分汊河道在自然界中普遍存在。当河道上游水库枢纽修建完成后，下游清水冲刷造成分汊河道河床粗化成为常态，因此研究清水作用下分汊河道河床粗化相关规律意义重大。通过开展水槽试验发现：在清水冲刷作用致使分汊河道河床粗化层破坏与形成的动态过程中，推移质输沙率呈现先增后减的波动式变化，且随着流量增大，输沙率峰值增大、出现时间提前、粗化层形成时间缩短；主汊相较于支汊粗化程度更高，流量增大加剧粗化层破坏，导致泥沙粒径整体增大、粒径分布范围缩小；此外，河床地形冲淤变化显著，主汊冲刷剧烈而支汊淤积，水流与河床地形间存在动态平衡。

研究针对季节性冻土区高地下水位分散性土渠道护坡的冻融破坏问题，系统开展了不同初始条件下分散性土在水分、温度和应力耦合作用下的冻融变形特性试验。结果表明：①冻结过程中，随温度降低，冻结锋面自上而下推进，土中水分向冻结锋面迁移并聚冰，冰层及冰透镜体主要分布于最大冻深的1/2~2/3区间；②孔隙水压力随温度呈周期性波动，且具有显著滞后效应；③相同条件下，干密度越大，冻胀率越大，融沉率越小，冻融累积变形量越小；④外水补给显著影响冻胀，有补给时冻胀率为无补给的3~4倍；⑤3次冻融循环后，上覆压力越大，冻胀率越小，融沉率越大，表明上覆压力可有效抑制冻胀变形。基于研究结果，建议在季节性冻土区分散性土渠道护坡的抗冻胀设计中，重点关注外水补给的影响，并综合采用保温、换填、排水、控制干密度及优化防护结构厚度等措施，以提升抗冻性能。

水文监测网络分布的不均匀性使得世界上大部分流域缺乏长期可用的流量监测数据，而传统水文模型与单一机器学习模型在数据缺乏流域进行径流模拟存在模拟精度和泛化能力欠佳的问题。研究提出一种融合物理机制与数据驱动的SWAT-LSTM-Transformer（SLT）耦合建模框架，通过迁移学习实现跨流域知识迁移，并创新性地引入基于降雨的洪峰流量识别修正方法，以提升数据稀缺流域的日径流模拟性能。研究以汉江流域（数据丰富流域）为源域，构建包含SWAT模拟的7项水文变量（实际蒸散发、渗漏量、地表径流等）与5项气象要素（降雨、气温等）的多特征输入集。SLT模型在训练期和测试期均展现出优异的模拟性能，模型模拟的NSE分别达到0.96和0.95。针对目标域乌沙河流域（数据稀缺流域）的流量数据缺失问题，设计跨流域迁移学习策略：基于流域水文相似性分析，将汉江流域预训练的SLT模型的参数传入乌沙河流域的SLT模型中，并考虑基于降雨的洪峰流量识别修正，使用SLT模型对乌沙河流域湾里站进行径流模拟。结果表明，SLT模型在湾里站流量的径流模拟中表现良好，训练期和测试期的NSE值分别为0.86和0.73；其中土壤渗漏、降雨、地表径流、土壤含水量对SLT模型的模拟效果具有显著影响。研究建立的SWAT-LSTM-Transformer耦合模型为数据缺乏流域的径流模拟提供了一种可行的方法。

感潮河段的潮位受河流水动力、天文潮汐和气象条件等多因子的影响，物理机制复杂，难以实现精准预报。研究基于机理与数据联合驱动的潮位预报模型，其中非稳态调和分析模型（NS_TIDE）基于潮位的变化机理分析其季节性和周期性特征，提供潮位预报的基准值，保证潮位变化趋势的合理性；利用深度残差收缩网络（DRSN）和长短时记忆网络（LSTM）构建数据驱动模型（DRSN-LSTM），挖掘多影响因子对潮位的影响，提供潮位变化的幅度值；采用自适应遗传算法（AGA）耦合并优化NS_TIDE和DRSN-LSTM的预报结果。将该模型应用于秦淮新河的长江入口处，对比不同预见期下NS_TIDE、DRSN-LSTM和耦合模型的预报效果，结果表明耦合模型能够遵循潮位变化的物理规律，模拟多影响因子对潮位变化幅度的影响，在24 h预见期下，非汛期和汛期逐时预报的均方根误差（RMSE）分别为0.15 m和0.18 m，台风期间预报误差±0.30 m内的平均准确率达到了80%以上。耦合模型具有较高的预报精度和实用性，可以有效保障感潮河段水利工程调度的科学性和准确性。

