基于分形几何学方法建立了土体孔径分布的描述，并结合Young-Laplace理论提出了考虑孔隙分形特征的非饱和土基质吸力模型。针对陕西地区的黄土收集了不同干密度的土水特征曲线并分析了干密度对孔隙分布特征及基质吸力的影响。结果表明：黄土孔隙具有明显分形特性，可采用Menger海绵体分形模型良好描述。模型孔隙特征参数分析发现随着干密度增大，分形维数D近似线性增大，而最大孔径L呈幂函数减小；通过函数拟合，进一步建立黄土孔径分布与干密度的特征关系，进而实现了对不同干密度下的黄土基质吸力快速预测。

基于对物理灌区的现代化和模拟灌区的数字化认知，分析总结了现代化数字灌区建设应着力完成的“灌区识别”“立体感知”“精准控制”“信息交互”“管理调度”等“五大主体功能”结构体系；基于智慧水利建设和灌区高效运管需求，高效地模拟渠系水流，系统梳理了以“节点流量过程”为输入和输出的灌区概化图，研究提出了现代化数字灌区建设主要业务应用结构体系，即构建以“数据库”为载体，“数学模型”为支撑，基于“灌区一张图”基础之上的“组织管理、工程管理、安全管理、泵站管理、农业节水与供用水管理、经济管理、信息化管理、公共服务”等“九大业务应用”为交互的的整体架构，以期有效提升灌溉供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性。

水风光多能互补系统大多聚焦协同调度和提高新能源消纳研究，却忽略了风光能源消纳对水库水位的潜在影响。构建了考虑短期弃电特征的水风光互补系统中长期优化调度模型。首先，根据实际水风光出力模拟可能的弃电情景，拟合弃电损失函数，将其嵌套在中长期优化调度模型中；其次，模拟接入风光前后的水库调度运行过程；最后，分析风光消纳对梯级水库群年际、年内、月运行水位的影响。以黄河上游龙羊峡至刘家峡梯级水电站水风光互补系统为实例，研究表明：①接入风光后，梯级水库群的年均出力降低约0.5%，可促进风光消纳，保证系统总出力更大，可提高风光上网出力和系统总出力约2.2%；②风光消纳导致梯级水库群的年际和月水位波动增加，龙羊峡和刘家峡水库的年末消落水位和年均水位的波动范围分别增加2.5%、101.6%、0.8%和78.9%，龙羊峡的月水位波动变幅为0，刘家峡月水位下限降低14.7%；③在丰水年，接入风光后梯级水库水位显著下降；平水年，龙羊峡水库水位稍有降低，刘家峡水库的水位表现为汛前春季水位降低，汛后秋季水位升高；枯水年，风光消纳对水库水位几乎没有影响。这些研究结果对于更好地理解风光能源与水库运行之间的复杂关系以及优化水风光互补系统的运行策略具有重要的实际意义。

地下水资源的科学管理及决策高度依赖于精确的地下水模型，其中渗透系数这一水文地质参数发挥着至关重要的作用。为了全面理解和有效利用地下水，不仅需要准确估计渗透系数空间分布，还需对参数的不确定性进行量化，以评价其可信度。研究利用贝叶斯卷积神经网络（BCNN）探讨了渗透系数的参数反演和不确定性分析问题。为了检验该方法的有效性，进行了二维稳态水力层析抽水试验的虚拟数值实验。基准模型是具有编码-解码器结构的卷积神经网络，通过建立一个逆向映射模型，能够直接从空间插值得到的水头场中估计出参数场。在这个确定性模型的基础上，训练了贝叶斯卷积神经网络。结果表明，BCNN在不同训练数据规模下，都比确定性模型精度更高，特别是在数据量较少时，优势更加突出。通过对测试集样本进行分析，发现模型对不同区域的估计值有不同的可信度。训练良好的BCNN能够可靠地捕捉渗透系数分布的大致模式。此外，与生成式模型相比，BCNN在估计更加具挑战性的多峰非高斯对数渗透系数场时也有良好表现，这证明了BCNN在不同地质介质条件下的广泛适用性。贝叶斯卷积神经网络的使用能准确反演渗透系数并评估不确定性，为后续的地下水流模拟等物理过程提供了坚实的基础。

水温上升、光合作用、高坝泄流等过程均可能产生溶解气体过饱和问题，会影响河流和其他水体中鱼类的生物多样性。曝气技术已被证实能够显著促进过饱和TDG（total dissolved gas）、DO及DN等气体的释放，是一种减缓过饱水体影响的重要方法。使用针孔曝气盘和微孔曝气管进行了不同曝气量、曝气水深条件下的过饱和溶解气体释放试验，探究过饱和溶解气体释放规律。试验结果表明微孔曝气作用下过饱和TDG、DO及DN的释放过程符合一阶动力学方程，所有试验工况的过饱和DO能够释放到平衡状态，而过饱和DN的释放速率缓慢，且长时间无法达到平衡状态，呈现k _DO>k _TDG>k _DN；过饱和TDG、DO及DN的释放系数随曝气量的增加而增加，随曝气水深的增加而减小，相同曝气量、曝气水深下使用微孔曝气管对过饱和TDG、DO及DN的释放效果是明显优于针孔曝气盘的。使用二元线性回归模型建立了微孔曝气作用下过饱和TDG、DO及DN的释放系数关系式，能较好地预测k _TDG，相关系数R ²达到0.958。研究揭示了微孔曝气作用下过饱和溶解气体的释放特性，为曝气技术减缓过饱和溶解气体影响提供一定的参考价值。

