化能力。③BSLO-RF-CBA模型模拟精度最高，对DO变化捕捉能力突出，具有更强的捕获全局依赖关系的能力，推荐用于河流溶解氧预测模型。该模型具备扩展至不同河流溶解氧等污染物浓度预测的能力，为河流水体污染预警与系统化管理提供技术支撑。

作为一种不可再生资源，磷在作物生长过程中有着不可替代的作用，而基于鸟粪石结晶法从废水中回收磷可以实现资源再利用，延长磷资源的使用寿命。以磷石膏堆场渗滤液废水为研究对象，系统研究了鸟粪石结晶法回收磷对温度（5~30 ℃）的响应优化，以期为大规模处理渗滤液，并回收废水中的磷，获取高品质鸟粪石肥料提供理论支持和数据支撑。研究结果显示，在Mg/N/P摩尔比为1/1/1的前提下，当温度为10 ℃时，渗滤液废水中的磷回收率最高，为77.5%，同时，结晶反应后废水pH也经历了最大的降幅（从8.8下降至5.86）。而随着结晶温度继续升高，磷回收率呈现显著的降低趋势。当温度为30 ℃时，磷回收率仅为35.6%。渗滤液中通过结晶作用形成的晶体粒径随着温度升高呈现增加趋势，在温度为30 ℃时晶体粒径最大，为68.2 μm。X射线衍射和傅里叶红外光谱技术分析结果显示，不同温度条件下形成的晶体中鸟粪石纯度均较高，同时基本都存在少量磷酸钙。但是，温度越高，形成的晶体中的铵根离子含量越低。综上分析，在较低温度条件下（10~15 ℃）最适宜处理磷石膏渗滤液废水，经加碱处理后通过鸟粪石结晶法回收废水中的磷，可以在磷回收率、鸟粪石粒径和纯度等参数指标方面达到最佳的平衡。

细菌是水生态环境的重要组成部分，细菌群落结构会随着环境因子的变化而产生变化，同时也对水环境有着反作用。为探究生态修复工程对排水沟水体和沉积物微生物群落结构的影响，于2021年8月（工程实施前）、2021年12月、2022年5月及2022年7月进行水体和沉积物样品采集调查，测定水体中8种理化因子（pH、电导率、盐度、总氮、COD_Mn、COD_Cr、总磷及F^-）含量，通过16S rDNA高通量测序，分析第五排水沟水体及沉积物细菌群落结构特征，并探究其与水体理化因子间的响应关系。结果表明，生态修复工程实施后，水体电导率、盐度、总氮、总磷、COD_Mn及COD_Cr显著降低，水质得到改善。水体细菌物种多样性指数增加，群落丰度提高，均匀度提高，优势菌门、细菌群落结构组成存在显著变化，优势菌门Proteobacteria和Bacteroidetes等相对丰度增加，Cyanobacteria相对丰度减少。沉积物细菌优势菌门在生态修复工程实施前后无明显变化，为Proteobacteria、Bacteroidetes和Desulfobacterota，生态修复工程实施后Proteobacteria相对丰度增加，Bacteroidetes、Desulfobacterota相对丰度减少。沉积物细菌物种多样性和丰富度、均匀度高于水体，时空分布也存在较大差异。TP和F^-是水体细菌群落结构的主要影响因子，盐度、TP和COD_Mn是沉积物细菌群落结构的主要影响因子。

针对进行水体提取时传统水体指数容易将阴影、建筑物和冰雪等非水体识别为水体的问题，基于Sentinel-2数据通过分析不同地物光谱特征，选取蓝光波段（490 nm）、绿光波段（560 nm）、红光波段（665 nm）、植被红边波段（783 nm）与近红外波段（842 nm）提出了一种新型多波段组合水体指数模型（NMCWI）。为验证NMCWI的水体提取性能，对比了常用的几种水体提取算法，包括改进的归一化差异水体指数MNDWI、修订型归一化水体指数（RNDWI）、归一化多波段水体指数（NDMBWI）、植被红边水体指数（RWI）与三角形水体指数（TWI），选取了6个试验区进行水体提取实验。结果表明：各个试验区NMCWI的总体精度与Kappa系数均高于95%，相较于其他水体指数提取精度更高，其可以减小绝大部分阴影、建筑物和冰雪等非水体对水体提取的干扰，同时NMCWI适用于绝大多数地区，能够有效提取水体。