为实现建筑弃渣的资源化利用，并解决黄铁矿强化生物滞留系统除氮过程中出水pH降低的问题，研究构建了建筑弃渣基复配介质型生物滞留系统。通过考察建筑弃渣添加量和介质复配方式对系统除污性能的影响，并结合微生物群落和副产物控制效应的分析，探明最佳介质复配方式。结果表明，在传统介质中添加40%（V/V）的建筑弃渣可使系统对NH₄ ⁺-N和TP的去除率分别提高8.70%和9.69%。但受碱性浸出的影响，COD去除率反而下降5.27%，且出现了明显的NO₂ ^--N累积现象。介质复配在一定程度上缓解了建筑弃渣的碱性胁迫效应，可发挥建筑弃渣对氮磷的强吸附性能，并结合黄铁矿作为自养反硝化电子供体的特性增强反硝化作用。该策略提高了微生物群落α多样性，增加了硝化功能菌属（Nitrospira）和反硝化功能菌属（Denitratisoma和Bacilli）的相对丰度，同时抑制了硫杆菌属（Thiobacillus）和陶厄氏菌属（Thauera）的生长，进而增强了系统除污能力，有效解决了出水NO₂ ^--N累积问题，并实现了出水pH、TFe和SO₄ ^2-等副产物的控制。尤其将40%（V/V）的建筑弃渣添加于种植层，而将20%（V/V）的黄铁矿添加于淹没层的介质复配方式能实现高效的除污性能，对COD、TP、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N和TN的去除率分别为84.49%、96.94%、91.83%、87.11%和82.13%，且副产物浓度均未超过限值。

在陆-气水热交换体系中，空气动力学阻力表征大气湍流的物质交换能力，其准确性对水热交换模拟估算具有重要意义。然而，由于缺乏大气层结资料，现有研究通常基于中性层结假设来估算空气动力学阻力，存在较大的不确定性。为此，基于全球187个通量站数据，结合莫宁-奥布霍夫相似原理、Penman-Monteith公式、Thom模型以及非线性回归等方法，在日尺度当量空气动力学阻力估算的基础上，构建了综合考虑地表大气与植被特征的空气动力学阻力估算模型，并结合潜在蒸散发探讨了其生态水文学意义。结果表明：①全球187个通量站日尺度当量空气动力学阻力值平均为44.6±24.6 s/m，而基于中性假设的传统方法估算值平均为125.1±22.7 s/m，存在普遍高估现象；②下垫面特征包括冠层高度（h_c ）、叶面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）与增强型植被指数（EVI），在较大程度上解释了空气动力学阻力系数变化（R ²=0.81），基于该模型估算的空气动力学阻力平均为57.8±51.9 s/m，相对于传统方法改进效果明显；③基于传统空气动力学阻力估算方法的潜在蒸散发存在普遍低估现象（回归系数0.55），而改进模型具有更准确的估算结果（回归系数1.15），尤其是在落叶阔叶林、常绿阔叶林、混交林等具有较高冠层的土地利用类型中，改进模型提升效果更为明显。研究成果可以为准确评估陆-气水热交换过程和水热耦合模拟模型构建提供重要理论支撑。

第六次耦合模式比较计划（CMIP6）数据常用于全球尺度下气象要素变化评估，但是在预测区域尺度方面无法达到理想效果。新疆伊犁河流域（IRBC）海拔起伏巨大，地形复杂，不同气象站点的数据模拟结果往往有巨大差异，需要一套准确的气象数据以支撑气象研究工作。研究选取可靠性集合平均（REA）、卷积神经网络（CNN）、随机森林（RF）和贝叶斯模型平均（BMA）4种集合方法，基于CMIP6中多个全球气候模式（GCMs）数据，构建多套新疆伊犁河流域多模式集合气象数据集。研究通过泰勒图、泰勒技巧得分（TSS）和Kling-Gupta Efficiency（KGE）等指标评估多模式集合和单模式数据性能，筛选对研究区域降水和气温模拟效果最优的方法。结果表明，对于降水而言，BMA数据集合对各个极端降水指标的模拟效果最优，相较于其他方法，其在率定阶段（1961-1999年）的极端降水指标日降水量95%分位值的湿润日年累积降水量（R95PTOT）最高，在验证阶段（2000-2014年）BMA的秩和比（RSR）为1.1，排第一位，表明其综合模拟效果最优。BMA在指标年最大日降水量（Rx1day）、年最大连续5日降水量（Rx5day）和R95PTOT的KGE分别为0.32、0.39和0.52，均优于其他数据集。而在平均气温模拟中，RF数据集的模拟效果最优，在率定阶段标准化偏差（SD）、中心均方根误差（CRMSE）、相关系数（r）和TSS计算结果分别为1.005、0.088、0.996和0.49，均为该指标下最优结果。在验证阶段RF多模式集合数据集的RSR为1.18，明显优于其他方法的结果。该研究结果评估了不同模式和方法生成的气象数据对研究区域对气象数据的模拟性能，可以为未来情景下气象数据分析提供可用方法，为IRBC的气象灾害管理和水资源管理提供科学依据。

钢拱架+喷射混凝土联合支护结构被广泛应用于软弱围岩隧洞中，受限于钢拱架尺寸较小、布置密集的特点，实际工程中难于对其进行非线性有限元分析。鉴于此，根据钢拱架的力学特性，提出了钢拱架结构四节点等参单元模型，通过刚度叠加模拟其力学作用，基于Mises屈服准则和二次塑性流动模型，建立钢拱架弹塑性本构模型以模拟钢拱架的屈服、硬化行为。采用弹性损伤本构模拟混凝土的损伤软化行为，最终形成钢拱架+喷射混凝土联合支护结构非线性数值模拟方法，通过平面圆形隧洞算例，验证了其合理性。采用该方法深入研究了联合支护结构的受力特性，结果表明：围岩压力较小时，混凝土处于弹性状态，具有较高的承载能力，是主要的承载结构；围岩压力较大时，混凝土发生压缩损伤，多余应力传递给钢拱架结构承担，致使钢拱架应力显著增大，钢拱架演变为主要承载结构；减小钢拱架间距能在一定程度上减小钢拱架应力、减缓混凝土损伤的发展、增强联合支护结构的支护效果。