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。

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。

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。

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。

针对金豺优化算法在解决复杂或高维优化问题时易陷入局部最优、收敛速度慢和计算精度低等不足，提出一种基于多策略融合改进的金豺优化算法（Multi strategy fusion improved Golden Jackal Optimization Algorithm， MGJO）。首先，通过引入混沌映射策略初始化种群代替随机参数，使得算法能够在搜索空间中生成具有良好多样性的初始解，避免初始种群分布偏离最优值；其次，提出一种非线性变化的动态惯性权重使搜索过程更加符合实际情况，有效平衡了算法的全局搜索和局部搜索能力；最后，引入柯西变异的位置更新策略使其充分利用最优个体的引导作用提高种群多样性，以有效探索未知区域避免算法陷入局部最优。为了验证改进的金豺优化算法的寻优精度、收敛性能和稳定性，选择了8个不同特征的基准测试函数进行试验。结果表明，在8个基准测试函数中，改进的金豺优化算法的平均值、标准差、最优值都取得了最优的结果。此外，Wilcoxon符号秩检验的结果表明改进的金豺优化算法在统计学上是显著优越的。通过实例应用表明， 基于多策略融合改进的金豺优化算法可以有效地估算出马斯京根模型的参数，优化效果明显优于粒子群优化算法、正弦余弦优化算法和金豺优化算法，进一步验证了多策略融合改进的有效性和改进算法在参数优化中的优越性，为更精确估计非线性马斯京根模型参数提供了一种有效的新方法。

针对按泵工况设计的多级泵式间导叶用于液力透平装置时不能满足转轮对水流环量要求的问题，结合水轮机设计理论和CFD数值仿真研究了泵式同径正反导叶关键结构参数对液力透平装置的水头损失、效率和工作水头等影响程度。结果表明：适当增大反导叶叶片进口边直径，隔板边缘倒圆角，级间导叶进口处内外壁倒圆角均能够减小级间导叶水头损失、提高液力透平工作效率；导叶线型及数量对其出口水流速度环量影响较大；增大包角或增多叶片数量可增强导叶对水流强迫作用，提高出口水流环量，但增加导叶水头损失。可为用于液力透平的同径正反导叶的设计提供参考。

为满足超高水头、超大容量水电站建设需求，提出了一种额定水头1 000 m，单机容量接近800 MW的三转轮立轴串联水斗式水轮机方案。阐明了这种通过增多转轮来增大容量的设计理念和结构组成，给出了方案的理论设计参数，并应用CFD模拟预测了其水力特性、分析和优化转轮及转轮室流态。研究表明：三转轮水斗式水轮机的额定工况效率可达87%，工作特性曲线变化平稳。转轮室溅水干扰是影响效率的主要因素。通过优化各层转轮相对位置和喷嘴方位，可一定程度提高效率，减小力矩振荡，保证出力稳定。此初步尝试证明了概念的可行性，也发现溅水优化的重要性，能为后续优化研究提供参考。

农田灌溉管理过程中优先流降低水肥利用效率，加剧地下水污染风险。基于碘化钾-淀粉染色示踪试验，分析了地面灌DM、微喷灌WP1（20 mm/h）、微喷灌WP2（40 mm/h）处理下的裂隙优先流特征，验证了基于水量平衡的双域渗透模型的有效性，并采用4组初始体积含水率（0.20、0.25、0.30、0.35 cm³/cm³）与5组灌水强度（12.0、24.0、36.0、48.0、60.0 mm/h）旋转组合设计进行模拟应用分析。结果表明，WP1、WP2处理整体上水分以均匀的基质流形式入渗；DM处理下的土壤剖面染色区域在垂直方向上可明显划分为基质流区（0~6.9 cm）和优先流区（>6.9 cm）。此外，DM处理下的基质流深度、灌水均匀度显著（P<0.05）小于WP1、WP2处理，而其优先流指数及湿润锋弯曲度均极显著大于（P<0.01）WP1、WP2处理，这表明地面灌可以激活更多的优先流路径，增大优先流发育程度和空间异质性，降低灌水质量。基于水量平衡的双域渗透模型可有效预测不同灌水强度下的基质流深度和土壤剖面染色面积比变化趋势（R ² ≥0.927 6、NSE≥0.884 4、RSR≤0.023 0），初始体积含水率和灌水强度旋转组合设计模拟结果表明，增加灌水强度或减小初始含水率会增加优先流的程度而降低灌水质量，故建议在农田灌溉管理过程中采用“高频少量”的灌水模式以减少优先流导致的水肥利用效率降低。该研究成果可为农田灌溉决策提供理论依据，其试验数据可为优先流模型优化与验证提供重要的数据支撑。

