受长江上游两河口、乌东德、白鹤滩水库建成运行的影响，三峡水库的来水来沙和水文情势发生了显著改变，现有的运行方案已经无法满足新需求。基于长江上游流域1961-2022年降雨和宜昌水文站1882-2022年流量资料系列，采用多种数理统计方法对三峡水库汛期进行划分。进一步分析长江中下游梅雨和华西秋雨时序特征、对比三峡实测和还原入库洪峰洪量，探讨三峡水库汛期划分和运行水位动态调整的必要性和可行性。依据降雨流量资料系列统计分析得到三峡水库的主汛期从6月21日至9月10日。梅雨主要集中在6月下旬至7月份；华西秋雨8月下旬开始，长江上游大部分水库进入蓄水期，导致三峡入库洪水量级显著减小。综上，建议将三峡水库汛期细分为4个阶段，即汛前消落期（5月1日至6月20日）、梅雨主汛期（6月21日至7月31日）、过渡期（8月1日至9月10日）和华西秋雨蓄水期（9月11日至10月31日）。在实际运行调度中，可根据气象预报的入梅和出梅日期确定各分期节点，出梅后三峡水库预留的防洪库容可以逐步释放并上浮运行水位，华西秋雨期间择机提前蓄水；依据1~5 d洪水预报过程开展运行水位动态控制，统筹考虑防洪抗旱和水资源高效利用的需求，进一步提高三峡水库的综合利用效益。

天山北坡经济带是丝绸之路经济带的核心区域之一，其社会经济发展长期受到水资源短缺的限制。水资源承载力作为衡量经济社会的发展空间的重要指标，其定量化研究对地区社会经济的可持续发展有着重要的意义。以水资源可利用量为刚性约束，提出了一种量化人口、经济和耕地承载规模和总体承载状态（严重超载、超载、临界和不超载）的水资源承载力评价方法，并基于该方法对天山北坡经济带1991-2020年的水资源承载力开展了定量评估。结果发现，①1991-2020年，水资源可承载的人口、经济和耕地规模均呈增加趋势，3个评估时段内（1991-2000，2001-2010，2011-2020），可承载的人口规模分别为706、801和859 万人；可承载的GDP规模分别为469、2 274和6 125 亿元；可承载的耕地规模分别为192.5、243.9和300.6 万hm²。②从承载状态来看，天山北坡经济带总体处于超载状态，但地区间的差异较大，2011-2020年属于严重超载状态的地区为昌吉、塔城和奎屯市。③从年代际变化看，昌吉、塔城、博州和奎屯市的水资源承载状态呈减弱趋势，而乌鲁木齐、石河子、五家渠和哈密市则呈增强态势。全区来看，1990s和2000s，水资源承载状态整体处于临界状态，到2010s，全区则转入超载状态。总体来看，天山北坡经济带水资源承载力形势严峻，建议从开源和节流角度多举措并举来提升地区水资源的承载能力。

气候变化和城市化进程加速背景下，极端天气事件频繁发生，城市洪涝问题日趋严峻。在多种降雨情景下进行洪涝过程模拟，分析洪涝风险空间分布和演变情况已成为当前研究热点。以杭州市钱塘区某典型区域为例，基于Mike Flood平台耦合Mike Urban、Mike 11和Mike 21模型，利用实测降雨积水数据对模型进行验证。基于研究区的降雨特性设定六种不同重现期降雨情景，模拟各降雨情景下的雨洪过程，从节点溢流、管网汇流和地表淹没3个过程分析内涝潜在风险，并利用积水深度和积水历时两个指标进行内涝风险区划。结果表明：耦合模型模拟结果与实测值平均误差为5.41%，能够较为准确地模拟真实淹没状况，具有较高的适用性；在高重现期降雨情景下，研究区部分区域存在严重的节点溢流、管道承压运行以及洪水淹没的风险，研究区排水管网设计标准偏低，难以应对极端降雨情景；随着重现期的增加，研究区溢流节点数量、管道充满度、最大淹没水深和各级内涝风险面积均呈现增长趋势，其中道路及其沿线、地势低洼区域、多路段十字交叉路口以及排水口附近为高风险区，需采取针对性防灾措施加以应对。相关研究结果可为完善城市洪涝风险管理工作提供参考。

为了增强洪水演进过程动态模拟的可视化清晰度，以及提升灾害应急响应效率，研究提出了一种基于Unreal Engine 5（UE5）的洪水淹没范围可视化模拟方法。该方法融合了浅水方程（SWE）水动力模型与虚拟仿真技术，通过整合遥感影像、地形点云等多源数据，构建了非结构化离散网格的三维地形模型，并结合Fluid Flux进行流体运动过程计算，实现了高精度洪水渲染。通过划定空间锚定点位进行数据实测，对模拟与实测的洪水淹没范围进行了对比分析，结果显示范围吻合度达到98.14%。此外，基于三角剖分算法与向量叉乘原理，本研究采用C语言与蓝图节点混合编程，动态提取淹没边界，实现了曲面淹没面积的实时计算，面积差异率控制在≤1.86%以内。研究结果表明：在可视化效果方面，该方法能够精准刻画复杂地形下的洪水扩散特征，准确呈现洪水沿谷地蔓延的趋势，为决策者提供了直观且准确的洪水演进视图；在精准模拟方面，模拟淹没范围与实际受灾区域的吻合度误差低于2%，证实了该方法具备有效性和可靠性。研究不仅支持在三维场景中交互式推演水流路径，还能够根据动态数据更新洪水淹没范围，为洪灾应急撤离路径规划及防洪工程优化提供了强有力的可视化决策支持。

