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。

梳理了数字孪生技术缘起背景和发展进程，分析指出数字灌区是建设数字孪生灌区的重要基础，现代化数字灌区是推进数字孪生灌区建设的重要发展阶段。基于对数学模型的功能认知，在数字孪生灌区框架下，首次提出将数学模型划分为3个层次，即普适性平台模型、针对性应用模型和友好性交互模型。同时，基于数字孪生灌区定义，分析指出数字孪生模型具有实时动态性及闭环反馈性本质特征，物理灌区与孪生灌区存在同步仿真、虚实交互与迭代优化的过程，二者在灌区全生命周期相互影响，相互促进，孪生灌区不仅随着物理灌区的改变而实时改变，而且基于孪生灌区所做的分析和决策也会实时反馈给物理灌区，并影响物理灌区的行为。因此，具体工作实践中，应基于物理灌区现代化改造需要，发现问题，遵循确有需要、节水高效和可以持续的原则，精准选择灌区数字孪生对象，优化创新数学模型，着力突破关键技术，有序开发重点应用，强化网络安全和数据安全，以期能够更有序、更精准、更高效地推进数字孪生灌区建设。

随着汉江流域经济社会的发展，水环境水生态压力加大，引江补汉工程的实施可能导致汉江水质水量发生进一步变化。因此开展引江补汉工程调水前后汉江中下游水体水质水量模拟分析与预测，对控制该流域水体污染具有重要意义。采用分段马斯京根法及一、二维水质模型，预测了引江补汉工程引水后黄家港—王甫洲段水量水质响应。结果表明：①引江补汉工程采用全年无间断引水方式引水后，黄家港—王甫洲河段的流量有所增加，夏汛流量增加高于秋汛，王甫洲断面流量增加略高于沈湾断面；②调水前后沈湾断面月均总磷浓度都达到Ⅱ类水质标准，月均总氮浓度处于Ⅳ类~Ⅴ类标准。各项水质指标在情景二下的增长率是情景一的2~3倍，相较于调水前，情景一总磷浓度最大增长为4.68%，情景二总磷浓度最大增长为13.45%。其次为总氮，情景一总氮浓度最大增长为1.15%，情景二总磷浓度最大增长为3.44%；③调水前后王甫洲断面汛期月均总磷浓度均达到Ⅱ类水质标准，引水后枯水年总磷浓度有所增加，丰水年浓度略有降低。整体上枯水年较丰水年的水质变幅更大，各项水质指标在两种情景下的变幅相差不大。

为探究灯泡贯流泵中不同射流参量的减阻特性，针对鲨鱼鳃部开展仿生设计，建立灯泡体前端设有射流端口的灯泡贯流泵模型，通过CFX研究射流端口安放位置、射流速度以及安放数量对灯泡贯流泵流场的影响机制。结果表明：近壁主流同射流相互碰撞，主流向射流传递轴向动量削弱近壁主流轴向速度；射流向主流传递径向动量增大近壁主流径向速度，托举近壁高流速带远离灯泡体，使近壁中低流速带拓宽、高流速带收缩，减小壁面切应力；计算预测减阻效果最高达23.069%，扬程提高0.083 m、效率提升1.729%，可为灯泡贯流泵优化设计、高效运行提供指导。

针对大变幅流量下重力流系统末端调流阀流量特性的选型问题，基于一维水锤理论，采用数值模拟方法，结合工程实例，从调流阀流量特性对稳态运行开度的影响、调流阀关阀水锤最不利流量工况确定、调流阀流量特性对关阀水锤的影响等3个方面，对线性型、抛物线型和等百分比型等3种流量特性进行比较研究。结果表明：①等百分比型流量特性更有利于调流阀在小流量工况的稳定运行。该工况下，等百分比型调流阀的稳态运行开度更大，可避免因开度过小导致的汽蚀和振动。②关阀水锤的最不利流量工况应考虑初始流量最小工况。该工况的调流阀前初始压力最大，关阀历时最短，阀前最大水锤压力往往最大。③等百分比型流量特性更有利于减小调流阀的关阀水锤压力。在相同的初始流量和关阀速率下，等百分比型调流阀的初始开度更大，实际关阀历时更长，在小开度区域的流量系数变化梯度更小，因而关阀水锤压力更小，更有利于管道安全。