对于河道修复工程，为了增加河流地貌多样性，常会沿岸布置一些丁坝形成回流区（也称作滞水区）。滞水区的低速环流特点有利于泥沙落淤、营养质积累，为水生植物提供了适宜的生长环境，同时影响着河道内的物质输移扩散过程，对河流生态系统有着重要意义。采用量纲分析与遗传算法研究了挺水植被影响下滞水区滞留时间特性。对于植被化滞水区，影响水体滞留时间的因素可以归纳为三类，包括混合层流动特性、滞水区形貌特征以及植被拖曳作用。首先在前人工作基础上，应用π定理引入了能够反映植被阻滞效应的参数1+C_Dad_c，对于无植被情形1+C_Dad_c =1，表明物质交换不受该因素影响，而对于有植被情形1+C_Dad_c >1，表明交换活动会受到影响。其次通过分析比较，筛选了其他影响滞留时间的主控因素，包括体现来流强度的主流傅汝德数Fr，以及体现滞水区形貌特征的三维形状因子（Wd_c ）^0.5/L和宽长比W/L。然后以上述四种因素为自变量，构建了植被化滞水区滞留时间的一般性预测模型（即幂函数乘积模型）。最后基于收集的85组试验数据，采用遗传程序Eureqa对该幂函数乘积模型进行训练，拟合了植被化滞水区的滞留时间预测公式。对判定系数R ²与平均绝对误差MAE的评价表明该公式具有较好的预测能力；对各因素变化区间的分析表明该公式具有较宽广的适用范围。此外，通过比较这4种因素对模型结果的作用程度，发现宽长比W/L是影响滞水区水体滞留特性的关键参数，在开展相关工程设计时应予以重点考虑。

基于BP神经网络与高阶矩法，结合实测数据，提出了钢筋混凝土渡槽侧墙抗弯时变可靠度分析方法。为评估钢筋锈蚀影响下的渡槽侧墙抗弯时变可靠度，考虑混凝土结构中钢筋有效截面面积损失效应，导出渡槽侧墙承载能力极限状态下的抗弯时变功能函数；接着，结合钢筋锈蚀实测数据和BP神经网络原理设计钢筋锈蚀速率预测模型，通过半球形点蚀模型建立混凝土结构中钢筋有效截面面积计算公式；在此基础上，引入点估计-高阶矩可靠度理论发展渡槽结构时变可靠度分析方法，最后将提出的方法应用于某实际渡槽侧墙抗弯时变可靠度分析。结果表明：较之以往的8个实用经验模型，本文所建BP神经网络预测模型可以更准确、综合、简便、快速地预测混凝土结构中的钢筋锈蚀速率；通过与蒙特卡洛模拟法对比验证，本文方法求解时变可靠指标高效准确，可为渡槽时变可靠度评估预测提供一条有效的途径。

为探究水泵水轮机转轮和导水机构的动应力特性，通过建立水泵水轮机导水机构（固定导叶与活动导叶）及转轮的固体域模型，并基于流固耦合的方法对转轮、导水机构在水泵水轮机发电、抽水等多工况展开计算分析，以获得转轮及导水机构的应力特性。计算结果表明：转轮叶片与上冠“T”型连接处的应力集中与转轮进口处旋涡发展状态有关；转轮与活动导叶间的动静干涉是无叶区压力脉动的主要来源，且主频为叶片通过频率；较小开度或低水头工况下机组运行靠近不稳定区，活动导叶与转轮的动应力均较大，但活动导叶对水流的约束引导作用使其动应力值相比于转轮更高，且流量的增大有利于降低转轮所受动应力。因此可考虑通过改变导叶尾端与转轮进口间距，调整无叶区宽度或调整机组运行区域，避免长时间运行在低负荷、小开度工况下可进一步改善转轮所受动应力情况。

我国现阶段农业水权交易分散且规模较小，农业水权交易市场活跃度不高。随着水资源供需矛盾的日益紧张，需要激发市场在水资源配置中的决定性作用，进一步为农业水权创造更大的交易空间。农业水权涉及多层级管理制度，却少有从全局到细节不同维度分析农业水权交易发展影响因素的研究，无法具有系统性地推动农业水权交易发展。为此，本文将影响农业水权交易发展的关键因素划分为宏观社会经济、中观市场主体及相互关系和微观交易要素三个维度，定性分析不同维度各因素指标的实质属性以及对农业水权交易发展的影响效果，找准农业水权交易发展的宏观支撑，明确农业水权交易市场的发展思路，进而聚焦到微观交易要素在水权交易过程中的作用，从三个维度分别提出加大农业水权交易政策和多途径推进农村水系连通的建设力度、明确政企角色定位、鼓励农业水权交易与土地实现同步流转等活跃农业水权交易市场的建议，以期为完善农业水权交易市场提供建设基础和思路。

水库汛末提前蓄水调度具有主从递阶的决策结构，而发电目标的异参同效性使给定防洪规则时最优蓄水方案不唯一，即水库优化调度求解存在“不适定性”，水库运行管理单位是否选择对防洪安全更有利的蓄水方案影响调度效益的实现，表明防洪与兴利在竞争关系外还存在合作潜力。针对这一问题，围绕如何加强兴利部门对防汛部门的合作意愿从而提升水库调度整体效益，建立了基于下层决策者满意度的合作激励模型。该模型以不适定二层规划为框架，从水库调度决策特点出发，对兴利部门的合作意愿与其在给定防洪规则下的预期发电收益的非线性相关关系进行描述，进而得到兴利部门选择有利于防洪目标蓄水方案的概率，并采用多种群混合进化粒子群算法对模型求解。同时设置量化指标，对合作激励机制下的水库优化调度决策效率损失和整体目标实现度进行评估。在三峡水库汛末提前蓄水调度实例中，将新模型与乐观、悲观和部分合作模型结果进行了对比分析。结果表明，合作激励的机制会促使防汛部门适当让渡部分效益以提高水库蓄水发电效益，进而鼓励兴利部门选择更有利于防洪安全的方案，同时能较为显著地减少主从竞争博弈导致的调度决策效率损失。此外，与线性满意度模型相比，本文提出的非线性的满意度~预期调度效益值关系曲线更符合水库调度的实际决策特征。