在水文预报工作中，准确识别和分割连续水文过程中的独立场次洪水事件是进行参数率定、提高洪水预报精度的关键。传统的人工挑选场次洪水方法存在效率较低、缺乏通用标准的问题，导致场次洪水提取的主观性较强。本文提出一种从连续流量过程中自动分割场次洪水的简易方法，该方法充分考虑流量数据本身属性与特征，同时基于洪峰阈值、起止流量阈值、起涨斜率阈值等条件，判断场次洪水的洪峰及起止点，通过合理性检验确保场次洪水的唯一性；并进一步分析洪峰阈值、起止流量阈值及起涨斜率阈值对场次洪水分割的影响。以牧马河流域为研究区域，应用本文所提方法和其他场次洪水分割方法对流域1980-1990年连续流量过程进行切割，同时引入三水源新安江模型、TOPMODEL模型进行水文预报，评估不同分割方法对预报精度的影响。结果表明：洪峰阈值控制场次洪水数量及场次洪水历时，起止流量阈值及起涨斜率阈值主要影响场次洪水历时，而起涨斜率阈值的影响相对有限；所提方法能够依据客观判定标准辨识长序列水文数据中的场次洪水过程，快速分割不同流量过程的场次洪水，原理简单、计算效率高、准确率高；相较其他场次洪水分割方法，场次划分更准确，预报精度更高，洪峰误差更低，为洪水预报研究提供较为准确的输入数据。

研究气象干旱对水文连通性季节异质性的响应，有助于理解区域干旱演变规律，为旱区水资源优化配置和农业用水动态调整提供新思路。以长期受气象干旱影响的山西省朔州市为研究区，基于2019-2023年Sentinel-2卫星遥感数据、降水（P）数据及潜在蒸散发（PET）数据，采用水文连通性综合指标法量化地表水文连通性（C），结合相对湿润度指数（MI）划分气象干旱等级，探究朔州市气象干旱对水文连通性季节异质性的动态响应特征。结果表明：①朔州市水体面积波动显著，2019年达峰值93.12 km2，2020年骤降至40.24 km2，2021年因生态工程恢复至67.76 km2，水体分布分散，水资源短缺突出，冬季合成水体面积是夏季的4.9倍，季节性差异显著。②朔州市2019-2023年地表综合水文连通性指数介于0.014至0.227之间，均值为0.058，呈现显著季节性波动特征，受春夏季高温加剧蒸散发的影响，4-8月C值处于全年最低水平（均值0.035），冬季低温抑制蒸散发导致11月至次年1月C值达到峰值（均值0.099），蒸散发强度是驱动朔州市水文连通性季节异质性的核心因素。③气象干旱对朔州市水文连通性的响应具有显著季节异质性，冬季水文连通性与相对湿润度指数呈较强负相关（r=-0.53），夏季（r=-0.31）和秋季（r=-0.25）依次减弱，春季则呈现不显著正相关（r= 0.16），发生气象干旱的风险随着地表水文连通性增强而增加。研究结果为干旱、半干旱地区利用水文连通性季节异质性应对气象干旱提供了新的思路。

近年来河流生态系统面临着水资源、流量调节不均的情况，生态流量是河流维持生态功能的重要指标。因此生态流量分析对于维持河流生态系统平衡与稳定、保护生物多样性以及提供各种生态系统服务具有重要意义。研究基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，对海浪河流域进行了生态流量分析。构建天然径流与实际径流模型，分析土地利用变化对径流影响，结合Tennant法计算生态流量阈值，分析流域水量时空分布特征。对比不同水文年型下径流差异，并量化生态流量盈余空间格局。结果表明，天然径流与实际径流在年均分布和总量上存在差异，尤其是在汛期（5-9月），实际径流明显低于天然径流，而非汛期（10月至4月）变化较小；实际径流受到人类活动因素的影响，导致2、12、19、24号子流域水资源量略低于天然径流；由土地利用变化分析发现海浪河流域2005年土地利用模拟径流相较2000年径流下降4.25%，2010年土地利用模拟径流相较2005年径流下降1.56%，2015年土地利用模拟径流相较2010年径流上升0.99%。海浪河流域的生态流量需求均符合Tennant法中“最佳”标准等级的要求。生态流量盈余分析表明，流域水量在空间上呈现不均衡分布。研究提出需优化水资源调度策略以应对季节性供需失衡，为寒区河流生态流量管理提供模型融合分析范式。

