水利行业正以前所未有的态势推进数字孪生，水利工程三维可视化作为智慧水利的基础，亟需解决水利工程三维可视化还无法达到专业软件的可视化要求。结合Cesium、Vue、Springboot等技术搭建了水利工程三维可视化平台，研究实现了多源数据融合、闸门动态泄水、洪水淹没等三维可视化关键应用技术，为后续实现数字孪生的可视化奠定基础。

变形是大坝运行过程中受内外荷载作用下其状态的直观表现，构建高精度的变形预测模型对大坝安全预警与运行状态评估有着重要的意义。针对已有的大坝位移模型训练时间长，预测模型预测精度和泛化能力一般，无法满足大坝位移中短期准确预测的问题，耦合长短时记忆网络（LSTM）与Transformer框架，引入改进的粒子群优化算法（IPSO）进行优化，建立了IPSO-LSTM-Transformer（ILT）大坝变形预测模型。以紧水滩拱坝正垂线11-1测点为例，选取6150组变形时间序列数据进行分析与预测。研究结果表明，模型预测精度会随着预测期的增大而出现一定程度的下降，但在预测步长10以内均具有良好的预测能力；与传统粒子群优化算法相比，ILT模型显著提升了模型的寻优精度和收敛速度；与RNN、LSTM、IPSO-Transformer神经网络模型单步与多步预测结果对比，ILT模型具有更高的精度和更好的稳定性，即使在训练数据较少时也能保证较好的预测效果。研究成果为实现运行期大坝位移的中短期精确预测提供了新的技术手段。

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。

近年来，由于气候变化导致极端降雨引起的城市内涝灾害事件频发，给我国城市水安全和可持续发展带来威胁，准确掌握受灾区域的舆论主体和公众情绪，对提高应急管理部门内涝灾害的态势感知能力具有重要意义。在当今智能网络时代，人们通过社交媒体反映问题和建议的诉求日益凸显，社交媒体已逐渐成为反映民众情感和社会舆情的主要载体，为获取自然灾害信息提供了新的途径。如何从社交媒体中快速提取城市洪涝灾害信息，并对自然灾害信息进行主题分类和情感分析，准确掌握区域灾情的主题类别和民众舆论倾向，是目前亟待解决的关键技术问题。以新浪微博为例，阐述了洪涝灾害数据的获取与预处理方法，构建了基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型，以准确掌握受灾区域的主题类别和舆论导向。以2021年郑州“7.20”特大暴雨期间洪涝灾害为例的研究结果表明，本文方法实现了对社交媒体中城市洪涝灾害数据的智能提取与分析，主题分类模型对预设八种类别数据的分类预测F1值达到0.80以上，且情感分析模型基本能够准确预测情感标记为“负面”的数据，这表明本文构建的基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型能够满足支撑城市应急管理部门动态掌握洪涝灾害发展态势及公众情绪的需求，对防涝减灾调度、安抚民众情绪和实时定点救援等工作具有重要的指导意义。

利用卫星遥感技术反演水深是快速获取广域水深信息的重要手段。然而，水体中底质、广泛存在的泥沙等悬浮物质、叶绿素等水色影响物质导致传统光学卫星影像反演精度较低。为减小水色物质对水深反演精度的影响，基于数学模型与哨兵2号遥感影像，在分析不同断面类型河道水深与水面面积数学模型的基础上，提出了一种能够克服水色物质影响的水深反演方法。该方法通过对河道断面进行概化并分类，推导出河道面深模型，结合哨兵2号遥感影像确定数学模型中相关参数，得出可直接通过水面面积计算水深的表达式，可最大程度减小水色对遥感影像反演水深的影响。将其应用于小清河，该方法在黄台桥与石村水文站的水深反演绝对误差平均值分别为0.03 m与0.23 m，反演结果较为可靠。实验结果表明，提出的方法水深反演精度较高，不受水体水色的影响，可基于卫星遥感技术快速获取水体水深信息，有推广应用价值。

水电站日调峰能力是衡量水电站的主要性能指标之一，在水、风、光电联合的电网调度中具有重要意义。从调峰幅度和调峰电量两方面定义了水电站日调峰能力的概念，并基于四种固定形状的典型日负荷图及一种通用的典型日负荷图开展了水电站日调峰能力的计算。针对固定形状的典型日负荷图给出了在给定调峰时间下的水电站最大调峰幅度的计算方法，针对通用的典型日负荷图给出了日最大调峰电量的计算方法。以红水河中下游四座具有不同调节性能的水电站水库为研究对象，分别计算了在五种典型日负荷图下各水库在不同初水位和不同日均入库流量时的调峰能力。结果表明，对具有季调节和年调节等调节能力强的水电站，其日调峰能力的大小主要受库水位的影响，而与日均入库流量的关系不大。对日调节水电站，在入库流量较小时，其日调峰能力受日初水位和日均入库流量的影响较大；当入库流量达到一定值后，日初水位对日调峰能力的影响较小。在平均入库流量和初水位确定的情况下，可以定量求出水电站的最大调峰幅度和最大调峰电量及相关运行数据，便于水电站最大化参与电网调峰。研究所提出的水电站日调峰能力的概念客观全面，所建立的日调峰能力计算方法具有较强的实用性和可操作性，可为水电站日调峰能力的确定提供科学依据。