针对常规水库防洪调度对防洪控制站点水位安全需求考虑不足的问题，研究提出了一种耦合流域防洪站点水位计算的水库群防洪优化调度方法。首先，通过多站点水位流量关系解析站点水位特性，辨识站点水位关键影响因子，进而根据各影响因子与水位之间的相关关系筛选用于水位计算的输入特征，并引入多层前馈型反向传播神经网络（Back Propagation neural network，BP神经网络），用于拟合输入特征与实测水位之间的复杂非线性关系，从而实现站点水位精确计算；其次，提出一种表征防洪控制站点水位安全程度的指标——安全裕度，以梯级下游防洪站点的整体安全裕度最大为目标，构建了耦合BP神经网络的梯级水库群防洪优化调度模型；最后，综合逐步逼近动态规划（Dynamic Programming Successive Approximation，DPSA）、逐次优化算法（Progressive Optimization Algorithm，POA）和粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）的优势，提出一种混合优化算法（DPSA-POA-PSO）对模型进行求解。以金沙江下游-三峡梯级水库群为对象开展实例研究，结果表明：考虑站点水位特性显著提升了BP神经网络的水位计算精度，对典型洪水的洪峰水位拟合偏差均不超过0.05m；与逐步逼近动态规划和粒子群优化算法相比，在梯级三库联合调度时，混合优化算法使得下游站点整体安全裕度分别提高了0.88%和2.58%，梯级五库联合调度时，下游整体安全裕度分别提高了0.85%和1.87%，并均能够同时满足各站点的保证水位要求，为改善流域水库群防洪安全水平提供了可靠支撑。

为研究三角形断面无壁排水暗管在非饱和土壤中减缓水分绕流的作用，在室内土槽中对该暗管（标注为T1）进行了排水试验，以圆形断面无壁暗管（标注为CK）作为对照，并利用MATLAB对2种暗管周围的水分绕流过程进行了模拟。试验结果显示，T1暗管底部的土壤含水率小于CK的土壤含水率，但是T1底部的土壤含盐率大于CK的土壤含盐率，表明T1对土壤水分绕流现象的抑制作用好于CK的作用；T1的出水时间比CK的出水时间提早3.89 h，两种处理的排水及排盐量之间没有显著性差异（p>0.05）。模拟结果揭示了非饱和土壤中暗管排水的特征，从理论上证眀了T1下方的含水率低于CK的值，T1对绕流的抑制作用更好。研究结果显示，在非饱和土壤中三角形断面无壁排水暗管比圆形断面暗管能够更有效地抑制土壤水分绕流，有利于提高排水效率。

水风光多能互补发电系统中风光出力不稳定且不连续，使得系统内水电机组需要频繁地进行工况转换，这给水电站运行的经济性和安全稳定性带来了挑战。当水电站厂内负荷分配中考虑了机组避振策略，普通粒子群优化模型的决策变量会变成高维度、互相耦合、不连续的高阶矩阵，模型中粒子速度更新过程的适配性降低导致了其收敛结果大打折扣。创新性地提出了双向更新的多目标粒子群模型，在水电站日前小时级调度方式和机组避振策略基础上，优化了机组综合穿越次数和机组全天的最优工况差之和这两个目标。结果表明：该优化模型相较于普通粒子群算法计算速度提升了14.7%，收敛精度范围平均提升了4%到6%，可为水电站兼顾经济性和安全稳定性的厂内负荷分配提供新的参考依据。

河口地区地表水波动会诱发滨岸潜水层内地下水位的震荡，并呈现出与河道水位非同步性的涨落过程。落潮阶段，河道边坡内地下水位高于地表水位，饱和区和饱和区持水量较大，容易诱发岸坡失稳。为此，通过改进BSTEM模型，并将其与考虑非饱和流运动的地下水模型SUTRA相耦合，提出了适用于复杂河口地区的崩岸预警模型SUBS。研究结果表明：河口地区地表水波动诱发的潜水层地下水波动具有较强的迟滞性，边坡安全系数和最不利崩塌面随潮汐周期性变化，涨潮期安全系数增加，落潮期由于地下水的排水滞后性，导致岸坡安全系数降低。尤其是在大潮期的落潮阶段，水位快速降落，岸坡上浸润面的出现会进一步增加岸坡崩塌的风险。进一步对比均质和非均质边坡的稳定性，结果表明岸坡内土壤黏聚力对边坡的稳定性影响较大，上层为黏土，下层为砂土的复合结构岸坡的稳定性要高于岸坡组成为低黏聚力均质砂土的情况，此时需要更加关注地下水位波动的影响。通过耦合地下水模型，考虑地下水位的实时波动特征，拓展了传统BSTEM模型的应用范围，为河口地区边坡稳定性预测提供了新的研究手段。