上游新建水库的调度运行会对下游水库入库径流的形成机制产生人工调蓄的结构性变化影响，传统水文模型主要针对自然降雨径流过程进行表征，难以满足自然-人工双驱动的径流预测需求。以溇水流域江垭水库为研究对象，提出融合数据驱动模型与可解释性分析的径流预测框架。构建了基于CatBoost的入库径流预测模型，结合模型参数敏感性分析与SHAP（Shapley Additive Explanations）可解释性分析，解析了上游江坪河水库投运后对下游江垭水库入库径流的影响机制。研究结果表明：①CatBoost模型在江垭水库入库径流预测中较对比模型性能表现更优良（NSE提升6.3%~15.8%），精度及稳定性均有较大提升（偏方差指标BV提升19%~33%），验证了其通过对称树结构、有序目标统计和有序提升机制对复杂水文关系的强表征能力。②通过参数敏感性分析优化江垭水库入库径流预测模型，确定CatBoost最优参数组合，揭示学习率、迭代次数、树深度及正则化约束对模型的作用机制，并验证参数协同效应与模型鲁棒性提升策略。③利用SHAP法证实CatBoost模型对江垭水库入库径流形成机制具有可解释性，揭示了江垭水库"自然-人工调控"双驱动模式转换规律。本研究验证了CatBoost模型在自然-人工双驱动的径流预测的适用性，提出的参数优化框架与可解释性分析方法可为流域梯级水库入库径流预测提供技术参考。

为缓解锈蚀标注的主观性，提高标注效率，以快速实现基于深度学习的水工金属结构锈蚀检测，本文提出了一种基于YOLOv8级联架构的锈蚀检测方法。为了实现对锈蚀目标的准确检测，将MobileViTv3模块融入YOLOv8n，提出了YOLOv8-vit。在YOLOv8-vit的基础上提出了YOLOv8-vit-cls用于锈蚀等级的学习和判定，该网络可借助YOLOv8-vit的预训练参数来更快学习不同锈蚀等级的特征。最后通过YOLOv8-vit和YOLOv8-vit-cls构建级联架构，实现了水工金属结构的锈蚀检测和等级判定任务。

大面积土工膜防渗工程中容易发生气胀现象甚至胀破问题，但由于伴随土工膜应用而出现的气胀问题历史较短，目前针对该问题的案例研究仍然较少，缺乏系统调查与分析。采用文献调研、分类分析和统计分析方法，共收集、整理和分析了30例土工膜气胀变形及破坏案例。根据土工膜铺设位置（底部、岸坡及上部浮/覆盖）、出现阶段（现场试验、铺设施工、首次蓄水及工程运行阶段）和工程类型（地面蓄水、蓄液及蓄固体废弃物/固液混合物）三个层级，形成土工膜气胀问题案例分类体系，构建土工膜气胀问题典型案例库。在当前案例库中，土工膜铺设在底部时产生气胀问题的案例数量最多（80.0%），气胀问题多产生在工程运行（66.7%）和首次蓄水（23.3%）阶段，地面蓄水工程、地面蓄液工程、地面固体废弃物或固液混合物等收集设施中发生气胀问题的比例约为43.3%、33.3%和23.3%，现场施工及环境因素（63.3%）、膜下滞留空气（30.0%）、地下水位上升（23.3%）、土工膜渗漏（13.3%）以及新产生气/液体（13.3%）是引发气胀问题的主要因素，造成的主要影响是土工膜的鼓胀或胀破（96.7%）以及渗漏问题（30.0%），而设置排水排气通道（16.7%）和覆盖物压重（13.3%）是最主要的防治措施。案例调查与典型案例库建设将为气胀问题研究提供充足的实证基础，有效支撑后续研究和问题解决。

针对植被护坡初期降雨侵蚀容易造成边坡表层溜塌，生物聚合物瓜尔豆胶凭借其优良的凝胶性，可以降低土体渗透系数，从而抑制水分入渗，减轻降雨对边坡坡面破坏。通过模拟持续降雨条件下的土柱一维垂直入渗模型试验，在土柱不同深度处测量其体积含水率与孔隙水压力，探究不同瓜尔豆胶掺量对入渗规律的影响，并利用Philip入渗模型和Horton下渗公式对不同掺量的改良土入渗速率和累计入渗量进行拟合。结果表明：①各个工况体积含水率以及孔隙水压力随着深度的增加而降低。②与素土相比随着瓜尔豆胶掺量增加，25.5 cm深度处体积含水率与孔隙水压力降低幅度显著，分别为6.5%~20.6%、4.3%~26%。③随着瓜尔豆胶掺量增加，入渗速率减缓34.4%~64%、累计入渗量降低1.76%~24.5%。④Horton公式对入渗速率和累计入渗量的拟合决定系数（R2）均显著高于Philip公式，且其均方根误差（RMSE）统计指标表现更优，表明降雨条件下瓜尔豆胶改良砂土一维土柱入渗试验中Horton下渗公式描述水分入渗具有更优的适应性。