城市化进程与水安全、粮食安全协调发展是实现高质量发展的必然要求，都市圈是优化资源配置，促进区域协调发展的关键引擎。以南京都市圈为实例，深入分析1990-2020年水安全、粮食安全、城市发展演变规律，运用耦合协调模型揭示三者协调发展的时空特征，并通过灰色关联分析法识别关键影响因素。结果表明：①1990-2020年水安全等级和城市发展指数呈现稳步上升态势，而粮食安全等级先下降后回升。整体上，水安全和粮食安全状况均表现良好，到2020年各城市水安全和粮食安全等级均已达到较安全水平，南京作为都市圈中心城市，其城市发展指数远高于其他城市。②水安全-粮食安全-城市发展耦合协调度持续提升，从1990年的失调状态逐步进入中级协调或良好协调阶段。各城市水安全发展尤为突出，处于优先地位。其中，扬州协调发展水平最高，而宣城、芜湖、马鞍山水安全和粮食安全远优于城市发展指数，城市发展潜力大。③建设用地面积扩张、城镇化率、人口密度增加是影响三者耦合协调度的最主要因素。此外，建成区绿化覆盖率、粮食价格、第三产业占比以及单位面积化肥使用量等因子也发挥了重要作用。研究为统筹水、粮食、城市发展之间的协调关系、实现区域资源的优化配置，推动都市圈高质量发展提供参考依据。

干旱是干旱、半干旱区时常发生且最具破坏性的自然灾害之一，其频率高、持续时间长和波及范围广的特点，对全球范围内的生态、经济和农业系统造成了严重影响，且气候变暖背景下其时空特征愈加复杂。开展不同气候区多尺度气象干旱特征及其潜在影响因素研究旨在减轻旱灾损失，促进流域可持续发展。因此，研究以黄河流域为研究对象，充分考虑流域气象、下垫面要素的空间异质性影响，采用Mann-Kendall趋势检验、游程理论和多时间尺度SPEI指数方法，揭示不同气候区多时间尺度气象干旱的时空演变特征，并量化评估极端气候变量对不同气候带多尺度气象干旱的相对贡献。结果表明：时程上，流域多时间尺度气象干旱整体呈“湿润-干旱-湿润”的趋势变化规律，干旱化程度高时段主要出现在90 a左右；空间上，流域中游（D和E区）干旱化程度最大，其次为下游，而上游最小；同时，干旱特征变量、极端气候指标（降水和温度）在不同气候区均表现出较强的空间异质性，SDII、R10、R20、CDD、R99pToT、R95pTOT、R95p、Rx5day、Rx1day、TX90p和SU共11个变量解释了80%以上的气象干旱的演变特征，且Rx5day变量对不同时间尺度气象干旱的贡献占主导地位，其贡献高达65%左右。研究结果可为流域生态保护、水资源管理和气候变化适应性提供重要信息，并有效提高干旱过程的可预测性。

梯级水库消落水位是影响梯级水电站发电量的重要因素。随着具有多年调节性能的两河口水库的建成投运，确定两河口水库和下游锦屏一级、二滩水库联合调度的消落水位，提高雅砻江梯级发电量有待进一步研究。以梯级水电站发电量最大为目标，构建了雅砻江中下游梯级水电站联合优化调度模型，采用动态规划—逐步优化算法（DP-POA）进行求解，统计两河口、锦屏一级和二滩水电站消落水位、径流量和发电量信息，并采用K-means聚类算法开展梯级水电站中长期优化调度下消落水位与径流量、发电量之间的相关关系分析。研究结果表明：①相较梯级水电站常规调度多年平均发电量，联合优化调度可增加91.08亿kWh发电量（对应增幅为9.36%），且锦屏二级水电站作为高水头的水电站，增发电量更为明显；②对于大部分来水年份下，联合优化调度下两河口、锦屏一级和二滩水电站消落水位分别为2 800，1 825和1 175 m，相较常规调度，可增加40.43亿kWh发电量，对应发电量增幅为4.16%；③梯级水电站发电量与径流量呈现正相关关系，上游两河口水电站消落水位与入库径流量呈现负相关关系，而受上游电站径流调节影响，下游二滩水电站消落水位与径流量相关关系较弱。研究成果可为雅砻江中下游梯级联合调度和消落水位控制提供参考依据。