再生水回用是解决水资源短缺的重要途经，被广泛应用于工业生产、城市绿化方面，但其中含有大量的条件致病菌，对环境及人体健康具有潜在威胁。研究拟对污水厂二级出水采用颗粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）、生物活性炭（Biological Activated Carbon，BAC）两种过滤单元与纳滤（nanofiltration，NF）组合工艺，来达到水中三种条件致病菌（军团菌、铜绿假单胞菌和鸟分枝杆菌）、大肠杆菌和有机物的去除的目的，采用直接NF、GAC-NF和BAC-NF三种处理工艺对去除效果进行分析。结果表明：在GAC过滤的滤速为5 cm/h，NF的过滤压力为0.4 MPa条件下，直接NF及其组合工艺均可实现二级出水中条件致病菌的完全去除，相较于直接NF和GAC-NF，BAC-NF工艺对水中DOC、UV254、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除率最高，分别为85.2%、74.5%、76.2%和82.0%；水中条件致病菌与大肠杆菌、DOC之间均有显著相关性，可以通过强化水中大肠杆菌和有机物的去除，达到提高不同组合工艺对条件致病菌削减的目的；BAC表面生物膜细菌中的假单胞菌、气单胞菌、硝化螺旋菌和不动杆菌占比最高，上述细菌对条件致病菌的生长繁殖起抑制作用；生物膜真核微生物中的线虫和轮虫占比最高，这两种微生物能通过捕捉的方式实现对水中条件致病菌的削减。

河北是我国主要农业大省，一直是农业干旱多发区，其原因一方面在于区域水资源短缺严重，另一方面是仍以粗放型灌溉为主，造成水资源浪费。解决上述问题的关键在于提高我国农田灌溉用水效率，要做好该项工作，充分掌握农作物实际种植结构和灌溉信息至关重要。选取邯郸市邱县为研究区域，基于Landsat 8、高分1号影像数据以及无人机数据，结合冬小麦物候特征，构建冬小麦生长季时间序列数据集，采用支持向量机分类法进行了冬小麦信息提取；在此基础上，根据灌溉前后遥感指数变化规律，反演了地表温度（LST）、植被供水指数（VSWI）、温度植被干旱指数（TVDI）等因子，进行区域农作物灌溉信息提取模型实验。研究结果表明：①遥感影像时间序列数据SVM分类方法信息提取精度较高，Kappa系数为0.92；②Landsat 8影像LST、VSWI、TVDI灌溉面积提取结果对比发现，三类指数提取结果占冬小麦面积的比例均在60%以上，具有较好的一致性，调查证实基于VSWI反演灌溉面积效果最好；③三类指数提取结果叠加分析得到面积为128.357 km²，其中VSWI指数与此面积重叠率达88.48%。上述研究方法较准确的识别出冬小麦种植面积及其灌溉信息，可以作为区域水资源调度、种植结构调整、干旱防治的理论支撑和决策参考。

环境DNA（Environmental DNA， eDNA）技术作为河流健康评价的关键工具，在水生生态系统生物分析中表现出极大的应用潜力。然而，eDNA与广泛存在于水体中的沉积物的关系非常复杂，同时也受到水流的影响，这严重限制了eDNA技术的推广和应用。研究以中国重要淡水养殖鱼类草鱼为对象，探讨水流和沉积物对草鱼eDNA持久性的影响。结果显示：①在流动水体中，eDNA降解速度随流速增加而加快；②沉积物的存在则加速了eDNA的降解过程，与沉积物铺设厚度相比，沉积物粒径对eDNA持久性的影响更为显著；③在静水中，eDNA降解速度随沉积物粒径增大而减缓，但在流动水中，水流干扰导致了相反的eDNA降解模式，即eDNA的降解速度随着沉积物粒径的增大而加快。研究突显了在eDNA实验设计及解释中考虑沉积物特性的重要性，对于eDNA技术在水生生态系统应用提供了宝贵参考。