堤防工程中，若基础下部存在渗透性较强的砂卵石地层，极易引发渗漏与管涌等安全隐患，严重威胁堤防结构的长期稳定与安全运行。当前，工程实践中普遍采用水泥充填灌浆工艺对此类地层进行防渗加固，旨在提升其抗渗性能与整体承载力。然而，由于砂卵石层结构松散、孔隙发育且渗透路径复杂，传统灌浆工艺常面临浆液扩散不均、加固效果不佳等问题，尤其是灌浆序孔的布置形式对浆液扩散行为具有关键影响，目前尚缺乏系统化的设计控制方法。为此，研究聚焦于砂卵石地层序孔灌浆过程中的浆液扩散机理及其受序孔布置方式的影响规律，通过开展现场序孔灌浆试验，系统监测了灌浆压力、浆液流量与孔隙水压力等关键参数，深入分析了不同灌浆序列与布孔形式对浆液扩散路径及范围的影响。试验结果表明，前序孔灌浆所形成的“帷幕效应”会显著阻碍后续灌浆孔中浆液的扩散，导致扩散半径减小与灌浆效果降低。为解决上述问题，本文提出了一种适用于砂卵石地层的“三序交错菱形布孔”灌浆施工工艺。该工艺采用“角孔先行、中孔跟进、角孔封边”的序孔施工策略，有效规避了前序灌浆对后续浆液扩散的阻滞，实现了浆液的均匀扩散与有效充填，从而显著提升整体防渗性能。现场应用结果表明，采用该工艺后，加固区地层剪切波速提高了13.1%，渗透系数由10^-3 cm/s量级降低至10^-5 cm/s量级，防渗性能得到显著改善。本研究不仅揭示了灌浆序孔布置对浆液扩散行为的影响机制，也为砂卵石地层的灌浆防渗加固提供了理论支撑与工程实践指导，对类似地质条件下的防渗处理具有重要参考价值。

针对深部岩体开挖过程中卸荷损伤与应力松弛耦合作用导致的时效性变形问题，以湖北巴东三叠系红层泥岩为研究对象，通过恒轴压卸围压试验模拟卸荷损伤，结合分级应力松弛试验揭示卸荷损伤-应力松弛次序作用下的泥岩宏细观力学及结构特征劣化规律。研究结果表明：随卸荷损伤程度（D?）增大，泥岩剩余应力比非线性下降23%~59%，快速松弛阶段主导作用增强，当卸荷损伤程度D?≥28.80%时，应力跌落以快速松弛模式为主；基于SEM图像及数值软件计算细观分形维数表明卸荷损伤使孔隙分形维数提升10%~25%，应力松弛后进一步增加8%~15%，揭示了卸荷损伤与应力松弛的协同劣化机制。引入岩石损伤单元体，基于广义Maxwell模型构建了四元Maxwell体的卸荷损伤-松弛耦合本构模型，所建模型与传统模型相比拟合误差降低35%~52%，精确表征了卸荷损伤-松弛耦合效应。研究成果为深部岩体工程长期稳定性评估与支护设计阈值设定提供理论依据，弥补了传统流变理论忽略损伤累积的局限性。

大芦线东延工程采用对开式平面弧形闸门，作为一种新型闸门，具备水头低、跨度大、在水平面内运行、在国内应用较少等特点。以大芦线东延伸航道整治工程中的对开式平面弧形闸门作为研究对象，采用ANSYS软件构建了其有限元模型，对该闸门在危险工况下的静力学特性和模态特性进行了分析，并深入探讨了闸门下泄水流的流动特性。为了研究闸门在不同开度状态下的河道水流特性，采用Fluent对河道内的流场进行了分析，并将结果与物理模型试验中的流态数据进行了对比分析。此研究为对闸门的优化设计提供了依据，可为类似工程的对开式平面弧形闸门设计与结构分析提供借鉴。

引入Wachspress多边形插值形函数，提出了一种求解稳态和瞬态渗流问题的多边形有限元方法，该方法可以求解任意非凹多边形的渗流问题。通过对商用软件ABAQUS自定义单元UEL二次开发，求解了多边形单元的刚度矩阵和质量矩阵，实现了多边形有限元稳态和瞬态的渗流分析。采用坝基稳态和瞬态渗流算例验证了该方法的精度和收敛性，以及矩形板渗流算例证明了多边形单元适应复杂几何边界的能力。结果表明，多边形有限元相较于传统有限元具有较高的收敛性；在相同的单元尺寸下，多边形有限元计算精度高于传统有限元；通过多边形网格局部加密，能够有效提升关注区域的计算准确度；多边形有限元通过使用多边形单元能够在无需人工干预的条件下，拟合复杂的几何边界，同时保证了计算的精度和收敛性。

土石界面（SRI）在大自然及工程中广泛分布，其剪切力学特性对工程安全至关重要。SRI的剪切力学特性不仅取决于土体基质或岩块的力学特征，而且还受到土体与岩石界面几何特征的影响。本文在开展SRI剪切相互作用过程机理分析、界面数字化方法确定、土体宏观力学参数选取、数值直剪实验边界条件改进的基础上，对土石界面的宏观力学特性进行系统深入的研究，进而建立了土石界面抗剪强度、界面粗糙度、界面法向荷载三者间的量化表征模型。研究结果表明：土石界面所受法向荷载越大，抗剪强度越大，呈近似线性关系；界面粗糙度越大，抗剪强度越大，也呈近似线性关系；土体强度对土石界面抗剪强度影响较小。研究成果可为工程实践中土石界面强度预测提供参考。