咸潮上溯问题已成为沿海城市制约供水安全的主要水文因素，掌握咸潮规律和演变趋势对做好水资源调度，保障供水安全具有重大意义。基于统计分析和数值模拟方法，分析了2005年以来珠江河口磨刀门水道不同时间尺度咸潮演变规律以及枯水期咸界发展趋势，并采用创新趋势分析法对咸界变化的主要影响因子发展趋势进行了检验。结果表明，近年来磨刀门水道咸潮发生频率增加，严重咸潮入侵次数从约每7年1次缩短至约每3年1次，出现时间提前至后汛期，主要取水口取淡几率降低，咸界上移趋势明显，影响范围逐步扩大。咸界变化主要影响因子马口分流比和海平面变化分别呈现超过10%的显著下降和上升趋势，思贤窖同等来水条件下，马口分流比变化趋势受枯水期影响较大。为丰富不同因素对磨刀门水道咸潮上溯影响作用和供水厂实际生产取水的关系研究，在思贤滘流量2 500 m³/s条件下，预测海平面上升、河道地形变化与上游水资源配置工程三种因素单独作用和综合作用下磨刀门水道咸界变化情况。结果显示，各因素单独作用下磨刀门水道咸界上移距离分别为1.2、1.4和0.1 km，综合作用下咸界上移距离为2.5 km，咸界上移距离受海平面上升和河道地形变化影响较为明显，综合作用较单因素作用对咸界上移距离产生的影响更大。

再分析数据集对于水文模拟和可靠的水资源管理具有吸引力，特别是对于气象资料匮乏的地区。研究以黄河源为研究区，使用中国大气同化驱动数据集（the China Meteorological Assimilation Driving Datasets for the SWAT Model，CMADS）驱动SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型进行日尺度径流模拟并使用SWAT-CUP（SWAT Calibration and Uncertainty Program）和SUFI-2（Sequential Uncertainty Fitting-2）算法进行率定和验证，评估CMADS的精度及其对黄河源区水文模拟的适用性。结果表明：①CMADS在黄河源区的日尺度气温精度非常高，与流域内8个气象站实测数据的相关系数均在0.95以上。汛期日降水精度令人满意，相对误差基本在±10%之间，非汛期的日降水精度差，相对误差基本在-30%到-50%之间。②SWAT模型在黄河源区水文模拟的适用性非常强，利用气象站观测数据驱动SWAT模型得到率定期和验证期的NSE、R ²、PBIAS、RSR和KGE各项评价指标等级均为非常好。③采用两种方法对CMADS水文模拟适用性进行评估。方法一是用CMADS驱动SWAT模型率定和验证并进行水文模拟；方法二是用CMADS驱动已经用实测气象数据率定好最佳参数的SWAT模型进行水文模拟。结果发现，CMADS在黄河源区水文模拟与实测流量相关性高，但是容易低估流量，总体来看，CMADS在黄河源区水文模拟适用性不错，其中方法一比方法二的水文模拟效果好。研究的结果证明CMADS可为气象资料稀缺的高寒山区提供较为可靠的数据来源，为扩大水文模拟的时间和空间尺度提供了可能。