全球气候变化导致水文循环过程发生了显著的变化，从而使得水文干旱发生的风险增加。因此，研究变化环境下水文干旱的变化对水旱灾害预警及水资源管理具有十分重要的意义。选择中国南北典型流域（湘江和渭河流域）作为研究区域，以1982-2015年为基准期（也即历史时期），2030~2060年为未来时期，通过CMIP6提供的SSP126、SSP245和SSP585三种情景下的五个全球气候模型（Global Climate Models，GCMs）输出未来时期气候数据，利用极端梯度提升树法（Extreme Gradient Boost，XGBoost）对GCMs输出的降雨和温度进行降尺度，从而驱动水文模型得到未来时期径流量，继而对比分析历史与未来时期湘江、渭河流域水文干旱演化特征。结果表明，经过XGboost降尺度后，模拟湘江、渭河降雨方面的RMSE分别降低了57.6%、51%，与实测值的相关系数分别提升了20%、32%。在模拟气温方面的RMSE分别降低了50.9%、51%，与实测值的相关系数提升了4.3%、6.25%。未来时期湘江流域降雨量的增多增加了流域的径流量，从而缓解了当地的水文干旱，干旱严重程度、持续时间、强度与强度峰值相较于历史时期平均减少了6.3%、4.8%、10.6%与6.5%。与湘江流域相反，气温与潜在蒸散发的上升使得渭河流域径流减少，渭河流域在未来时期将要面临更大的干旱风险，在所选的不同情景中，SSP585情景下的干旱情况最为严重，干旱的严重程度与持续时间比历史时期分别上升了72.7%与30.8%。

深埋引水隧洞TBM施工针对岩爆风险防治手段有限，一旦遭遇极强岩爆，将会掩埋TBM施工机械，研究适用于TBM开挖的岩爆风险防控手段意义重大。提出在深埋引水隧洞施工中采用钻爆导洞先行开挖进行应力释放的方法，对比了钻爆导洞开挖与全断面开挖方法（单一钻爆或TBM法）诱发的围岩应力调整过程，分析了导洞开挖诱发TBM扩挖掌子面附近的应变能演化规律，结果表明：钻爆导洞超前开挖降低了TBM扩挖工作面附近应变能积聚程度，应变能峰值积聚位置远离隧洞表面，使TBM扩挖断面处于应力释放区域，岩爆风险有所降低，最后依据现场案例验证了钻爆导洞开挖的应变能释放效果。

水力机械的高能效一直是众多学者追求的方向。离心泵是一种应用广泛的水力机械，其效率一般在70%~80%之间，优化离心泵，提升其效率的方法是值得探讨的。采用一立式单级单吸蜗壳式离心泵进行模拟流体计算分析。基于RNG k-ε湍流模型对离心泵进行0.5Q_d ~1.3Q_d 7个不同流量进口条件下的流体模拟计算，得到了其在大小流量工况下的水力性能表现。主要表现为小流量工况下效率低下，扬程较高；大流量工况则正好相反，效率高扬程低。之后，利用Bezier样条曲线对离心泵叶轮进行了优化，主要表现在叶片进口边型线弯曲程度的改变，建立了包括初始模型在内的5个方案。将不同方案均在额定工况下进行模拟数值计算，分析其效率和扬程随叶片进口边型线弯曲成的变化并对其不同方案情况下叶片压力、速度矢量以及出口管流态的不同进行比对，最终得到最优方案，效率提升到91.2%，扬程更加接近设计扬程。

钢纤维混凝土因其优异的力学性能在工程实践中得到广泛应用。然而，与其他类型纤维相比，钢纤维在腐蚀性环境中易发生锈蚀，导致混凝土力学性能和耐久性的退化。从钢纤维的锈蚀机理、影响因素及其对混凝土力学性能和耐久性能的影响等方面，系统总结了国内外关于锈蚀钢纤维混凝土的研究进展。已有研究表明，钢纤维的耐腐蚀性能与混凝土的水灰比、纤维种类、混凝土的开裂情况以及外界侵蚀环境等有关。在未开裂的混凝土中，钢纤维仅在表层约5 mm内发生锈蚀。随着锈蚀程度的加深，钢纤维强度逐渐下降，锈蚀产物对孔隙的填充和挤压在不同时期发挥不同的主导作用，导致钢纤维与水泥基体间黏结性能的退化，影响了钢纤维混凝土的力学性能。目前，大部分研究均未考虑钢纤维锈蚀对钢纤维混凝土强度的影响，尚未建立钢纤维锈蚀与混凝土性能退化之间的定量关系。最后，结合现有研究成果，讨论了钢纤维锈蚀研究中存在的问题，并对未来研究方向进行了展望。