土壤水分是陆-气界面物质与能量交换的关键参数，及时、准确地获取土壤水分信息，对于旱情监测、水资源管理以及农作物估产等具有重要意义。研究基于Sentinel-1 SAR遥感数据与Sentinel-2光学遥感数据，系统分析了不同光学植被指数与实测植被含水量之间的关系，优选融合植被指数（Fusion Vegetation Index，FVI）建立植被含水量估测模型，将其与植被微波散射模型—水云模型（Water Cloud Model，WCM）相结合，校正了植被层对SAR后向散射信号的影响。在此基础上，利用地表微波散射模型—Oh模型构建后向散射系数模拟数据库，基于查找表（Look Up Table， LUT）算法实现了VV和VH两种极化方式下夏玉米覆盖地表的土壤水分反演。结果表明：对于夏玉米等浓密植被覆盖地表，FVI能够更好地反映植被含水量特征，从而准确校正植被层的后向散射贡献量，基于FVI构建的植被含水量反演模型R ²为0.693，RMSE为0.303 kg/m²；植被校正后，VV和VH极化方式下土壤水分与SAR总后向散射系数之间的相关性分别提高了21.6%和27.9%；相比于VH极化方式，VV极化方式更适用于土壤水分的反演，夏玉米覆盖地表土壤水分反演结果与实测值之间的R ²为0.672，RMSE为0.048 m³/m³。研究成果可为浓密植被覆盖下土壤水分的遥感观测提供有力支撑。

为探究尺寸效应对黏土抗拉特性的影响机制，开展土梁三点弯拉试验，结合数字图像相关（DIC）技术，从宏观和细观角度分析了几何相似和非几何相似（试样高度h、厚度b变化）条件下击实黏土梁的拉裂破坏过程。结果表明：几何相似和非几何相似试样的尺寸增大，均会提升试样的峰值荷载。土体抗拉强度σ _t受尺寸效应影响显著，几何相似土梁σ _t随试样尺寸增大呈线性递减趋势；仅增大土梁h时，σ _t先增长后下降，仅改变土梁b时，σ _t随b增大呈先降后增的走势，其中b的变化对σ _t的影响更小；引入细观评价指标—局部应变度ε _a，得出几何相似试样的ε _a随尺寸增大而增大，非几何相似试样的ε _a随试样h或b的增大呈现先增后降的规律。

“双碳”背景下，为推进小水电集约化运维管理，保证其高质量发展。基于演化博弈理论，构建小水电业主、政府与运维服务企业之间的三方博弈模型，并运用Matlab软件进行数值仿真分析，以探究小水电集约化运维管理三方策略选择的演化路径。结果表明：初始策略的变化对博弈三方演化收敛速度有显著影响；在一定条件下，博弈系统将演化稳定于较理想的均衡状态（1，0，1）；运维成本效益、政府奖惩力度、运维平台智慧度和方案收费系数是影响小水电实现集约化运维管理的主要因素。研究结论可为小水电业主参与集约化运维管理和政府制定相关政策提供一定的理论指导。

充分利用现代技术手段提高径流预报精度，对流域水旱灾害防御和水库群联合调度具有重要的指导作用。现有深度学习模型存在缺乏模型透明度、物理可解释性差等问题。针对上述难题，将概念水文模型 EXP-Hydro嵌入物理递归神经网络P-RNN层，建立了耦合物理机制的深度学习混合模型Hybrid-DL，该混合模型采用微分框架实现概念模型与神经网络的深度双向融合，能够同时训练概念模型与神经网络的参数，并以清江上游为例开展了应用研究。结果表明， 相较于RNN、EXP-Hydro、BP和SVM模型，Hybrid-DL模型的纳什效率系数NSE分别提升了6.08%、21.01%、37.09%、73.92%，均方根误差RMSE分别降低了10.82%、33.73%、54.70%、95.57%，KGE效率系数分别提升了4.78%、12.68%、26.79%、55.74%，峰值误差TPE分别降低了4.96%、13.12%、252.84%、297.81%。Hybrid-DL模型具有良好的稳健性和适应性，可为清江上游乃至其他流域的径流预报提供可靠的理论工具。

为切实解决水资源承载力分类评价的高维问题，揭示水资源承载力动态变化规律，提出了改进的投影寻踪聚类模型。对于改进的投影寻踪聚类模型和基于最大信息熵原理的投影寻踪聚类模型，通过分析投影值的负熵变化规律，推导得出了密度窗宽的合理取值范围以及最佳取值；当密度窗宽为最佳取值时，改进的投影寻踪聚类模型比基于最大信息熵原理的投影寻踪聚类模型分类评价效果更好。针对江苏省水资源承载状态，采用改进的投影寻踪聚类模型进行了动态评价，2009年至2020年、2022年水资源承载力等级为Ⅲ级，2021年水资源承载力等级为Ⅱ级。建立灰色GM（1，1） 模型，预测该省2023年至2030年水资源承载力状态为Ⅱ级。改进的投影寻踪聚类模型更加有效地提取了水资源承载力评价指标高维数据的结构特征信息，进一步提升了水资源承载力分类评价模型的精确性，使评价结果更加客观合理。通过2022年与2009年指标贡献率数值比较分析，该省采取的工农业节水、加快社会经济发展、水资源保护等措施，促进了水资源承载力状态持续转好。根据评价指标对江苏省水资源承载力状态以及评价标准的贡献率，深入分析该省水资源承载力存在的短板，提出了提升水资源承载力状态的相关建议，确保江苏省水资源系统承载力状态尽早达到Ⅰ级，实现水资源可持续利用。