地下渗灌是一种地下微灌方法，通过埋设于地下的渗灌管将灌溉水引至地面下一定深度的土壤中，再利用土壤毛细管作用实现对作物根区直接供水，该灌水方法与“地下滴灌”的灌水过程实质相同。地下渗灌可有效改善土壤环境质量，利于作物生长，是一项发展前景广阔的高效节水灌溉技术，开展地下渗灌的研究对于推动高效节水农业发展具有重要意义。从地下渗灌条件下土壤水分运移规律、灌水技术参数、灌溉制度、渗灌管堵塞的影响及调控等方面，对相关研究进展和存在问题进行综述，提出了今后的研究方向，供节水灌溉研究领域的学者参考。综述认为，与地下渗灌技术的生产实践相比，对其机理方面的研究相对滞后，限制了该技术的深入推广应用，主要表现在：地下渗灌条件下土壤水分运移规律尚不够清晰；堵塞问题依然是目前阻碍地下渗灌技术应用与发展的限制性因素；地下渗灌配水系统优化设计问题尚需进一步研究。建议今后开展各种不同渗灌条件下的水分入渗数值模拟分析；选取合适的处理水平，研究渗灌灌水效果的主要影响因素，寻求最优灌水技术参数组合；针对地下渗灌条件下作物灌溉制度开展研究，形成一套合理完善的灌溉制度与试验方法；对于渗灌管出流规律、堵塞机理以及进入地下渗灌系统时灌溉水源水质关键参数的有效调控阈值等进行深入研究。

小麦滴灌技术是华北地区高标准农田的主要建设内容，也是应对该区域水资源不足和保障国家粮食安全的重要技术手段。结合国内外小麦滴灌技术研究的最新进展和课题组多年的科学研究实践，总结阐述了滴灌诸要素如滴头流量、滴水元件间距、滴灌带铺设距离对土壤水分分布的影响；滴灌灌溉制度的制定；滴灌对小麦耗水特性、干物质积累和产量构成等方面调控作用研究成果提出未来小麦滴灌技术的发展方向即融合气象、土壤和作物多要素的智慧灌溉决策和水肥一体化技术，以期为加快我国在小麦主产区滴灌技术的应用推广提供理论与技术支撑。

多元能源互补优化有利于充分发挥并组合利用不同电源的出力优势。为应对风电、光伏装机容量不断增长所带来的新能源消纳与电网调峰问题，构建一种风光水火储多能互补双层优化调度模型。首先考虑多能互补优化调度问题涉及众多决策变量与约束条件，为降低模型求解的复杂度，选择以多种能源的出力特性与互补关系为切入点进行合理化分层；然后综合考虑源荷协调、清洁能源消纳、发电经济性等应用需求，将模型划分为以净负荷方差最小与清洁能源发电量最大为目标的风光水储联合优化调度上层模型，和以火电机组运行成本最小为目标的火电机组优化调度下层模型，并将上层联合优化调度得到的净负荷曲线作为下层火电机组优化调度的约束条件；最后以IEEE30节点系统为例，设置3种典型的调度场景进行仿真对比，采用MATLAB平台CPLEX求解器进行求解，结果表明：风光出力的反调峰性会扩大净负荷的峰谷差和方差，增加火电调峰备用的压力，造成发电成本和机组损耗的增加；水电参与多能互补对系统净负荷波动有明显的抑制作用，能有效缓解电力系统调峰压力；储能可以在一定程度上缓解平抑净负荷波动与提高清洁能源发电量的矛盾，所提优化调度模型可以有效平抑源荷波动，促进清洁能源消纳，降低系统运行成本，助力电网安全低碳运行。