制定现实可行的水量分配方案是解决缺水情势下跨行政区河流争水冲突的关键。因计算原理简单、分水比例透明、方案易于操作，需求比例法在水资源管理实践中获得广泛应用。然而，该方法仅以地区用水需求作为水量分配的影响因素，未关注其他特征因素的影响，因而分配结果可能存在一定片面性。针对需求比例分配法在解决跨行政区河流水量分配冲突方面的局限性，构建考虑水量贡献、社会公平、尊重现状、用水效率及生态环境可持续等原则的水量分配指标体系，并结合信息熵-CRITIC法和破产博弈理论，提出跨行政区河流水量分配非对称需求比例模型。随后，以湖北省汉江流域为研究对象，以可分配水量、需水量、多年平均径流量、人口规模、当前用水量、GDP、生态环境流量及污水排放量等基础数据为模型输入，开展两种供需情景下跨行政区河流水量分配研究。结果表明：相较于需求比例分配法，所提模型因综合考虑了利益主体在水量贡献、用水人口、用水需求、用水效率及生态环境等方面的差异性，在枯水年需水量较高且权重系数较大的十堰和襄阳两市获得的水量分配满足度均提高2.39%，而需水量较低且权重系数较小的随州和潜江两市的水量分配满足度则分别降低47.25%和33.54%；在特枯水年十堰和襄阳两市获得的水量分配满足度分别提高32.09%和23.10%，而随州和潜江两市则分别降低46.71%和40.94%。所提模型能够突出主体在水量分配中多种影响因素的差异性，又能确保个体理性原则不受破坏，在解决跨行政区河流水量分配冲突问题中具有较高的应用价值。

准确的水量推求是流域水资源合理开发利用的基础，其主要基于干流径流资料采用适线法进行水文频率分析，为保证可供水量设计值计算的准确性和合理性一般需要考虑不同的分布曲线和适线准则，同时为考虑各地区用水需求的差异，不可忽略可供水量的地区组成。建立了一种基于遗传算法和Copula函数的流域可供水量计算模型，模型选取两参数Gamma、P-Ⅲ和对数正态3种不同分布线型，基于相对离差平方和最小准则和均方根误差最小准则两种适线准则通过遗传算法完成优化适线求解流域各支流水量服从的最优分布线型，并以此为基础基于GH Copula函数构造流域下游设计断面可供水量的联合分布函数，计算可供水量的同时能够反映水量的地区组成。应用于流溪河流域，得出不同情景下各支流的最优分布线型，计算出不同保证率下流溪河流域下游控制断面可供水量范围。在流域各支流水量优化适线结果中，基于离差平方和最小准则进行优化适线的结果对于样本的低水点据有较好的拟合效果，而基于均方根误差最小准则进行优化适线的结果对于整体样本点据的拟合效果较好，同时基于此结果使用GH Copula函数构造流域设计断面可供水量的联合分布函数求解流域可供水量可能够较好的反映其地区组成并且较传统的可供水量推求方法有较高的准确性。

受融雪、土壤冻融等过程影响，季节性冻融区融雪产流期日尺度水、氮产出过程模拟仍面临一定困难。研究以典型季节性冻融区吉林省长春市黑顶子河流域为例，基于2014-2016年冻融期流域出口水、氮日监测资料进行SWAT模型的率定和验证，探讨了SWAT模型在融化期日径流及日氮素负荷模拟的适用性。结果表明，在SWAT模型中，CN₂，CNFROZ，SNOCOVMX和CN₂，SDNCO，CNFROZ分别是对日径流和日硝态氮出产影响最大的3个参数；SWAT模型在日径流模拟上表现较好，校正期和验证期日径流模拟的NS_E 、R ²和R_e 分别为0.75、0.78、-12.76%和0.54、0.51、5.65%，精度变差的主要原因是SWAT模型未考虑积雪对产流的迟滞作用以及融雪再冻结过程，且为了准确的模拟冻土融化期融雪产流过程调得的参数往往导致非冻融期的降雨产流过程产流过大，基流较小；受径流模拟偏差及模型中冻融过程对氮素转化影响刻画不足影响，SWAT对日硝态氮负荷模拟精度相对较低，校正期和验证期硝态氮日模拟值NS_E 、R ²和R_e 分别为-0.19、0.44、2.7%和0.60、0.26、-13.79%。研究验证了SWAT模型在季节性冻融区的适用性，揭示了其局限性，为模型优化与应用提供科学依据。

研究收集并计算了国内40余座典型船闸年峰上下游水位差，得出静水压力的不定性参数及变异系数。基于现行规范下的抗力统计参数，采用改进JC法，校准计算了各级船闸人字门不同构件的可靠指标，提出了承载能力极限状态设计表达式中分项系数的确定方法。研究方法和理论框架可供同类水工钢闸门结构可靠度的研究提供参考，为规范修编提供方法论指导，有助于推动规范的更新和完善。