为科学评价云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡状态，建立基于社交网络搜索（SNS）算法、登山队优化（MTBO）算法优化双向门控循环单元（BIGRU）、双向长短时记忆（BILSTM）网络的水资源空间均衡评价模型。首先，从水资源支撑、水资源压力、水资源调控力3个方面遴选15个指标构建水资源空间均衡评价指标体系和等级标准，采用线性内插和随机选取的方法生成样本构建BIGRU、BILSTM适应度函数；其次，简要介绍SNS、MTBO算法原理，利用SNS、MTBO优化BiGRU、BiLSTM隐含层神经元数、学习率（超参数）构建SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型，通过不同样本大小和连续10次运行的方法验证SNS-BIGRU等4种模型的稳健性；最后利用SNS-BIGRU、MTBO-BIGRU、SNS-BILSTM、MTBO-BILSTM模型对云南省2006-2022年及2025年水资源空间均衡进行评价，并与SNS-支持向量机（SVM）、MTBO-SVM和模糊综合评价法的评价结果作对比。结果表明：①所建立的SNS-BIGRU等4种模型具有较好的识别精度和稳健性能；SNS、MTBO能有效优化BIGRU、BILSTM超参数，提升BIGRU、BILSTM预测性能。②SNS-BIGRU等4种模型对云南省2006-2011年水资源空间均衡评价为“不均衡”，2012-2013年评价为“较不均衡”，2014-2018年评价为“临界均衡”，2019-2022年评价为“较均衡”，2025年基本可达到“均衡”水平；4种模型评价结果与SNS-SVM、MTBO-SVM、模糊综合评价法有3年存在1个等级的差异。本文构建及提出的模型方法可为水资源空间均衡评价提供参考与借鉴。

模型参数率定是提高水文模型模拟效果的重要手段，通过研究一种改进的自适应遗传算法（IAGA）对新安江模型参数进行优化率定，解决传统遗传算法初始种群质量不高、容易早熟收敛、局部搜索能力差等问题。该算法利用混沌变量遍历性特点，随机生成初始种群并选优，提高初始种群的个体质量；针对交叉与变异的进化过程，设计了反映种群离散程度的种群目标函数离散系数，利用该系数构建了自适应调整交叉与变异概率算子，防止遗传算法过早收敛；依托环形交叉算子，提高算法全局搜索能力；采用自适应非均匀变异算子，实时优化算法的局部搜索能力，避免陷入局部最优。将自适应遗传算法、传统遗传算法（GA）和自适应遗传算法（AGA）应用于秦淮河流域新安江模型的参数率定，并从率定的收敛性、耗时、稳定性和效果方面进行算法的性能比较，结果表明：IAGA算法具有更优的寻优能力，更好的收敛结果，更高的稳定性和精度，场次洪水的模拟效果优于GA算法和AGA算法，率定期与验证期确定性系数（R ²）均在0.85以上，纳什效率系数（NSE）均在0.8以上，总体达到了水文预报的乙级标准。结果表明采用上述的综合手段改进传统遗传算法是可行的，改进后的IAGA算法具有良好的应用前景，为新安江模型的自动率定提供了一种有效的途径。

为探究交错叶轮对双进口两级双吸离心泵过流部件压力脉动特性的影响，对同一水泵分别配置对称叶轮与交错叶轮作为对比方案，采用实验与数值模拟结合的方法开展研究，量化了吸水室、过渡流道及蜗壳在0.6Q、1.0Q、1.2Q三种典型工况下的压力脉动特性。结果表明：①在外特性方面，采用交错叶轮在各工况下的泵扬程与效率均高于采用对称叶轮，且1.0Q工况下可高出2%与3%；②在压力脉动特性方面，对于吸水室，各工况下交错叶轮对压力脉动的影响均较小，主频幅值相差不超过2%；对于过渡流道，各工况下交错叶轮对压力脉动均有抑制作用，如过渡流道隔舌处主频幅值较对称叶轮最高可降低13.5%；对于蜗壳，各工况下交错叶轮对压力脉动均有改善效果，如蜗壳隔舌主频幅值最高可削减31.9%。这一发现可为交错叶轮在双进口两级双吸离心泵中的应用提供参考。

在污水的处理过程之中，潜水搅拌器作为污水处理的主要核心部件之一，它的工作性能和作用对于全部污水处理过程的最终质量产生了十分重要的影响。因此，潜水推流器成为了污水处理厂重要的搅拌和推流的设备。采用试验与CFD数值模拟相结合的方法研究了直径为400 mm转速为980 r/min推流器的推力、功率以及推功比性能参数，建立三维几何模型，进行结构化网格划分并进行了网格无关性分析，对潜水推流器进行了非定常计算；通过数值计算分析得出安装导流罩的潜水搅拌器的推力为759.33 N，功率为888.29 W，推功比为0.85 N/W，未安装导流罩的潜水搅拌器的推力为1 003.39 N，功率为1 144.72 W，推功比为0.88 N/W，安装导流罩的潜水推流器的推力、功率以及推功比比未安装导流罩的潜水推流器分别要减小24.3%、22.4%、2.4%，通过试验研究得出安装导流罩的潜水搅拌器的推力为740 N，功率为903 W，推功比为0.82 N/W，未安装导流罩的潜水搅拌器的推力977 N，功率为1 164 W，推功比为0.84 N/W，安装导流罩的潜水推流器的推力、功率以及推功比比未安装导流罩的潜水推流器分别要减小24.3%、22.4%、2.4%，推力、功率、推功比的模拟值和试验值的误差在5%以内，数模和试验结果吻合性较好，有效验证了数值模拟的精度和试验的可靠性。导流罩对推流器的有效推进距离有促进作用，有导流罩有效推进距离比没有导流罩在0.3、0.4、0.6m/s条件下分别增加了4.8%、28.4%、30.8%。