蒸散发（Evapotranspiration，ET）是水循环的关键环节，在全球水循环和地表能量平衡中扮演着重要角色，对气候、生态系统和水资源管理等方面都有重要影响。因此，蒸散发数据的质量对全球水资源的精确管理至关重要。在北半球进行3种ET产品的精度验证和时空对比，选择更适用于北半球的ET产品，为加强遥感与地面观测相结合的研究提供建议。利用FluxNet2015通量站点月平均实测数据验证3种ET产品，结果发现PML_V2产品在北半球精度最高，其次是GLDAS，最后是MOD16A2，相关系数R分别是0.66、0.57、0.56；均方根误差RMSE分别是2.46、5.68、12.42 mm/月；平均偏差Bias分别是14.36%、16.86%、35.02%。其中GLDAS ET产品具备日尺度ET监测能力，日平均估计值与通量塔站点测量值的一致性较高，相关系数R为0.74，RMSE和Bias分别为1.62 mm/d和27.90%。总体来说，在时间尺度上，3种ET产品均可模拟出北半球季节变化的特征，即夏季蒸散发量较大，冬季蒸散发量较小。夏季3种ET产品在不同土地覆盖类型上均存在高估现象，其他季节的模拟结果与地面观测值的结果一致性较好，其中MOD16A2表现较差，ET值高估现象最为明显。此外，2001-2020年期间非干旱地区，3种ET产品在多数地区空间分布较为一致，相关系数R大于0.6。研究通过评估不同ET产品的不确定性和产品质量，可为在北半球开展蒸散发研究选取适用的ET数据源提供科学建议。

广东省综合单位线法作为一种在工程实践中得到广泛应用的单位线，由1983年前的雨洪资料分析综合得到，它反映了广东省城镇化之前的产汇流关系，但是目前针对其在城市化地区适用性评价与修正的研究较少。以广东省深圳市景田流域为例，基于景田水文站2011-2019年间的暴雨洪水记录资料，采用纳什效率系数、认同指数、相关系数等评价指标，对广东省综合单位线的适用性进行评价，通过Spearman秩相关系数法对重要参数进行敏感性分析，并基于拉丁超立方抽样法、约束最小二乘法等方法对广东省综合单位线法进行了修正。研究结果表明：景田流域自20世纪80年代后经历了快速的城市扩张，不透水下垫面所占比例已超过90%，广东省综合单位线法对该流域雨洪过程的刻画能力存在明显不足，提出的通过对重要参数进行率定以及对单位线进行修正两种方案都提高了模型的模拟效果。其中，针对小样本提出的基于网格搜索的交叉验证参数优化方法与约束最小二乘法的单位线修正方法，表现出良好的模拟性能，纳什效率系数、认同指数、相关系数等指标都有明显提高，较好地反映了景田流域的产汇流特性；相较于广东省综合单位线法的推荐单位线，经过修正的单位线表现出洪峰流量变大、峰现时间提前、总历时缩小的特征，更符合城市化的产汇流规律。

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。

水库群实时防洪优化调度作为一种重要的非工程措施，可以通过较少的投入降低洪水灾害带来的损失，起到流域防洪减灾作用。考虑了各水库自身安全和下游防洪点安全，以下游防洪控制断面最大过水流量最小、各水库最高水位最低为目标函数，建立了水库群实时防洪多目标优化调度模型；引入“滤波算子”，提出一种改进多目标利希滕贝格算法（Multi-Objective Lichtenberg Algorithm，MOLA），进行模型求解，得到水库群实时防洪调度多目标方案集，增强优化调度解在防洪调度实际应用中的可操作性；最后，提出一种基于层次聚类和Pareto前沿物理意义的综合筛选法，对Pareto前沿上的众多调度方案集进行聚集和筛选，选取有限代表解供决策者进行选择，增加防洪决策的聚焦性。研究以淮河史灌河水系为例，进行了水库群实时防洪多目标优化调度模型的应用研究，结果表明：基于改进MOLA的水库群实时防洪多目标优化调度模型计算效率高、实用性较强；采用梯度分析法定量分析了鲇鱼山水库最高水位、梅山水库最高水位、蒋家集断面最大过水流量之间的多目标互馈关系，结果表明梅山水库水位变化对蒋家集断面的组合流量影响更为显著，梅山水库可作为史灌河流域防洪风险调控的优先考虑对象。研究成果可为水库群实时防洪调度提供技术支持和决策参考。

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。

声音和振动是反映旋转机械设备运行状态信息的直接载体，根据声纹监测的原理，通过对数据进行采集、预处理、提取特征值，采用卷积神经网络深度学习识别模型，建立大型泵站机组运行状态声纹样本库和模型库，构建泵站机组振动状态的声纹监测系统，实现大型泵站机组运行状态的实时监测。