降水作为水文过程中最重要的驱动因子之一，其数据来源和准确度是影响洪水预报精度的关键因素。受水雨情监测系统不完善、流域范围较小等诸多因素影响，中小流域实测降水数据的精度较高，但分布不均，进而影响水文模型的模拟结果。为提高流域洪水预报精度，研究通过构建CNN-LSTM神经网络模型将测站数据与卫星产品降水数据进行融合，并结合HEC-HMS模型开展场次洪水模拟，以陕西黑河流域金盆水库以上集水区为例，探讨星地融合降水在场次洪水模拟中的应用效果以及适用性。结果显示：①以站点降水数据为输入的HEC-HMS模型在研究区的适用性较好，率定期和验证期均能达到乙级精度。②两类IMERG卫星产品与实测降水的相关系数都较低，整体高于实际值，误差较大，在经过CNN-LSTM数据融合后与实测降水数据接近，并且IMERG-Early产品的融合效果更好。③融合卫星产品后的HEC-HMS模型对于10场洪水的模拟合格率为80%，平均确定性系数为0.856 9，洪峰时差的绝对值均值为0.8 h，达到甲级精度。④星地融合降水进行洪水模拟的结果确定性系数增加，平均洪峰时差绝对值减小；洪峰流量的模拟效果下降且明显偏小。结果表明：中小流域将实测降水数据与适当的卫星降水产品数据进行融合，可以在一定程度上提升洪水预报模型的精度。

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。

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。

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。

水土资源是“三生空间”的基本组成要素，内蒙古自治区水土资源的特殊性使其“三生空间”优化面临重大挑战。基于“三生空间”视角和PSR模型构建内蒙古自治区水土资源承载力评价指标体系，运用熵权TOPSIS评价模型研究内蒙古自治区2013-2022年水土资源承载力的时空演变趋势，引用耦合协调度模型研究水土资源承载力“三生空间”的耦合协调度。结果表明：①各盟市的水土资源承载力总体呈现波动上升的演化态势，且主要处于较低承载力、一般承载力和较高承载力3种水平，没有出现低承载力水平和高承载力水平。②研究期内，各盟市的水土资源承载力可以划分为两个阶段：第一阶段（2013-2017年），各盟市的水土资源承载力呈现缓慢、波动的上升态势，主要处于较低承载力和一般承载力水平，承载力评价值主要集中在0.3~0.6；第二阶段（2018-2022年），各盟市的水土资源承载力总体呈现稳定上升趋势，主要处于一般承载力和较高承载力水平，承载力评价值主要集中在0.4~0.7，相比第一阶段承载力整体上提升明显。③内蒙古自治区水土资源承载力“三生空间”的耦合协调度总体呈现上升趋势，各盟市水土资源承载力“三生空间”的耦合协调度变化趋势与水土资源承载力的时空演变趋势基本一致，是生产、生活和生态空间之间协调稳步改善的结果。研究结果可为内蒙古自治区水土资源的可持续规划利用与管理，以及其“三生空间”格局的优化提供参考。

依托某抽水蓄能电站上水库面板堆石坝，从坝体永久变形、坝坡抗震稳定性、坝体抗拉裂破坏能力、面板抗震安全性等方面阐述面板坝极限抗震能力分析方法和安全控制标准。采用地震波超载法，对大坝开展不同地震峰值加速度下的三维地震反应计算，并基于坝顶震陷率、坝坡最小安全系数小于1.0累计持时、累计滑移量、坝体震后变形倾度、面板应力等指标定量分析面板堆石坝极限抗震能力。经过深入综合分析，可以得到以下结论：大坝具有较强的抗震性能，其极限抗震能力位于0.55~0.60 g之间。计算分析成果为科学评估面板堆石坝抗震安全性和合理制定抗震加固措施提供参考。

三峡水库蓄水后，枢纽下游分汊河段在不饱和挟沙水流作用下发生长时段冲淤调整，主支汊的分流比发生复杂变化，依据实测资料，采用不同方法判断汊道冲淤调整方向，为分汊河段防洪规划、两岸经济发展布局规划等提供支撑极为重要。以长江干流武汉河段铁板洲分汊段为例，采用主支汊过流面积变化分析、实测分流比变化分析以及河工模型试验相结合的方法，对三峡水库蓄水后该分汊段主支汊的冲淤调整方向进行多方法判断。结果表明：①3种方法对铁板洲顺直分汊河段冲淤调整态势的判断定性上具有一致性，即铁板洲分汊段总体呈支汊冲刷发展，支汊的过流面积占比增加，分流比增大，主汊分流比减小；②支汊来沙不饱和度超过主汊和径流过程调平是铁板洲分汊段支汊冲刷发展的主要原因；③主支汊过流面积变化、实测分流比变化和河工模型试验法均可以定性判断主支汊冲淤变化方向，而河工模型试验法还可以定量给出分汊河段同流量分流比的变化，三峡水库蓄水以来，大水至枯水不同流量级下支汊分流比增加7.4%~13.4%。