床面粗糙特性是河流动力学中的重要研究内容，其量化方法一直是研究的难点。在顺直水槽中采用非均匀天然沙铺制初始床面，并逐渐增大流量粗化床面，基于激光扫描获得的床面数字高程资料，应用统计理论以及变异函数模型探讨不同粗化程度的床面表层粗糙特性。结果表明：采用非均匀沙人工铺制的床面高程频率分布呈现出近似正态分布，经历过不同水流强度依次累积冲刷后形成的稳定粗化床面高程频率分布都出现了轻微正偏态的趋势；高程标准差随水流强度增加严格增大的特点让它可以成为量化床面粗糙特性的可靠指标；水流塑造试验床面是各向异性的，随着流量的增大，床面粗化层破坏再粗化，床面高程二维变异函数的基台值越大；由于水流的作用，横向剖面平均变异函数的基台值与块金值略大于纵向剖面高程平均变异函数，径向剖面的基台值与块金值远小于横向与纵向剖面。研究加深了对床面粗糙特性的统计规律的探索，对于建立基于统计学的粗糙度定量表达方式具有一定的启示。

为探究喷管结构对环形射流泵流场的影响，对喷管直角转弯与弧形转弯两种条件下的环形射流泵进行了数值模拟研究，对环形喷嘴出口直段开展计算分析。结果表明：喷管直角转弯时流场在喷嘴、喉管和扩散管环周分布不均，喷管弧形转弯时环形喷嘴形成均匀射流，有利于工作液与被吸液的均匀、对称混合及传能，各流量比工况下压力比及效率均有所提升。环形喷嘴出口设置（0.5~1）倍出口宽度的直段可改善环形射流泵的性能，在中低流量比时效率最高可提升1%；同时，直段有助于平稳喷嘴出口的压力，减小喉管入口附近回流区的范围和压降的幅度。研究成果可为环形射流泵全域流场分析、喷管结构设计提供依据和支撑。

采用复变函数方法提出了一种求解双层衬砌圆形水工隧洞的解析方法。建立的模型基于围岩与初衬、初衬和二衬（完全接触）之间的相互作用，并考虑了内水压作用和支护延迟效应。根据预设的边界条件，基于位移协调和应力连续，建立求解相关解析函数系数的方程，然后利用具体的解析函数，可以求解围岩、初衬和二衬任意位置的应力分量。通过与数值解的比对，证明所提出的解析方法是正确、有效的。最后从控制水工隧洞运行内水压、互换衬砌弹模以及控制衬砌厚度三个角度进行了参数分析，探讨了影响衬砌应力分布的因素和结果。揭示了双层衬砌水工隧洞的荷载传递机理和规律，为衬砌防护工程的前期设计和施工提供了理论依据。

用水公平性是流域水资源均衡配置需要重点考虑的关键因素之一。针对流域用水公平性评价对行业用水公平性考虑不足的问题，提出基于不同行业多因子基尼系数的流域经济社会用水公平性评价方法。利用行业用水量和产业规模之间的基尼系数来表示行业用水公平性，根据各行业用水量占比计算流域用水综合基尼系数来表示流域用水的公平性，以黄河流域为例量化分析了1980-2020年流域9省区不同行业和流域用水公平性变化，并选择调度前后的1995年和2005年为例，对比分析了黄河水量统一调度对流域用水公平性的影响。结果表明：40年来流域生活、工业、城镇公共和农业用水的公平性分别为 “高度公平”、“相对公平”、“高度公平”转变为“相对公平”、“相对公平”转变为“高度公平”；农业用水占比超过70%，流域用水基尼系数主要受农业用水的影响，综合基尼系数为0.16~0.25，总体上处于下降态势，流域用水公平性逐步提高；生活和农业用水公平性逐渐提高，工业尤其是城镇公共用水公平性下降较为明显，主要是因为流域省区间生活和农业用水定额差异性降低而第三产业用水定额差异增加；黄河水量统一调度及管理有效控制了流域用水总量快速增长，促进了农业用水效率的提高和省区间用水定额差异的减小，农业用水和整个流域用水公平性得到提高。

为了研究小浪底水库运行后黄河下游游荡段河势演变情况，选取黄河下游游荡段2001-2020年近20年的Landsat卫星遥感影像图片，基于ARCGIS和ENVI软件采用边缘提取算法提取河道水边线及修正归一化差异水体指数（MNDWI）法提取水体，分析汛期河道水面宽度、汛后主流位置、汛后心滩数量等特征指标。结果表明：①小浪底水库运行后，经过20年的冲淤调整，黄河下游游荡段河势在汛期得到明显改善，主流基本归顺；②该河段河型没有明显变化，汛期水面宽度随流量同增同减，总体上逐年变宽，但夹河滩-高村河段水面宽度由于河道整治工程的控制较为稳定；③采用MNDWI法对水体的智能化提取，发现主流摆幅呈现3种规律：①主流位置基本不变②主流位置向同一个方向移动③主流位置迁徙不定；④心滩数量与流量呈负相关，总体上在2001-2007年逐年减少，2007年达到最小值13个，2007-2015年逐年增多，2015年达到最大值58个，2015-2020年又逐年减少，同时在河道河型突变位置也会发生变化。河势调整会改变河道整治工程的有效性，同时也会对滩区群众的生产生活造成影响，因此需要加强黄河下游游荡段河势的监测并对心滩的变化予以足够的重视，提升对黄河下游河势调整规律及心滩演变的认识。