预应力钢筒混凝土管（PCCP）在我国引调水工程中发挥着重要作用，PCCP运行的安全性对水资源的配置至关重要，关系国计民生。当管芯混凝土内表面产生有害裂缝后，在水压力的作用下会引起内管芯混凝土破坏，导致钢筒被锈蚀，形成安全隐患，因此，针对管芯内壁混凝土裂缝预防和控制的研究对水资源的合理利用具有重大意义。为了预防和减少PCCP内壁出现有害裂缝，根据国内外学者的研究成果，概述了PCCP管芯内壁混凝土裂缝的种类和形式，即纵向裂缝、螺旋裂缝和插口端裂缝；总结了干燥收缩、沉降收缩、温度收缩、焊缝、缠丝应力、吊装运输等因素与PCCP内壁混凝土裂缝的关系；分别从PCCP设计、原材料、配合比、养护制度、焊缝、钢筒、插口和裂缝自愈合、纤维增强材料等方面总结了PCCP管芯内壁裂缝的预防和控制方法。最后，对PCCP管芯混凝土内壁裂缝的控制和预防进行了展望，为继续研究提供思路。

本研究旨在探讨结合多光谱遥感技术和土壤物理化学属性进行土壤水溶性离子含量预测的可行性。研究区域位于新疆南部的盐渍化土壤区域，测定土壤中主要水溶性盐基离子含量（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、Cl^-、SO₄ ^2-），并应用随机森林（Random Forest，RF），梯度提升回归树（Gradient Boosting Regression，GBR）和极端梯度提升（Extreme gradient boosting，XGBoost）3种机器学习算法构建基于遥感光谱特征及土壤信息的土壤离子含量反演模型，同时对比了纳入与未纳入土壤变量的模型预测精度。结果表明：仅使用多光谱遥感数据作为输入变量时，3种模型均仅能区分土壤离子含量的高低水平，但对各离子含量进行精确预测的能力有限。将土壤变量纳入模型后，预测精度均得到显著提升。在所选用的3种方法中，随机森林模型的预测精度最高，XGBoost次之，GBR模型的精度最低。就各个离子的预测而言，Mg²⁺、Ca²⁺和Na⁺含量的预测精度较高且模型表现较为稳定；SO₄ ^2-、Cl^-和K⁺的预测表现一般，具备定量预测能力；而HCO₃ ^-含量的预测仅GBR模型具有一定程度的可行性。不同离子的最优预测模型存在差异，其中随机森林模型对K⁺、Mg²⁺和Cl^- 三种离子的反演效果最佳；XGBoost模型在Ca²⁺、Na⁺和SO₄ ^2- 三种离子的反演中表现为最优；GBR模型则在HCO₃ ^-离子反演中展现了较好的性能。特别地，Mg²⁺、Ca²⁺和Na⁺含量的最优相对分析误差分别为2.829、1.951和1.870，说明这些模型对于这3种离子含量的预测具有较高的可靠性。研究成果可以为干旱区土壤盐分主要离子含量的区域尺度预测提供科学参考。