鱼道表面瞬态流场和鱼类游动轨迹的同步获取通常依靠单镜头完成，存在观测范围受限、采样频率低等问题，难以实现全尺寸（原型）鱼道表面流场的瞬态测量。以水槽中的均匀流为例，同步采集双视角中的水槽表面流场的高分辨率图像序列，基于特征匹配与自适应加权融合算法，开发了多源图像的无缝拼接技术，建立了包括图像拼接、数据处理与流场重构的全流程体系。测量结果表明，该方案显著拓展了流场观测的有效覆盖区域，成功高效地提取并拼接了水槽表面瞬态流场，装置和方法具有良好的扩展性，为将来鱼道表面高频瞬态流场和鱼类游动轨迹的同步获取提供了简单实用的量测装置及方法，该装置及方法也可用于其他类型流动的表面高频瞬态流场的测量。

考虑到实际水利工程与河道流体运行过程中广泛存在双圆柱绕流及桥墩冲刷问题，由此造成水工结构稳定性减弱和疲劳破坏等问题。采用LES方法详尽开展了三维弯道内Re=3 900 等直径并列双圆柱绕流的数值模拟研究及流动机理分析。首先，给出了不可压缩流体运动的N-S方程，并介绍了LES方法中常用的Smagorinsky-Lilly的亚格子尺度模型。第二步，针对三维流场模拟的计算网格进行了网格无关性验证和讨论；第三步，以不同双圆柱中心间距比L/D、不同切向高度z和弯道内不同摆放角度α为设计指标，重点开展了三维直道和弯道内Re=3900的并列双圆柱绕流流场数值预测研究。数值结果表明，随着L/D的增大，直道和弯道内圆柱尾缘部分均由旋涡掺混形成单一宽尾流逐渐发展为分离式尾流，不同摆放角度情形下的并列双圆柱流场也展现出相似的特征。在L/D和圆柱摆放角度变化的情形下，相同切向高度z截面上的流场特征分布基本一致。区别于直道情形，不同摆放角度下的升阻力时间曲线差异显著且幅值增大，同时随着L/D和摆放角度的增大，弯道内流场展现出流速内高外低且二次流显著等流动特点，从而在弯道内侧聚集强涡束结构，在出口通道处出现零碎涡结构的分布区域增大等现象，说明圆柱摆放角度、弯道的高曲率和离心效应会引起流场特征的显著变化。综上所述，本文开展的弯道并列圆柱绕流研究能够为水利工程中广泛存在的双圆柱绕流及桥墩冲刷等物理问题提供数据参考。

针对高水头、大流量的泄洪洞有压段出口易出现空化空蚀问题，依托长度比尺为1∶50的物理模型试验对窄缝消能的突扩跌坎式掺气设施水力特性进行研究；并借助Fluent软件探究不同体型参数下的水力特性规律，数值模拟采取VOF多相流模型、RNG k-ε湍流模型、PISO速度压力耦合方程，得出的流量、水面线、流速和时均压强分布与试验实测值最大误差低于10%，可满足工程精度要求。进一步深入研究发现：随着闸门开度减小、出口窄缝宽度增加，侧壁对水流约束降低，纵向拉伸减弱，空腔长度、净空腔长度及净空腔高度均有所增加，且高水位下的各项空腔水力学指标增加趋势大于低水位；其他条件不变时，空腔回水相比射流落点对窄缝收缩比的变化更敏感；随着侧壁由对称收缩逐渐偏转至单侧收缩，最长射流落点位置不变，由侧壁中心逐渐偏转至不收缩侧，且净空腔高度保持不变；采取增大窄缝收缩比及底板坡度的方法可较好解决空腔回水问题。该研究有助于明晰采用窄缝消能的泄洪洞掺气减蚀设施的三维水力学特性，可为相关工程掺气减蚀设计提供借鉴。

非淹没下挑丁坝群因其良好的导流、防冲与稳定河势功能，已在天然河道治理工程中得到广泛应用。但当前研究多集中在单丁坝和正挑丁坝，对于下挑丁坝群不同结构布设条件下其周围流动特性的研究仍较为不足。基于开源软件OpenFOAM，采用realizable k-ε湍流模型，对丁坝群周围的三维水流结构进行数值模拟，通过与已有物理模型试验结果的数据对比，验证了数值模型的计算准确性与适用性。在此基础上，结合黄河下游坝垛工程实际设计参数，研究了概化水槽内非淹没下挑丁坝群不同挑角和间距对平均流场和湍流特性的影响。结果表明：①随着挑角增大，坝间回流区负向流速最大值减小75.5%，湍动能最大值减小0.6倍，床面切应力最大值减小83.1%；坝后回流区负向流速最大值增大13.8%，湍动能最大值增大3.23倍，床面切应力最大值增大95.6%；②随着间距增大，坝间回流区负向流速最大值增大4.3倍，湍动能最大值增大20.6倍，床面切应力最大值增大36.3%；坝后回流区负向流速最大值减小26.7%，湍动能最大值减小81.5%，床面切应力最大值减小26.9%。研究揭示了非淹没下挑丁坝群不同设计参数对其周围水流特性的影响规律，得到的流动特性与以往研究动床工况下的冲刷结果具有一致性，研究成果可为河道整治中丁坝群的布设优化、工程设计与风险预测提供参考。