研究农业虚拟水跨域流动格局，可以揭示贸易与区域水资源短缺问题之间更深层次的关系，对保障粮食安全，优化水资源配置，促进区域高质量发展有重要意义。作为我国最大的城市群，长三角地区内部资源要素流动频繁，且与国内其他地区间农产品贸易往来密切；但同时也面临着水资源短缺等风险。以长三角地区为例，构建水资源拓展的投入产出模型对农业虚拟水流动量进行计算，并结合虚拟水平衡状态和水资源压力状态探究国内城市群农产品贸易所驱动的虚拟水流动关系的影响。结果发现：从区域水资源状态来看，长三角地区水资源压力状态整体偏高，用水矛盾突出；虚拟水平衡状态表现为高度依赖区域外农业虚拟水流入。从时间维度看，自经济新常态以来，长三角地区始终表现为农业虚拟水净输入状态，虚拟水资源输入量总体呈现上升趋势，而虚拟水的自给率呈现先下降后上升的趋势；农业供给侧结构性改革前后，长三角内部农业虚拟水流动结构出现变动，江苏省替代安徽省成为上海市最重要的虚拟水来源。从空间维度看，长三角内部虚拟水流动呈现“安徽－江苏－浙江－上海”的链状结构；长三角和全国其他地区间呈现出“北方单向流入，南方双向互动”的虚拟水流动特征。最后，基于虚拟水战略实施视角，从引导区域内资源要素有序流动、健全生态产品价值实现机制、完善区域间贸易结构等视角提出相关政策建议，以期为调整优化区域农产品生产及贸易格局，促进人水和谐的城市群建设提供参考。

针对目前酸性矿山废水处理方法在实际应用时能耗高、生态修复效果不佳及废弃混凝土的合理化利用问题，基于透水混凝土的净水特性，利用废弃混凝土、水泥等材料研制净水型再生骨料透水混凝土（ZSCR），结合硅藻土、膨润土、赤泥进行改性处理，探究不同ZSCR的使用性能及其实际应用前景。通过XRD、SEM等测试手段，分析再生骨料、矿物掺合料对其净水性能的影响。结果表明：与普通透水混凝土相比，再生骨料对透水混凝土净水性能的影响较小，但是经掺合料改性后ZSCR的净水性能明显增强；硅藻土等材料的掺入改善了试件的孔隙结构、使得其凝胶层中产生了许多未水化的矿物相凝胶颗粒，增强了ZSCR对重金属污染物的吸附性能；当水力停留时间为12 h、赤泥掺量为30%时，赤泥再生骨料透水混凝土能够对矿区地表水中的重金属离子进行高效拦截，可作为人工湿地、生物滤池等水生态修复技术中的反应介质用于处理酸性矿山废水。

农业是全球生态系统碳循环的重要组成部分，受干旱影响较大，因此了解干旱对农业生态系统碳汇强度的影响有助于理解农业生态系统碳循环的变化规律，为实现碳排放的控制提供理论依据。利用植被光合呼吸模型（VPRM）对华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统净生态系统碳交换量（NEE）进行模拟，基于蒸散发和归一化植被指数计算干旱严重程度指数（DSI）作为评价农业干旱强度的指标，并通过地理探测器和去趋势分析评估了华北平原农业生态系统NEE对农业干旱的时空响应。结果表明，冬小麦生育期间华北平原北部农业干旱强度大于南部，且随着冬小麦发育，其农业干旱强度逐渐降低；夏玉米生育期间，华北平原进入雨季，整体较为湿润。农田生态系统固碳能力随着农业干旱强度的增加而减小，且农田生态系统NEE对农业干旱的敏感性在冬小麦/夏玉米生育中期大于生育初期和末期，其中农业干旱的空间变异性对冬小麦NEE的解释力在3月最大（q=0.681），对夏玉米NEE的解释力在8月最大（q=0.792）。随着农业干旱强度的加重，若不考虑籽粒碳含量，麦田和玉米田从强碳汇变为弱碳汇，若考虑籽粒碳含量，则其最终转变为碳源。

为进一步研究水资源的动态性，并针对传统TOPSIS评价水资源承载力存在的问题，如评价值临近分级区间边界时，等级区分度不高，从而难以形成客观有效评价。利用D-S证据理论能有效降低数据差异性带来的损失，融合结果客观准确的优势，改进TOPSIS方法进行水资源评价。通过融合TOPSIS方法中的指标向量与正负理想解的距离，获取水资源承载力各等级合成信度，基于具有较大区分度的合成信度值判断水资源承载力等级。在此基础上，引入指标增量计算历年水资源承载力的变化情况，利用时间权向量组合历年变化情况，分析水资源承载力发展趋势。算例结果表明：改进TOPSIS方法后，2018、2020年的水资源承载力评价值与区间边界的区分度，由0.000 3、0.001 1提升到0.019、0.336 7。同时，利用提出的趋势分析法计算2020年水资源承载力趋势，与实际结果差距仅为0.001 9，验证了方法的有效性。最后根据本文方法预测2021年水资源承载力为负向变化趋势，并采用障碍因子模型诊断主要影响指标为年降水量及人均水资源量，提出加强生态环境建设及优化水资源合理配置的建议。利用本文方法进行水资源承载力评价具有更高的等级区分度，评价结果合理客观，符合实际情况，并且能综合利用历年动态数据，较为准确的描述水资源承载力的变化情况，可为水资源的开发保护提供科学依据。