染料在生产和生活中广泛使用，导致环境中染料污染问题频发，尤其是水体，对生态系统和人体健康带来潜在危害。生物炭具有来源广泛且符合“双碳”的要求，被广泛用于环境污染治理。但由于原始生物炭的吸附能力差，且缺乏选择性。因此，对生物炭改性是最常用的方法。为了提高生物炭对染料结晶紫（CV）的吸附效果，研究以橙子皮为原料，通过共沉淀-热解法制备钴锌铁氧体改性的磁性生物炭（Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄@BC）。采用X射线衍射（XRD）、电子扫描显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、比表面积及孔径分析仪（BET）、Zeta电位仪对改性前后的生物炭进行详细表征。实验结果表明，改性后产生介孔结构，显著增加了材料的比表面积，而且增加了材料的表面正电荷，提高材料的pH适应性，从而促进生物炭对CV的吸附效果。通过批处理实验考察不同实验条件对Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄@BC吸附CV的影响，并对吸附动力学和吸附等温线进行拟合，发现Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄@BC对CV的吸附性能显著提高，去除率可达到99.64%，相较于单独的BC（41.94%）和 Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄（26.78%）吸附能力显著增强。一级动力学和Langmuir模型更好地拟合吸附过程和吸附等温线。吸附过程是单层吸附，以物理吸附为主，最大吸附量为227.59 mg/g。Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄@BC在pH 5~11都能有效地吸附CV。常见的共存阴阳离子稍微促进Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄@BC对CV的吸附。在自来水和长江水中，吸附效果比纯水中好。这说明该材料具有很好的抗干扰能力。经过5次循环后对CV的去除率仍能达到69.75%。研究为CV污染水体的处理提供一种潜在材料，也为生物炭改性对染料废水的吸附提供一种新思路。

为提高日径流多步预测精度，减少模型计算规模，同时提升浣熊优化（COA）算法和混合核极限学习机（HKELM）性能，提出多极小波包变换（MWPT）－改进COA算法（ICOA）－HKELM日径流时间序列预测模型。首先，利用MWPT将日径流时序数据分解为1个低频分量和2个高频分量，并构建局部高斯径向基核函数和全局多项式核函数相混合的HKELM；其次，简要介绍COA算法原理，基于Circle映射等策略对COA进行改进，提出ICOA算法，通过8个典型函数对ICOA算法进行仿真验证，并与基本COA算法、鲸鱼优化算法（WOA）、灰狼优化算法（GWO）作对比，旨在验证ICOA算法的优化性能；最后，利用ICOA优化HKELM超参数（正则化参数、核参数、权重系数），建立MWPT-ICOA-HKELM模型，并构建MWPT-COA-HKELM、MWPT-WOA-HKELM、MWPT-GWO-HKELM、小波包变换（WPT）-ICOA-HKELM、小波变换（WT）-ICOA-HKELM、MWPT-ICOA-BP模型作对比分析，通过云南省景东、把边水文站2016-2020年日径流时间序列多步预测实例对各模型进行验证。结果表明：①ICOA具有较好的改进效果，仿真精度优于COA、WOA、GWO算法。②MWPT-ICOA-HKELM模型预测效果优于其他对比模型，其对实例单步预测效果“最好”，超前3步和超前5步“较好”，超前7步“较差”，预测精度随预测步长的增加而降低。③利用ICOA优化HKELM超参数，可显著提高HKELM预测性能，超参数优化效果优于COA、WOA、GWO算法。

高分辨率遥感影像中河流自动化精准识别，在河湖环境监测和流域变化研究等方面具有重要意义和研究价值。然而，因河流在影像中面积占比较小，易造成数据集正负样本不平衡。此外，河流具有形态多变和尺度变换复杂等特点，导致河流识别易出现边界不连续和格网效应等问题。基于此，提出一种融合全局多层次特征的跨尺度河流精准识别方法。首先，选取全球具有明显特征的曲流河和辫状河，创建多特征河流数据集，以此增加数据多样性。其次，以轻量级语义分割模型Segformer为主干网络搭建R-Seg模型，设计全局多层次特征提取GASPP模块，通过各阶段与Transformer级联提取多尺度特征，使得模型能更好捕捉河流影像上下文特征信息，减少信息损失并放大全局维度交互特征。最后，提出基于掩膜加权投票的跨尺度河流影像预测方法，通过对大场景河流影像进行滑窗裁剪，将各单元预测块与特定掩膜加权相乘得到子预测结果，并按照重叠投票方式依次拼接组成最终结果，实现不同尺度河流影像精准识别。实验证明，在所构建包含曲流河和辫状河的多特征数据集中，通过与其他方法对比可发现：在定性方面，R-Seg整体网络结构既能确保主干河流的识别精度，又能缓解细小河流断流现象，有效平滑河流边界，对500×500小尺度河流影像识别具有较好的鲁棒性；此外，采用掩膜加权投票方法，能有效减少格网效应造成的单元图块边缘缺失问题，充分利用单元图块预测结果，提升对更大场景遥感影像的适应能力和河流预测精度，实现不同尺度河流影像精准识别。从定量角度，方法各类精度评价指标相对最优，总体精度可达99.49%；其次，对单张影像识别时间不到1 s，效率可满足大多数实际要求。此外，相比于纯粹重叠预测策略，掩膜加权投票预测策略的河流识别总体精度高约0.28%~6.93%；通过调整重叠度参数可发现，重叠度与精度并非正相关，大约在12.5%精度能达到相对最优。方法通过设计R-Seg网络模型和提出掩膜加权投票预测方法，能一定程度上减少河流边界识别不连续和格网效应等问题，有效提升不同场景下遥感影像河流识别精度，具有较好的鲁棒性和目视效果，识别结果对河流地质勘探及流域变化等有重要应用价值。