随机环境下的水库多目标优化调度结果是一组具有不确定性的非劣解集，传统的确定性决策方法难以定量考虑水库调度决策过程中的综合不确定性因素和风险。若按确定性决策结果进行调度，会给水库实际调度带来风险。为应对不确定性因素对水库调度决策问题的影响，减小随机环境下水库调度决策的风险，提出了一种考虑多重不确定性的水库调度风险型群决策模型。首先，采用概率分布量化了决策指标的不确定性。然后，提出了基于熵权法、模糊层次分析法、博弈论和偏差最小准则的决策群体偏好冲突消解和赋权方法，采用可行权重空间推求指标权重可行域。最后，建立了基于SMAA-GTDM的水库调度风险型群决策模型，提出了风险型群决策的两阶段流程，并定义了决策风险度指标对决策结果进行可靠性评估。以大渡河流域瀑布沟水库防洪调度为实际案例，与确定性GTDM模型做了对比分析，论证了SMAA-GTDM风险型群决策模型及其两阶段决策流程在处理风险决策问题方面的可行性和优越性。进一步与原始的SMAA-2模型开展对比验证，结果表明，两个模型结果中综合排序最优方案获得最优排序的概率分别为68.95%、45.61%，置信因子分别为69.1%、46.22%，决策风险度分别为0.04%、1.55%，说明SMAA-GTDM模型能在随机环境下提供更明确的排序结果，显著减小决策风险，可为水库调度提供更为稳健的决策支撑。

长短期记忆网络（LSTM）模型能够有效地模拟降雨-径流间的非线性响应，在洪水模拟及预报中的应用日趋广泛。为了提高模型在不同应用场景下的适用性和模拟精度，基于LSTM模型及其5个变体模型，以皖南山区舒家流域1986-2000年30场洪水的降雨径流时间序列开展实例研究，探讨了包括不同损失函数、不同预见期以及不同训练规模等多种情景下，LSTM及其变体模型的洪水模拟效果；并开展了LSTM 模型及其变体模型与极端梯度上升（XGBoost）模型的集合模拟研究。结果表明：①4种损失函数都能较好地实现舒家流域出口断面的洪水过程模拟，模拟精度：相对均方根误差（RSR）>纳什效率系数（NSE）>均方误差（MSE）>克林-古普塔效率系数（KGE），其中RSR在LSTM及其变体模型下测试集各场次的纳什效率系数（NSE）均能达到0.7以上。②随着预见期的延长，模型在处理长时间序列时面临信息遗忘或误差累积等问题，采用LSTM及其变体模型进行洪水模拟的精度总体呈下降趋势；相同的预见期情景下，随着训练规模的增加，模型模拟精度先上升达到最佳后趋于稳定。③LSTM模型及其变体模型与XGBoost模型进行模型集合，降低了单一模型的模拟偏差，使得整体预测更具准确性和可靠性；并且通过引入残差模拟，弥补了单一模型未能捕捉到的复式洪水的特征，进一步提高了复式洪水的模拟精度。

研究提出了一种基于信号处理和深度学习技术的水电机组故障诊断方法。首先，利用VMD对水电机组的原始信号进行分解和重构，以实现信号的降噪，并得到本征模态函数（IMF）；随后，通过格拉姆角场（GAF）变换，将IMF转换为GASF和GADF图像。然后将所有图像数据输入到双通道并行二维卷积神经网络与双向门控循环单元（PCNN-BiGRU）模型中进行训练。该模型通过CNN提取特征图，并将其输入到BiGRU中，以保持对时间特征的敏感度并剔除冗余信息；最后，为验证该方法的有效性，结合实际电站机组样本数据进行比较试验，对所提方法提供高效、准确的水电机组故障诊断解决方案进行了验证。

在出流工况下，侧式进/出水口扩散段内水流与边壁易发生分离，产生局部非稳态现象，从而导致进/出水口流态紊乱。采用RNG k-?紊流模型对某抽水蓄能电站进/出水口流场进行三维数值模拟，并通过模型试验验证了数值模拟的合理性。研究结果表明：侧式进/出水口在扩散流时，受扩散角的影响在主流附近存在流动分离区，该区域紊动强度较大，形成局部非稳态现象，紊动强度与流速平方呈线性关系。流道内流速呈现周期性波动，波动周期与雷诺数近似呈幂函数关系。中间流道的波动周期小于边流道，且边中流道流速波动周期的差异与雷诺数呈现正相关。试验中对流速的监测时长应涵盖数个波动周期，才能准确衡量进/出水口的水力学特性。