探明流域内各驱动因子与水质演变的内在关系有助于环保部门因地制宜地开展水环境治理工作，但现有研究多根据流域内各点到监测断面的欧氏距离进行空间分析，且驱动因子常局限于人类活动或气候变化的某一方面，缺少对人类活动和气候变化驱动因子的综合分析。因此，研究基于长江流域的地区生产总值（GDP）分布数据、人口分布数据、土地利用类型分布数据、降水分布数据、气温分布数据、断面流量数据和断面水质数据，分别以汇流长度、欧氏距离、县级行政区边界和市级行政区边界划分了4种研究区域，对比研究了不同空间距离下，各类型驱动因子与长江干流典型监测断面水质演变间相关性的差异，进而识别出驱动因子的关键影响区域。研究结果表明，在长江流域，对于高锰酸盐指数、氨氮和总磷，汇流长度小于200 km的范围是长江水质的关键影响区域，且长江干流各监测断面驱动因子的主成分数量为3个，对应的总方差的解释程度平均为86.7%。其中，第一主成分包括GDP、人口、人均GDP、耕地面积和居民用地面积，第二主成分包括降水、草地面积、水域面积和林地面积，第三主成分包括气温和断面流量。

为优化合流制排水口在城区排涝安全与水污染减排双达标需求的调度策略，确定平衡调度最优调度规则是智慧水务技术升级的关键。研究选取南京市外秦淮河合流系统排放口作为研究对象，通过构建城市暴雨管理模型，分析了排水口在实际降雨事件中的雨水排放特性、城区积水状况以及混合污水对下游水体的潜在污染影响。并在此基础上结合临界降雨量管控指标作为调度阈值，提出平衡城市洪涝安全和截污效率最大化的调度规则及其模型应用。实际调度结果表明：在实验区域R05排放口，当液位达到6.30 m时，必须完全开启雨水闸门；在R07/08排放口，当液位达到5.68 m时，亦需采取相同措施。当液位分别达到6.10 m和5.48 m时，应开启单个雨水闸门。开启闸门的阈值与优化的临界降雨量预警之间的误差分别为9.33%和4.17%。根据此调度规则，设计七种不同重现期条件下安全与污染管控调度模拟，R05和R07/08排放口的开闸临界点降雨量与理论临界降雨量之间的误差均在安全容许范围，并且总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）的削减率分别提升26.4%、19.8%和33.0%，说明该平衡调度规则能够同时满足水安全和水环境质量的要求。

磷石膏由于产量大和潜在污染大，已成为亟待解决的工业固废之一。磷石膏中的磷（P）和氟（F）是最主要污染物，容易随雨水淋溶进入地表水和土壤中，造成环境危害。钢渣是炼钢过程中产生的固废，也是常见的工业固废，具有较好吸附性能。研究以钢渣为吸附剂，去除磷石膏渗滤液中的可溶性P和F，实现以废治废的目的，兼具环境和经济效益。当pH=2、钢渣用量为10 g/L、反应时间18 h时，P去除率接近100%，F去除75.04%，对应P的吸附量为8.84 mg/g，F为3.52 mg/g，高于很多常见的吸附剂。P和F的去除率随钢渣用量的增加而增加。当钢渣加至10 g/L 时，P的去除率为97%，F去除率为73%。钢渣对P的吸附效果基本不受初始pH的影响，P的去除率都接近100%。而对于F的吸附，初始pH影响很大，随pH升高，呈现不断减小的趋势。当pH=2时，P的去除率为96.58%，F去除率为88.37%。钢渣具有很好的抗干扰能力，不会受共存离子的影响，对P和F始终保持很好的吸附效果。共存的SO₄ ^2-、Cl^-、NO₃ ^-对钢渣吸附P的影响不显著。对可溶性F有一定的促进作用。钢渣对P的吸附更符合一级动力学模型（R ²=0.886 95），对F的吸附更符合二级动力学模型（R ²=0.999 6）。酸性磷石膏渗滤液导致钢渣中钙盐溶解释放Ca²⁺与P和F的沉淀是主要的去除机理。在碱性条件下，生成溶解度更低的磷酸钙是P的去除机理。钢渣对于P和F均能在短时间达到吸附平衡，溶液pH以及F和P对钢渣表面吸附位点的竞争是影响吸附速率的因素。本研究的结果表明，钢渣是一种有效吸附P和F的材料，具有潜在的应用价值。