为探究大田引黄滴灌系统灌水器流道的堵塞机理，以减少大田灌水器系统堵塞，根据山西运城尊村灌区泥沙特点利用SolidWorks绘图软件进行灌水器流道的建模设计，以大田滴灌实际工程条件设置仿真参数，采用Ansys Fluent仿真软件进行不同型号灌水器流道的仿真计算模拟。研究此灌水器的压力、流速、湍动能等湍流特性以及颗粒的运动轨迹，揭示其内部流动机理。灌水器内部流体域压力随流道单元线性降低，并且压降梯度与流道单元数量线性相关；主流区流体更新快，泥沙不易发生沉积，流道旋涡区以及储水槽倒角部位是泥沙发生沉积的主要部位；流道高速区以外的其他区域以及储水槽部位整体湍流动能较低，水流无法形成或维持湍流状态，不利于泥沙运移，从而形成堵塞。模拟结果表明，灌水器内部结构流体域流速、湍流动能以及流线等分析均表明在灌水器流道部分的低速区和储水槽部位的倒角和边壁处是发生泥沙颗粒沉积的主要部位。

三峡电站34台机组，总装机22 500 MW，是国家电网“西电东送、南北互通”的电网骨干电源，在保障电网安全稳定运行中发挥重要作用。三峡电站年度检修工作，因设备多、机组型号多、电站设备技术改造诉求的多样性，导致年度检修策划、执行、调整过程十分复杂且不确定性高，存在人工工作量大等问题。三峡电站检修计划安排平台依托SpringBoot微服务架构，设计开发了三峡电站运行调度与最优检修方式安排系统，提供了面向电厂决策层、管理层、执行层和运营人员分级操作服务框架，实现了三峡电厂设备年度检修作业策划、执行、反馈、修正的全方位数字化管控。同时针对不同情况下的检修要求，基于检修过程安全性和稳定性，提出了多种检修计划方案并进行优化分析。目前该平台有效服务于三峡电站常规性的检修调度工作。

管网分水是管网运行的重要模式，为探索圆形管渠直角分水口附近处的基本水流特征，采用DN315的PVC圆管，在5种流量、5种分流比条件下开展管渠直角分水口过流试验，测量了分水口处局部水深，采用多普勒声学流速仪（ADV）测量了典型断面上的三维瞬时流速，分析了管渠直角分水口典型断面的时均流速分布及水头损失。研究表明：分水口附近主管水面线大体呈现先减小后增加的趋势，大流量下水面线壅高程度高，分流比对口门处水面线影响较大。纵向流速经过分水口流速降低，而横向流速增加。分水口上下游纵向和横向流速呈对称分布，而在分水口区域靠近分水口侧数值较大。纵向流速垂向呈现抛物线型分布，分水口中轴断面处出现负值即存在回流区；横向流速垂向呈内凹型分布，不存在负值即不存在横向环流。水平流场的分流宽度随分流比的增大而增大，断面中层分流宽度大于其他层。水头损失系数在流向支管向远大于流向主管向，在分流比为0.4、流量为50 L/s总水头损失系数最小。本研究对于指导管网设计及运行具有重要意义。

分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程，提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型，模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程，计算了不同埋深、不同设计工作压力近百种工况下管道预应力钢丝、钢筒和管芯混凝土的应力状态，提出将管芯混凝土在水锤作用下起裂的最大允许断丝数作为爆管预警阈值，将管道埋地承载力极限状态的最大允许断丝数作为爆管报警阈值，并分析了不同工作内压和埋深条件下PCCP断丝预警与报警阈值之间的关系。