为更好探究全球极端热浪的时空演变规律，基于超热因子指数（EHF），引入气温阈值门槛，分析了热浪事件发生次数、发生频率、持续时间和平均累积强度的时空演变特征，对比了20个IPCC分区不同热浪指标增长的区域特征，评估了基于ERA5、MERRA2、JRA55和NCEP/NCAR四种全球气温数据集热浪特征识别的差异。研究结果表明：在2002-2021年期间，极端热浪事件次数、发生频率和持续时间在欧洲、非洲北部和南部、北美南部、南美洲东部以及澳大利亚东部地区较大，而平均累积强度较大的区域集中在中纬度地区；进入21世纪以来，四种极端热浪特征增长趋势显著增大，其中，极端热浪发生天数的增长趋势要大于累积强度；西亚地区、南欧和地中海区域不仅经历了更频繁的热浪天气，且极端热浪的累积强度较大；四套不同的再分析数据集在热浪事件次数、发生频率和持续时间的表征上存在一定差异，但在表征极端热浪的平均累积强度方面具有高度的一致性。研究结果有助于理解极端热浪的全球分布差异，为减缓极端事件带来的不利影响，提升区域适应气候变化的能力提供科学依据。

为解决声信号用于检测供水管道运行状态易受噪声干扰从而导致泄漏检测和漏点定位精度低的问题，提出一种结合变分模态分解和希尔伯特变换的振动声信号降噪方法。首先，利用变分模态分解将泄漏信号分解为若干个固有模态函数，确定分解模态数量，并对固有模态函数分量进行希尔伯特变换得到边际谱，通过边际谱特征和互相关系数初步筛分噪声；然后，通过滤波器和互相关系数进行二次噪声筛分；最后对降噪后的信号进行时延估计，结合定位原理计算漏点位置。为了验证方法性能，通过试验对互相关法、变分模态分解-相关系数法和所提方法进行对比分析，结果表明，所提方法相较其他两种方法，能够有效地降低泄漏信号中的噪声，减小定位误差。

与单一水库相比，梯级水库连溃灾害影响更大、致灾因素更加复杂，然而梯级水库心墙坝连溃过程数值模拟仍面临较大困难。提出了梯级水库连溃过程数值模拟方法：采用DLBreach模拟溃坝洪水过程，采用天然河道一维水动力高精度数值模拟方法模拟溃坝洪水演进过程，基于C#语言开发了梯级水库连溃数值模拟程序，采用文本交互数据方式将溃坝模型和洪水演进模型连接。实例研究表明：DLBreach模型模拟射月沟水库溃坝洪水洪峰与实测值相对误差仅为1.8%，峰现时间仅相差1.2 min，模拟精度较高；溃坝洪水演进方面，方法与HEC-RAS（FVM）模拟洪峰流量相对误差仅为1%，洪水演进过程接近，表明该方法适用于天然河道溃坝洪水演进模拟。本文方法计算精度、计算效率均较高，实现了梯级水库心墙坝连溃快速、高精度数值模拟，为突发洪水事件及其后果的快速预报、预警和应急响应创造有利条件。

湿地的固碳释氧功能对区域大气调节具有重要作用，是湿地重要的生态系统服务功能之一。为量化黄河三角洲湿地生态系统固碳释氧能力并解析其驱动机制，采用CASA模型估算了2005-2020年黄河三角洲湿地的净初级生产力（NPP），通过光合作用方程换算成固碳释氧量，并利用地理探测器和贡献指数识别了固碳释氧功能演变的主要驱动因素及贡献量。研究结果表明：黄河三角洲湿地2005-2020年多年平均净初级生产力为321.5 g/m²，总量为907.9 Gg/a，2005-2020年NPP整体上呈减少趋势；固碳、释氧量多年平均分别为309.3 g/m²、836.4 g/m²，2005-2020年固碳释氧量整体上呈减少趋势；从空间分布看，固碳释氧量的空间分布特征与NPP的空间分布特征是一致的，高值区主要集中在林地，其次为草地和农田；地理探测器探测结果表明土地利用类型和NDVI是固碳释氧空间分布的主要控制因子；贡献指数的分析结果表明林地、草地、农田对固碳释氧功能具有正贡献，养殖池、盐田、建设用地等土地利用类型对固碳释氧功能为负贡献，2005-2020年养殖池、盐田、建设用地的贡献指数呈增长趋势，表明黄河三角洲湿地城市化、围垦养殖等人类活动的发展对于黄河三角洲湿地固碳释氧功能的消极影响在逐渐加强。研究结果可为黄河三角洲湿地生态系统稳定及持续健康发展提供科学依据。

为揭示水对黏性土宏观变形特性影响的细观力学机制，结合室内三轴压缩试验结果，借助颗粒流软件PFC^3d，从细观尺度研究了不同初始含水率条件下黏性土压缩破坏的力学机制。结果表明：所建立的DEM模拟结果可以反映不同初始含水率条件下土体的力学性能；土体的峰值强度、切线弹性模量、黏聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低；随着轴向应变的增加，在试样两端产生较大位移量，中部区域产生较小位移，同时在中部区域形成剪切带，土体表现为“先剪缩，后剪胀”的变形特点。并在围压施加完成时，颗粒接触法向各向异性较小，但随着土体达到峰值状态，颗粒体系的接触法向表现出较强的各向异性；剪切过程中试样微裂纹发展经历了零发展，快速发展和缓慢发展阶段，并且剪切裂纹占主导地位；模型中边界能量随着剪切的持续，大部分转化为弹性应变能，小部分转化成阻尼能。研究可为探索不同初始含水率下土体压缩变形破坏行为提供一种新思路。