研究旨在设计一种新型双空化喷嘴，并评估其在去除沼蛤（Limnoperna fortunei）方面的效果，以优化空化射流技术在水处理中的应用。针对传统物理清除方法效率低和环境影响大的问题，本研究探索了一种高效且环保的清除技术。研究团队首先构建了双空化喷嘴的计算模型，并利用Fluent软件进行数值模拟。模拟过程中，重点分析了内外喷嘴环形空间的不同间距、外喷嘴的来流压力以及出口轴向间距对空化区域及流场特性的影响。实验设置具体包括：内外喷嘴环形空间间距变化，外喷嘴压力在0.1 MPa至0.6 MPa范围内调整，以及出口轴向间距的系统研究。通过设置不同的靶距和喷射角度，进一步探讨这些参数对沼蛤去除效率的影响。研究结果表明，环形空间间距的增大显著扩大了空化区域，但当间距过大时，流速和空化强度会有所降低。最佳来流压力为0.2 MPa，出口轴向间距为2 mm 时，空化效果达到最佳。靶距为30 mm且喷射角为60°时的冲击力和去除效果最优，沼蛤去除率在附着数量较少时可达66.67%。然而，随着沼蛤附着厚度的增加，去除率显著下降，尤其是在附着层数达到3层及以上时，去除效率明显降低，显示去除效率与附着数量和厚度之间存在负相关关系。研究验证了双空化喷嘴在去除沼蛤方面的有效性，并为喷嘴设计优化提供了理论依据。研究结果强调了合理选择喷嘴参数和喷射角度对提高清洗效率的重要性。通过优化喷嘴结构和参数配置，可在不损害环境的前提下显著提升沼蛤的去除效率，为水利工程和水产养殖业提供了一种新型解决方案。这种新型喷嘴的设计与应用展示了空化射流技术在水处理领域的广阔前景，具有重要的实际意义和应用价值。

鉴于国内冲击式机组配水环管巨型化的现实背景，依托世界上首个500 MW冲击式机组实际工程，基于ANSYS平台实现配水环管充水保压埋设方式的全过程仿真模拟，探究了配水环管-混凝土接触传力行为与结构力学响应特征。结果表明：保压水头作用下配水环管断面膨胀且平面整体扩展，卸压后整体收缩导致断面内侧初始保压缝隙小而外侧大，呈现明显的非均匀分布特征；运行期水温对配水环管-混凝土接触状态与内压外传比例影响显著，低水温季节运行时配水环管内侧存在一定范围的脱空区；高水温季节混凝土承载比增大，拉应力水平相应提高，机井内侧与顶板薄弱部位的混凝土存在发展贯穿性裂缝的可能性；充水保压埋设方式下配水环管自身没有出现异常的应力集中现象，说明该埋设方式对巨型配水环管结构是基本合适的。

针对巨型水电站地下厂房水淹事故的复杂三维流动机理，基于某水电站工程实际，构建三维CFD仿真模型，结合VOF多相流模型与k-ε湍流模型，系统模拟了极端水淹工况下的水流演进过程。研究揭示了高压洪流驱动下的共性水动力机制：初始入流强度主导淹没速率，复杂通道结构以分流方式显著衰减水流能量，排水系统状态直接影响淹没进程。量化分析表明，竖向通道过流能力不足与通道截面积突变处产生的壅水高度是导致快速淹没的关键因素。研究提炼出"高压洪流-空间分流-分层漫灌-压差淹没"的四维共性机制，为水电站防水设计规范完善、应急预案制定提供了理论支撑，对提升地下洞室群防洪安全具有重要工程价值。

抽水蓄能电站地下厂房板梁柱结构在水力脉动作用下的动力响应值过大，是厂房结构抗振设计时需要关注的问题。依托某抽水蓄能电站地下厂房结构建立三维有限元模型，着重计算分析厂房楼板、立柱和楼梯结构在水力脉动作用下的振动响应，并针对振动响应较大的部位提出相应的优化设计方案，通过计算分析不同优化方案下厂房结构的水力脉动响应规律，对厂房板梁柱结构抗振优化提出建议。结果表明：针对立柱中段振动响应较大的情况，增设与立柱相同断面尺寸的水平横梁，其抗振效果明显优于单纯调整立柱截面尺寸的方案，并且增加该水平横梁能有效降低楼梯的振动响应；通过增加楼梯厚度或在其最大振动响应位置处增设一道0.5 m厚的墙体，均可有效降低楼梯的振动响应，其中将楼梯厚度调整为0.35 m的抗振优化效果最为显著。

在“双碳”目标背景下，提升水电调节能力对优化能源结构、促进可再生能源消纳至关重要。水库蓄能是衡量可调发电能力的关键指标，然而现有研究多聚焦单一模型或流域优化，对不同流域蓄能时序特征对比分析及模型与补给类型适配性研究尚存不足。为此，为揭示不同流域蓄能趋势分析模型的适应性规律，结合SARIMA和HWES模型，对比分析了雅砻江（融雪主导）、大渡河（降水-融雪混合）、岷江（降水主导）三大流域典型季调节水库2015-2023年的蓄能时序特征，并预测2024年蓄能数据验证模型适应性。结果表明，模型适应性受流域补给类型显著影响：SARIMA模型更适用于具有长期稳定趋势的融雪型流域（雅砻江），其在丰水期预测误差较HWES显著降低12.4%；HWES模型则更适应短期波动频繁的降水型流域（大渡河、岷江），其在大渡河丰水期误差低至0.84%，在岷江全年误差控制在10%以内。研究表明，SARIMA与HWES模型在蓄能趋势预测上的适应性差异主要受流域补给类型及调度特性影响。该研究成果明确了针对不同补给类型流域的模型优选策略，为多能互补系统中的流域差异化调度提供了直接的理论依据和模型选择支撑，有助于提升水电在新型电力系统中的高效调节作用。