抽水蓄能系统引水上平段的布置设计与水力优化是保障机组安全稳定运行的重要内容之一，建立抽水蓄能系统水力过渡过程的数学模型，并系统探究引水上平段直径、长度及坡度对上平段末顶部最小压力的综合影响，拟合得到了引水上平段末顶部最小压力的回归方程。研究结果表明：考虑抽水蓄能电站输水系统的布置特性，适当增大上平段直径、缩短上平段长度和增加上平段坡度有利于改善上平段末顶部最小内水压力，并阐明了相应的影响机理；基于多参数回归拟合分析，揭示了引水上平段3个参数与上平段末压力极值近似呈线性关系，其中上平段末最小压力极值受坡度影响较大，直径及长度的影响次之，相关结论可为抽水蓄能电站引水上平段的水力优化提供可靠的技术支撑。

水力机械设备在当前国民生产中扮演着重要角色，其安全稳定运行至关重要。针对单一深度特征难以有效反映机组故障信息的难题，提出了基于卷积神经网络与图卷积网络特征融合的水力机械设备故障诊断模型。首先利用卷积神经网络获取水力机械设备监测信号卷积深度特征，同时利用快速傅里叶变换获取监测信号频谱值，构建监测信号图数据，建立图卷积网络提取样本关联特征。然后利用注意力机制对不同类型特征进行加权求和实现多模态特征融合。最后利用全连接层实现设备的故障诊断。通过水电机组、水泵主机组故障实测数据以及轴承故障数据进行验证，结果表明所提模型能有效实现水力机械设备故障诊断。

为了探讨叶片角差对轴流泵压力脉动特性的影响，通过改变轴流泵单叶片安放角，设计了4种基于RNG k - \mathrm{\epsilon }湍流模型的计算方案，并采用CFX软件进行数值模拟，对各方案下轴流泵叶轮进出口和导叶出口处监测点压力脉动特性进行对比分析。结果表明：叶轮进出口监测点诱导的谐频随着角度的增加会由高频变为低频，这种低频脉动会对水泵稳定运行产生较大的影响；同时叶片角度的改变导致导叶出口回流区增大，较易形成漩涡，影响水泵运行安全。

随着大容量水电机组和大规模新能源并网运行，水轮机调速系统作为电网调峰调频主要控制设备承担越来越繁重的调控任务，其健康状态直接关系到水电站安全稳定和发电效率。基于数字孪生五维模型，依据调速系统运行原理和空间结构，提出一种面向数字孪生思想的水轮机调速系统状态评估新框架，建立了水轮机调速系统数字孪生模型，包括三维物理模型、运行机理模型和数据驱动模型，并以其为支撑完成面向数字孪生的水轮机调速系统状态评估系统构建。可为水电机组数字孪生建模提供参考。

为进一步提高阻力型水轮机的效率并降低其对管道液体输送能力的影响，通过单因素试验法分析了叶轮参数对其性能的影响，筛选出了四个关键参数及其取值范围。接着采用响应面法设计试验方案，利用最小二乘法拟合关键参数与效率和水头损失的函数关系，得到了回归模型。最后运用MOPSO算法对回归模型进行寻优，获得了叶轮最佳参数组合。结果表明，优化后的阻力型水轮机效率平均提高4.053%，水头损失平均降低0.679%。

为了研究导叶对泵作透平流动状态及漩涡演化规律的影响，基于Omega方法分析泵作透平最优工况下涡结构演化过程。首先以无导叶Z ₀=0透平为基础，然后为其添加导叶。结果表明：Z ₀=0时漩涡结构比较紊乱，特别是出口涡相互作用使得其形态结构杂乱无序；Z ₀=9时出口涡范围较小，漩涡形态及演化较为清晰；导叶内漩涡结构简单，演化过程十分清晰。Z ₀=0时尾水管内主涡与小涡相互作用使得漩涡结构形态及旋向不明显；Z ₀=9透平尾水管内螺旋形主涡与叶轮旋向相同，与小涡旋向相反。Z ₀=9透平尾水管三个截面的切向和轴向速度均比Z ₀=0有所提高，Z ₀=9透平P1截面切向动能最大值比Z ₀=0高96.40%。综上，导叶可以减少漩涡的产生，提升透平流场速度，降低水力损失。研究结果可对导叶式透平的设计运行提供一定的理论基础。