土壤含水量是影响农作物生长的重要因素之一，对作物估产和旱情监测具有重要作用。在土壤含水量反演时，一般是提取多个光谱变量进行反演，但变量之间包含的光谱信息可能存在冗余重叠，为提取有效特征变量，使其相互独立，论文选取特征变量筛选方法，并验证其在土壤含水量反演中的适用性。研究基于无人机多光谱影像计算归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）等12种植被指数，结合无人机热红外数据计算地表温度 （Land Surface Temperature， LST）和对应温度植被干旱指数（Temperature Vegetation Dryness Index， TVDI），以及miniSAR数据处理得到的4种后向散射系数，采用XGBoost特征变量和最优子集选择算法（Best Subset Selection， BSS）筛选最优变量组合，然后利用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression， PLSR）和随机森林回归（Random Forest Regression， RFR）算法反演实验区冬小麦抽穗期的土壤含水量。研究结果表明：①0~20 cm深度的反演结果均优于0~10 cm深度；②对比XGBoost-PLSR、XGBoost-RFR、BSS-PLSR以及BSS-RFR四种土壤含水量反演模型，BSS-RFR模型不同深度下的反演精度最高；③0~10 cm土壤深度下XGBoost-PLSR模型的反演精度优于XGBoost-RFR，0~20 cm深度下则两者相反，0~20 cm深度下，BSS-RFR模型的反演精度均高于BSS-PLSR。研究成果可为无人机多光谱遥感反演土壤含水量提供理论和技术支撑，为卫星遥感大范围土壤水分监测提供检验依据。

穿越岩溶地区隧洞在施工开挖期极易遭遇涌水突泥现象，如何选择合适的防渗措施减少隧洞渗流量一直是热点问题。依托某引调水工程，建立岩溶地区复杂地层三维有限元模型，重点考虑洞顶回填混凝土、洞周注浆圈、混凝土防渗墙3种防渗措施，研究了隧洞开挖过程中孔隙水压力及隧洞渗流量的变化规律，分析了防渗墙和注浆圈渗透系数对渗流特征的影响。结果表明：在本工程中，混凝土防渗墙对隧洞孔隙水压力分布的影响非常大，防渗墙之间水位降低程度明显，而洞周注浆圈对隧洞渗流量的影响最大，施工时要保证注浆圈的质量；孔隙水压力随着与隧洞中心水平距离增加而增加，随着与隧洞中心竖直距离增加呈现先增大后减小的变化趋势；随着注浆圈或防渗墙渗透系数增加，注浆圈或防渗墙区域内的孔压增长速率逐渐降低，隧洞渗流量不断增大。

冰川是南美洲阿根廷门多萨流域（33°S）重要的淡水资源，冰川作为气候变化的敏感指示器，对于理解和评估全球和区域气候变化具有重要意义。为了解门多萨流域冰川分布及变化趋势，探讨其对区域水资源和生态系统的影响，为应对气候变化提供科学依据，研究基于1990-2020年Landsat遥感影像，参考RGI冰川编目数据和阿根廷国家冰川清单，通过比值阈值法和人工解译法得到7期冰川边界，研究了门多萨流域冰川面积分布与变化特征。并结合TerraClimate气候数据，揭示了该区域在研究期间的气候变化趋势，探讨了区域气候变化对冰川变化的影响。结果表明：①2020年门多萨流域冰川面积为134.09±11.86 km²，1990-2020年冰川总体呈极显著波动下降趋势（p<0.01），面积共减少了86.87±21.30 km²（39.31±10.14%），其中，2010-2020年冰川面积退缩速率最高。②门多萨流域冰川规模>10 km²占比最大，<0.1 km²占比最小，>10 km²规模冰川退缩速度最大；冰川主要分布在南坡，西北坡冰川最少，东南、东北坡冰川退缩速度最大；冰川主要分布在坡度5°~40°之间，50°~55°的冰川退缩速度最大；冰川主要分布在海拔4 200~5 400 m之间，<4 000 m冰川退缩速率最大。③20世纪50年代末以来门多萨地区气温整体呈现极显著的上升趋势（p<0.001），研究区年均最高、最低气温每十年上升0.53、0.29 ℃。气温持续上升是门多萨流域冰川退缩的长期原因，降水变化是该区域冰川变化的短期原因。本研究为门多萨流域预防冰川变化导致的水资源可用性变化和地质灾害预防提供参考。

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。