现有水利工程在运行多年的情况下面临结构老化、运行条件改变等问题，无法满足设计条件下的安全运行，引发了现有水利工程和续建新工程的协同调度问题。针对新旧水利工程的协同防洪调度问题，收集历史洪水数据，采用皮尔逊Ⅲ型分布和正态分布分别拟合洪峰流量分布，运用蒙特卡罗方法随机选取大于现状设计流量的伪随机数作为设计洪水的洪峰流量，再利用“峰比”同倍比放大法设计15 d洪水过程线。选取新旧工程各自的特征流量进行组合，以构成不同的运行工况，并计算在各种工况下新旧工程协同防洪的风险值。以江西省赣抚平原的岗前渡槽（旧渡槽）及其续建工程岗前倒虹吸（新渡槽）为研究对象，分析工程特点后选取旧渡槽的现状防洪安全最小运行流量、设计流量以及新渡槽的设计流量、加大流量作为该工程的特征流量。结果表明：基于P-Ⅲ分布的洪水风险计算结果比正态分布的结果偏高约40%，说明洪峰分布采取P-Ⅲ分布可以模拟更加不利的洪水条件。用P-Ⅲ分布拟合洪峰流量，新渡槽按设计标准运行时，旧渡槽的防洪风险率为23%；而旧渡槽按设计标准运行时，新渡槽的防洪风险率为8%，说明渡槽协同防洪时，旧渡槽面临的防洪风险更大。研究成果可为新旧水利工程协同防洪调度规则的制定提供参考。

为提高平面钢闸门三维有限元线性分析的科学性和规范性，以某水电站机组进水口快速平面钢闸门为研究对象，采用ANSYS有限元分析软件，从有限元网格划分和漏水孔结构简化两个方面出发，讨论研究了此类平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题。研究表明：采用shell281单元对平面钢闸门这样的典型空间薄壁结构进行有限元计算时，应力计算结果精度更高；在划分网格建立有限元模型时，网格尺寸的大小对挠度影响较小，合理的网格尺寸可以使应力的有限元计算结果与网格尺寸之间具有无关性，并减少计算量；相对于自由划分方式得到的网格质量，映射划分方法得到的网格质量更高，但对平面钢闸门结构应力和挠度的计算精度的提高甚微，且映射划分方法工作量较大，效率较低；当平面钢闸门主梁漏水孔直径与梁高之比（径高比）小于或等于0.15时，在建立平面钢闸门模型时可简化忽略漏水孔，反之则不能简化。

为便于水轮机叶片设计操作和形状控制，建立了叶片参数化设计方法并应用于微型余能回收水轮机。首先，基于轴面流线积分方程推导得到叶片骨线的参数化公式并给出设计流程图和计算表。然后，分析了余能回收水轮机的特点，并针对输水管网余能回收案例进行水轮机参数化设计。最后，通过数值仿真对余能回收水轮机全流道进行计算与分析。参数化设计过程中得到叶片包角、安放角等参数曲线，通过调整叶片包角分布曲线可以改变叶片口速度矩分布。经参数化方法设计得到的水轮机内部流场均匀，最优数值预测效率达93.6%。通过试验验证机组运行良好，水轮机运行效率约88.3%，基本满足使用要求。研究成果为微型余能回收水轮机的设计提供参考。

为了解决常规水库调度图难以获得最优调度方案、且梯级水库随机优化调度求解“维数灾”等问题，以东北第二松花江流域白山~丰满梯级水库水电站为例，分析梯级水库的实际径流特性，依据同流域的梯级水库天然径流具有较强的相关性的特点，提出了降维的马尔科夫链随机径流描述模型，解决梯级水库随机优化调度模型求解的维数灾问题；同时结合有、无时段径流预报的描述方法，使得径流描述更加贴近实际；根据所提出的径流描述模型，采用调度期内发电量期望值最大作为优化调度模型的目标函数，研究相邻时段无径流预报、相邻时段有径流预报、本时段无预报且后时段有预报、本时段有预报且后时段无预报等情况下的模型递推方程，首次创建了考虑有、无时段径流预报相结合的梯级水库优化调度模型；利用了惩罚系数和改变保证出力约束相结合的方法，求解得到各种出力保证率下的水库最优决策方案；在相同的出力保证率情况下，通过对白山、丰满梯级水库历史径流序列模拟优化调度结果的对比分析可知，所得到的优化调度规则比常规水库调度图和传统随机优化调度规则都获得了更多的发电效益，模型求解时间也比传统方法提高了数倍，充分说明了本文所创建模型的有效性和调度规则的优越性。

重建产卵场以保障重要鱼类自然繁殖是水库生态调度的主要目标之一。将产卵场生境修复盲区——变动回水区作为一个新的生境重塑区，整合二维水动力学模型和鱼类栖息地模型，建立入库流量-水位-鱼类有效栖息地面积的三元关系，确定了水库生境重塑目标区间。以岷江上游紫坪铺水库为例，对其变动回水区齐口裂腹鱼产卵场进行模拟，计算了182种流量水位组合工况下齐口裂腹鱼有效栖息地面积，确定紫坪铺水库变动回水区生境重塑目标区间，此区间的入库流量范围为114~652 m³/s，水位范围为817~844 m，从而调度水库水位实现变动回水区产卵场重塑目标。本研究确定的生境重塑目标区间，为水库变动回水区鱼类产卵场的功能修复提供了科学支持，并为水库生态效益最大化提供了新视角。