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。

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。

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。

为探究冷冻-微波法净化污水水质效果，研究设计室内污水冻结成冰，结合微波快速解冻，按T1~T5时间段收集融出水试验。结果表明：①17 min的微波解冻可取代传统14.5 h的污水冰解冻。②T1+T2的微波处理，去除污水中59.18%和64.57%以上的理化指标含量和离子含量，同时色度、浑浊度、絮状沉淀也显著减少。③微波解冻17 min后的水产品中，TDS与总硬度浓度比最大仅0.16，总碱度、HPO₃、PO₄ ^3-、COD_Mn、SiO₂、H₂SiO₃的浓度在0.20~0.41之间；K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃ ^-、NO₃ ^-浓度比仅在0.05~0.20之间；As的浓度接近0。④主成分分析结果显示，冷冻-微波法净化TDS及总阴离子净化效果最好，主成分综合得分Y分别为4.55和3.65。总体而言，结合冻融过程与微波快速解冻，可快速、高效地实现污水处理。

代冲溪水库重力坝坝基发育23 m宽的断层破碎带，破碎带岩体力学特性较弱，在大坝的施工、蓄水和运行过程中会对坝基的稳定性产生重要影响。基于工程地质条件和岩体力学参数提出了坝基处理的微拱形混凝土塞置换基础方案，并开展了三维有限差分数值模拟计算和坝基F1断层岩石力学参数的敏感性分析。研究得出，在宽大断裂带软基岩体情况下，变形模量差异和断层带的弱承载力导致坝基的不均匀变形现象明显。通过微拱混凝土塞置换之后，蓄水过程坝基承载力及重力坝应力变形均满足要求。由于混凝土塞能够较好的发挥作用，断层破碎带参数的变化对大坝和坝基应力变形影响被削弱。相关研究为跨越宽大断层重力坝的基础处理提供了重要的参考价值。

水文与气象预报相结合可以有效提高洪水预报的精度和延长预见期，陆气耦合模型已成为水文气象学者研究的重点。WRF-Hydro模型作为新一代分布式陆气耦合模型在多尺度洪水预报中具有广阔的应用前景，但由于各物理过程参数化方案复杂，模型计算量大，对该模型的参数敏感性研究还不充分，也影响着模型的模拟精度。研究以湿润区的新安江上游屯溪流域为研究对象，构建多个单目标和多目标函数，并结合Morris全局参数敏感性分析方法，探究了WRF-Hydro模型在不同目标函数下的参数敏感性。结果表明：土壤参数（DKSAT、SMCMAX、BEXP）主要影响壤中流和地表径流，对径流量影响显著，尤其DKSAT最为敏感，直接影响水在土壤中的下渗速度，增大时基流量显著增高而洪峰流量则明显降低；产流参数（SLOPE、REFKDT）主要影响地表径流和基流分配，对洪水过程线形状有重要影响；河道汇流参数ManN影响汇流速度并主要控制峰现时间；植被参数MP对于总水量有一定影响；坡面汇流参数OVROUGHRTFAC和地下水参数Zmax则最不敏感。不同目标函数下的参数敏感性顺序和最优参数取值有一定差异，单目标函数中以相对误差为优化目标会更侧重于全年径流总量和低流量部分的模拟精度，而以效率系数和Kling-Gupta系数为目标则更侧重于场次洪水和高流量部分的模拟效果；基于几个单目标函数组合的多目标函数综合考虑了不同目标函数的影响，结果在一定程度上优于单目标函数。研究可为合理确定WRF-Hydro模型参数优化策略提供参考。

持续的强人类活动改变了水资源、经济社会和生态环境之间的互馈关系，影响了区域可持续发展。为探究河南省黄河流域水资源-经济社会-生态环境协调发展状况，识别协调发展的驱动因素，研究基于协同学和随机森林模型改进了传统耦合协调度模型，计算了河南省黄河流域2011-2022年水资源-经济社会-生态环境的综合发展指数和耦合协调度，采用核密度估计揭示其时空演变特征，利用地理探测器模型分析协调发展的驱动因素。结果表明：研究期内各系统综合发展指数均呈不同程度的增长趋势，但存在一定的异质性，水资源、经济社会和生态环境系统分别呈现出“西高东低，南高北低”、“中心带动周边，边缘发展缓慢”、“上游优于下游，西南优于东北”的空间非均衡格局；水资源-经济社会-生态环境协调发展水平向好趋势显著，各城市间空间异质性明显，呈现出“区域齐升，南高北低，西高东低”的演化特征；自然禀赋、经济基础以及人居环境是协调发展的主要驱动因素，各因子之间关系日益紧密，交互类型呈现向“非线性增强”转化趋势。研究创新性地提出了协调发展评价的新方法，并对其科学性进行了验证，为深入剖析河南省黄河流域水资源、经济社会与生态环境的协调发展状况提供了有力工具，对于促进区域可持续发展具有一定的实践指导意义。