水风光互补已成为促进可再生能源消纳的有效方式。传统的水风光柔性调度区间模型，忽略了局部最小宽度，导致得到的调度区间难以适应突发事件。为此，研究提出了一种考虑区间最小宽度的柔性调度区间推求方法。首先，提出了区间局部最小宽度指标，构建了兼顾最小宽度和区间最小发电量、区间宽度的多目标优化调度模型；之后，采用双层嵌套的求解结构进行优化，其中上层算法为改进非支配排序遗传算法，下层算法为离散微分动态规划；最后，通过随机模拟验证柔性调度区间的有效性，并且与传统的柔性区间推求方法相对比，分析了考虑区间局部最小宽度方案的性能。以某水风光互补系统为算例，研究表明：相较于不考虑局部最小宽度的指标，考虑局部最小宽度的优化方法生成的柔性调度区间下界波动更小；通过发电量模拟验证，在应对突发事件的调度中，考虑区间局部最小宽度的调度区间方案更能规避潜在风险，并且发电量损失仅为总发电量的0.65%。提出的区间调度方法能有效提高水风光互补系统应对突发事件的能力。

在清洁资源丰富但调节资源匮乏的偏远地区，构建混合式抽蓄电站，并将其与风电、光伏及水电聚合形成虚拟电厂（VPP），实现统一调度参与电能量市场，有助于提升清洁能源的盈利能力。基于此，提出一种考虑水力耦合的多虚拟电厂合作博弈日前竞标双层优化模型。外层基于市场各主体的投标信息，以社会福利最大化为目标，优化市场出清决策结果；内层多VPP联盟根据市场出清结果，考虑风光出力的不确定性和流域水力耦合特性，优化联盟竞标策略以提高市场收益；另外，为保障各VPP收益分配的公平性，提出一种考虑水力耦合的Shapley值分配方法。采用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）法对双层模型转化求解。算例结果验证了所提模型的有效性和经济性，促进偏远地区清洁能源的高效参与电能量市场。

对于水电机组含明渠尾水系统，目前尚无有效的明渠频域模型，不利于开展系统频域稳定性分析。基于总体矩阵，推导了明渠频域模型，对某单管单机布置的水电机组含明渠系统开展了小波动稳定性分析。结果表明：不设尾水调压室时，明渠越长越不利于系统稳定，随着明渠长度从100m增加至500m，稳定域面积减少0.466；反之，设置尾水调压室时随着明渠长度的增加，系统稳定域呈现先减小后增大的变化趋势，这与系统自振频率有关。无论是否设置尾水调压室，明渠初始水深增加均有利于系统的稳定，但对系统稳定域影响较小：随着初始水深从12 m增加至18 m，稳定域面积增加0.130，；设调压室时，稳定域面积仅增加0.258。

准确的短期剩余负荷预报对电网稳定运行和新能源消纳具有重要意义。为提高区域电网短期剩余负荷预报精度，提出基于逐日归一化方法、完整继承经验模态分解（CEEMDAN）和长短期记忆神经网络（LSTM）的短期剩余负荷混合预报模型，以湖南省电网为案例开展应用研究。首先利用2020~2023年湖南省逐日24点负荷、新能源出力、区域内外输出功率等数据提取剩余负荷序列，并按日进行归一化处理；然后采用CEEMDAN将归一化序列分解为多个固有模式函数（IMF），并对每个IMF以及日最值序列建立独立的LSTM模型进行预报；最后，通过聚合还原操作得到剩余负荷预报结果。研究结果表明，预见期为24 h时，基于逐日归一化的预报模型的多个评价指标均优于基于传统全局归一化的同类模型，逐日归一化的CEEMDAN-LSTM模型表现最佳，测试期的决定系数R ²为0.83，较全局归一化的LSTM、EMD-LSTM和CEEMDAN-LSTM分别提升45.6%、9.2%和5.0%；平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别为1 209 MW和1 604 MW，较全局归一化的CEEMDAN-LSTM分别降低18.3%和9.0%。研制的混合预报模型能显著提升短期剩余负荷预报精度，为电网稳定运行和新能源消纳提供技术支撑。

随着我国新能源大规模并网，利用水电的调峰能力进行水风光互补运行是实现新能源并网后安全稳定运行的重要途经，但提高调峰能力往往会影响水电的经济效益。为实现水电调峰能力与水风光互补系统经济性间的协调，构建以调峰-蓄能双目标为导向的水风光互补系统短期调度模型，选取电网剩余负荷过程方差最小化、调度周期末蓄能最大化为目标函数，运用NSGA-Ⅱ算法进行模型求解，进一步采用TOPSIS法对各方案进行评估并选出决策建议方案。以雅砻江下游梯级水电站群为例，丰、平、枯3种典型日的计算结果表明：①水电调峰能力与水风光互补系统经济性间存在明显的竞争关系。②所选方案对调峰-蓄能双目标均表现较好优化效果，有效实现调度过程中的多目标优化。该结果论证了模型的有效性，对平衡水电调峰能力与水风光互补系统经济性具有一定参考价值。