为探究引气剂掺量对非饱和水工混凝土毛细吸水饱和度影响，采用上吸法和侧吸法，开展了低温环境下不同引气剂掺量（质量分数分别为0?，2.50?，3.75?，5.00?，6.25?）的非饱和水工混凝土毛细吸水试验，进而研究了引气剂掺量对混凝土孔隙率、抗压强度及毛细吸水饱和度的影响，最后建立了耦合不同吸水深度和不同引气剂掺量共同作用下的非饱和水工混凝土毛细吸水饱和度预测模型。研究结果表明：随着引气剂掺量增加，水工混凝土孔隙率呈线性增大，抗压强度略呈上凸曲线减小，饱和度逐渐下降，且饱和度和吸水深度呈指数关系，上吸法、侧吸法混凝土饱和度和引气剂掺量分别呈线性关系和二次函数关系；进而基于分离变量模型建立了非饱和引气水工混凝土毛细吸水饱和度预测模型，分析表明，新模型可较好预测不同吸水深度和不同引气剂掺量共同作用下的非饱和水工混凝土毛细吸水饱和度分布规律。

通过一维固结试验、扫描电镜试验和压汞试验探究了干湿、冻融两种环境作用对不同初始含水率压实黏土的压缩特性及微观结构的影响，并提出考虑环境作用影响的压实黏土压缩模型。结果表明：最优含水率干侧的压实黏土试样为团聚体结构的影响，其试样孔径分布曲线为双峰模式，而湿侧试样为分散体结构，其试样孔径分布曲线为单峰模式；干湿和冻融两种环境作用均能促进两种试样内部小孔隙向中、大孔隙的转变，导致试样的压缩性提升，具体表现为先期固结应力的减小以及再压缩指数的增加，而压缩指数的变化有限。干湿循环对试样孔隙系统及压缩性的影响程度大于冻融循环，环境作用对湿侧试样压缩性的提升效果明显高于干侧试样。所提出的考虑环境作用影响的压缩模型能够较好的描述压实黏土的压缩特性。

为制定碾压混凝土坝资源均衡性更优的网络计划，以提高资源利用率、降低工程投资，提出把混合微粒群算法应用于碾压混凝土坝“工期固定、资源均衡”优化中。搭建以工序开始时间为自变量的资源强度方差评价函数，把模拟退火算法作为微粒群算法的收敛判据以提高其全局收敛能力和收敛精度，引入基于动态时差的速度检测方法，使混合微粒群算法与碾压混凝土坝“工期固定、资源均衡”优化有效融合，建立多约束下的优化数学模型。在工程实例应用中，计算获得了资源均衡性更优的网络计划，验证了把混合微粒群算法应用于碾压混凝土坝“工期固定、资源均衡”优化中是合理的、有效的，较传统方法收敛速度更快、成果更优。

微胶囊自修复技术是解决混凝土劣化、提升耐久性的有效方法，近年来研究者对毫米级和百微米级自修复微胶囊的研究揭示了微胶囊的自修复作用，但都造成了基体混凝土力学性能的减低。通过控制搅拌速率等措施合成了粒径40 μm和粒径8 μm的微胶囊，并对混凝土的力学性能影响进行了研究，结果表明：①两种粒径微胶囊化学结构稳定，热稳定性较好，加入混凝土在搅拌后大粒径微胶囊有破碎现象，小粒径微胶囊表面变得粗糙。当混凝土受损出现裂缝时，微胶囊会及时破裂，囊芯材物质会流出对混凝土进行修复。②40 μm的微胶囊掺入混凝土后，均造成混凝土抗压强度和抗折强度的下降；8 μm的微胶囊掺入混凝土后，在4%以下掺量时混凝土抗压强度和抗折强度逐渐上升，超过4%以后开始下降。③40 μm和8 μm的微胶囊均对混凝土抗压和抗折造成的损伤具有修复作用，40 μm的微胶囊混凝土最大抗压、抗折强度恢复率为110.2%、113.0%，8 μm的微胶囊混凝土最大抗压、抗折强度恢复率为115.6%、114.7%。但当掺量增加到一定量时会到达拐点，然后修复效果开始降低。水工混凝土应用可通过控制微胶囊粒径，能够有效改善混凝土力学性能，且在混凝土受到破坏损伤时及时自我修复。