衬砌的外水压力对富水深埋隧洞衬砌厚度和排水方案的确定具有重要意义。现有研究往往忽略宏观地质条件对渗流场的影响规律分析，导致深埋隧洞外水压力估算结果和衬砌设计方案缺乏可靠性的评价。论文依托引汉济渭秦岭输水隧洞工程，将富水地区深埋隧洞概化为分水岭下、傍山区域、河流下3种代表性的宏观地质环境模型，研究地质条件因素和工程措施对围岩渗流场和衬砌外水压力的影响规律和机理。结果表明：①洞顶地下水高度相同和衬砌不透水条件下，分水岭隧洞周围地下水的渗流方向以竖向为主；河流下隧洞周围地下水的渗流方向以水平为主。分水岭隧洞、傍山区域隧洞、河流下隧洞外水压力折减系数依次增大。分水岭下隧洞外水压力折减系数随着埋深增大而增大，依次为0.72、0.77、0.84；而傍山隧洞、河流下隧洞外水压力折减系数几乎不变，分别是0.91、0.91、0.93和0.95、0.96、0.96。②采取相同排水措施后，随着埋深增大，分水岭隧洞外水压力折减系数依次为0.15、0.42、0.64，降压效果最好；而傍山隧洞、河流下隧洞外水压力折减系数分别是0.48、0.67、0.77和0.63、0.80、0.83，降压效果逐渐变差；③隧洞埋深1 200 m时，分水岭、傍山和河流下隧洞外水压力折减系数随着围岩渗透系数的增大外水压力折减系数分别介于0.43~0.73、0.67~0.89和0.80~0.95，均呈现外水压力随着隧洞埋深增大而增大的规律性。研究成果具有普适性，可以从隧洞宏观水文地质条件与外水压力折减系数的规律性评估富水地区隧洞衬砌抗水压设计的合理性。

净水厂实际工艺过程中水质复杂多变且存在水质检测仪器故障导致水质参数缺失问题，确定混凝剂的投加量面临挑战。烧杯搅拌实验或人工控制过量投药的传统方法容易带来金属离子超标等水质风险，危害用户健康并降低经济效益。为解决上述问题，将遗传算法优化的模糊C均值聚类（GA-FCM）与自适应模糊推理系统（ANFIS）相结合构建预测模型。该模型依靠模糊规则带来的推理能力和神经网络的自适应能力实现在不稳定水质情况下混凝剂投药量的精准预测。通过Pearson相关系数法筛选输入水质指标，提高模型运行效率和泛化能力；使用遗传算法确定FCM聚类的最佳参数，提升聚类效果并生成更精准的模糊规则；通过反向传播和岭回归混合的方法调整网络参数，处理非线性部分的同时优化后件网络的权重。将中国东北部某净水厂作为案例进行研究，实验结果表明对比传统线性回归和机器学习模型，GA-FCM-ANFIS在不稳定水质情况下拥有更好的预测性能。对比其他耦合模型，在参数缺失情况下GA-FCM-ANFIS的预测精度明显更高。水质突变情况下预测评估指标R ²、RMSE、MAE和MAPE分别为0.93、2.79、2.33和3.71%；参数缺失情况下R ²、RMSE、MAE和MAPE分别为0.89、3.07、2.57和4.06%。所提模型能够显著提高预测精度，作为确定混凝剂投加量的可靠方法。

提出了一种基于Transformer的局部时间步长二维水动力模拟方法，旨在优化洪涝模拟的速度与精度，满足迫切的防洪减灾需求。该方法通过引入Transformer模型的自注意力机制与序列预测功能，结合局部时间步长技术动态调整水动力系统中局部区域的时间步长。以蒙洼蓄洪区的实际洪水过程为实例，模拟结果表明：在与遥感淹没影像及传统数值方法模拟结果的对比中，该方法在淹没范围与淹没深度的预测方面展现出较高的一致性和可靠性，相对误差保持在4%之内；与传统的全局时间步长方法相比，该方法能在保证模拟稳定性和精度的前提下，显著减少计算时间，在150 m网格分辨率下计算效率提升70.27%。

明确黄河流域高质量发展背景下“水-能-粮-碳”系统韧性提升的具体策略，对于实现黄河流域生态保护和高质量发展战略具有重要价值。综合运用社会网络模型、解释结构模型、基于博弈论的熵权法和障碍度模型，探究黄河流域地区“水-能-粮-碳”系统韧性影响因素的作用路径，在分析2021年黄河流域地区“水-能-粮-碳”系统韧性空间格局的基础上，诊断了系统韧性的关键障碍因素，并结合影响因素的因素作用路径和因果属性提出相应的提韧策略。研究发现：①黄河流域“水-能-粮-碳”系统提韧的主要障碍因素为农业机械总动力、已建成水库总容量、人均水资源量、再生水生产能力、人均能源产量以及地下水综合生产能力，除人均水资源量外其余因素均作为系统中的原因因素存在，5个主要障碍因素在解释结构模型中均属于底层因素和中层因素，对“水-能-粮-碳”系统整体韧性水平起到驱动作用；②研究期内水资源子系统障碍度最大，阻碍黄河流域“水-能-粮-碳”系统韧性发展的障碍因素大多都属于水资源子系统，中游的水资源子系统障碍程度与上、下游相比更高，上游的能源子系统和粮食子系统障碍程度大于中、下游地区。碳子系统障碍程度三者区别差距较小，中游地区率高于平均水平。