在输水隧洞实际施工过程中，施工环境复杂，人员、设备作业时受诸多因素限制，因此，准确辨识影响施工工效的主要因素，并采取相应措施，对于提高输水隧洞的施工工效水平尤为必要。基于AHP-灰色聚类分析方法，建立了一套施工工效评价体系。首先，确定了施工工效的评价指标，并采用和积法确定了各层级指标的权重；其次，运用定性与定量相结合的分析方法划分施工工效水平的灰类数，通过专家打分确定了各指标所处的灰类；最后，根据施工工效水平的聚类结果，提出了相应的改进建议。以珠三角水资源配置工程为例，选取具有代表性的内衬钢管组装施工流程进行实证研究，结果表明，利用该评价方法建立的评价体系，可以方便快捷地识别施工工效影响因素并科学地判断施工工效水平，为施工工效水平的提高提出有针对性的建议。

为了解决单一模型在大坝变形预测中可能带来的信息损失问题，将差分进化算法（DE）用于长短期记忆神经网络（LSTM）模型的参数优化，并结合多元线性回归（MLR）模型建立MLR-DE-LSTM串联组合模型。基于某重力坝的水平位移原型监测数据，对该模型进行了验证。结果表明，DE算法可以有效提高LSTM模型的预测精度，LSTM模型可以有效挖掘MLR模型尚未完全解释的信息。相较于单一模型，组合模型在预测位移数据时具有更高的准确度和稳定性，组合模型在充分利用数据信息方面具有更大优势。研究结果为提高大坝变形预测精度提供了参考价值。

针对小型土石坝的异常人员和渗漏安全检测效率低、成本高的问题，提出了一种创新的智能巡检方法。该方法基于无人机图像和深度学习目标检测技术，改进了YOLOv8s网络结构，引入细粒度卷积和新型MPDIoU损失函数，细粒度卷积能够捕捉到更丰富的图像细节，而新型的MPDIoU损失函数则有助于提高模型的定位精度。在自制的大坝异常人员和渗漏数据集上进行了实验，实验结果表明，所提出的智能识别算法在人员与渗漏的综合识别能力上具有显著优势，提高了对土石坝工程库区入侵人员和大坝渗漏的检测准确度，并能适应不同环境下的实际应用需求。

粉质砂岩材质较为软弱，容易导致运行期双线管道出现破坏。为探究填筑厚度及内水压力对供水管道稳定性的影响，选取太阳山供水工程典型管道断面为研究对象，采用数值仿真法，建立“双线管道-人工填土-地基”为一体的三维有限元模型，研究不同单层填筑厚度、内水压力对双线管道力学性能的影响。研究结果表明：随着土体填筑次数的增加和单层填筑厚度的增加，双线管道竖向位移逐渐增加，最大值为12.24 mm；单层填筑厚度增大，双线管道竖向位移增加速率较大；随着土体填筑次数的增加，双线管道拉、压应力均逐渐增大，最大值分别为0.148、0.568 MPa，土体填筑次数相同时，管片拉、压应力均随着单层填筑厚度增大而增加；内水压力为0.6 MPa时，左右线管道内、外侧环向变形、拉、压应力变化趋势基本一致，外侧应力小于内侧应力，其中拉应力分别减小了25%、20.1%，压应力分别减小了16%、18.2%；在土压力+内水压力共同作用下，内水压力增加，双线管道变形、压应力呈先减小后增加的趋势、拉应力逐渐增加。研究成果可为类似供水管道工程提供理论参考和依据。