盐酸四环素（TCH）被广泛应用于医疗、畜牧养殖和农业等行业中，但由于在使用过程中不能被人和动物完全吸收，而是随粪便与尿液排泄进入环境水体，而TCH会破坏生态环境、危害人体健康、催生耐药毒菌，对环境和人体健康造成威胁，因此找到一种经济高效的去除方法对于水质安全非常重要。目前，水中TCH的去除方法主要包括化学法、生物法和物理法，相对于化学与生物处理法，物理法中的吸附法去除污染水体中的TCH具有成本低、环境友好、高效稳定、操作简单的特点，其中在吸附材料的选择上，炭基材料和矿物材料往往呈现粉末状，不易回收，对环境有二次污染的隐患，与之相比，凝胶材料适宜于对有机污染物的去除，因此，寻求一种价格低廉，吸附效果好的吸附剂是目前吸附法的研究热点。蒙脱土（MMT）作为一种土状矿物，表面带有大量永久性负电荷，晶体结构稳定，机械强度高，由于其价格低廉，易于获得，吸附性能优越的特点，在污水处理中，常用于吸附去除重金属离子、染料、酚类化合物，多环芳烃等，去除效果较好，但目前还没单独使用MMT进行TCH吸附方面的研究，鉴于此背景，旨在研究MMT吸附TCH的吸附性能和效果。通过研究，发现Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型对MMT吸附TCH具有较好的拟合效果，表明其吸附为多层吸附，且在60 min内即可达到总吸附量的87%，Langmuir饱和吸附量可达到118.6 mg/g。Gibbs自由能ΔG0皆为负值，表明MMT对TCH的吸附是自发过程，容易进行。计算所得焓变和熵变均大于零，说明吸附进程为吸热过程，吸附随机发生在固液表面，提高温度对吸附有促进作用，与温度影响实验所得结论一致，再次说明吸附过程为吸热反应，提高温度有利于吸附进行。溶液pH对吸附性能影响显著，pH从3增加到10，吸附量先增大后减小，最佳pH值为6~8。这是由于在强酸性条件下，H⁺与TCH形成竞争吸附，所以MMT对TCH的吸附量较低。当pH值提高，H⁺浓度降低，与TCH的竞争吸附减弱，因此MMT对TCH的静电吸附量提高。但随着pH值继续升高，TCH逐渐变为H₂TC^-及HTC^2-形态，与带负电荷的MMT之间产生静电斥力，造成吸附量降低。根据上述实验结果和表征分析，分析机理可得，MMT对TCH的吸附过程包括同时包括物理吸附与化学作用，其中化学作用在其中占主导。MMT中的Al-O-H基团能与TCH分子上的三羰基酰胺基团以及羟基基团形成氢键作用，且在pH<5时存在一定的静电引力。综上所述，由于MMT成本低廉，对TCH的吸附速率快，吸附量大，在吸附TCH性能上有其独特优势，因此在实际含TCH废水处理中具有较好的应用前景。

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。

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。

平原河网地区地势平坦流速较缓，水体抗污染能力弱，改善水系连通性对水环境质量提升至关重要。以水系连通性较差的盛泽镇跃进联圩为研究对象，通过开展引调水试验，构建圩区河网水动力模型，探索圩区水利工作调度运行规则、河网水系连通方法以及相应的水环境变化规律。研究以水龄作为水系连通性的一种时间尺度参量，建立了跃进联圩水动力-水质-水龄的河网水环境模型，模拟了5种引调水方案下，圩内水系连通性及水质改善情况，并构建了压力、状态与响应的引调水连通效果评估体系，实现了对水系连通性变化与水环境改善水平的定量分析。结果表明：从水体交换时长来看，研究区域主要河道水体交换时间在5天以内，水体连通性越好的河道，水龄越短；从水质指标变化来看，调水实验中圩内的水环境氨氮变化最为明显，对引调水响应度高，模拟结果显示水龄与氨氮浓度变化趋势基本一致，水体连通性越好，水龄越短，有利于氨氮的削减；从引调水方案来看，单一调度方式对圩内水系连通性改善能力有限，特别是在河网内水体流动性弱的区域，同时使得圩区内水体流动性差异增大，更容易造成河网内水系连通性以及水质的空间分布差异，形成局部的滞水区或死水区。因此，采用多源引水与多区域排水相配合的调度方式，可以加强水系连通性，改善水环境质量。

四湖流域地处江汉平原腹地，流域内地势低洼，洪涝灾害问题突出。针对四湖流域排涝工程建设情况，耦合自然径流模型、受控径流模型、河网一维水动力模型、湖泊调蓄演算模型，构建了四湖流域水文水动力模拟模型，以2016年、2020年为典型年，研究了排涝工程建设及不同调度策略对四湖流域防洪安全的影响。结果表明：排涝工程建设能够显著降低四湖流域中下区防洪压力，2016年、2020年暴雨条件下，洪湖洪峰水位分别下降1.19 m和1.41 m，洪峰水位由保证水位以上降低至警戒水位以下；实施长湖、洪湖联合调蓄能够有效提升四湖流域总体排涝效益，2016年、2020年暴雨条件下，在洪湖洪峰水位仅分别上涨0.05 m、0.16 m，且不超过警戒水位的条件下，长湖洪峰水位分别下降了0.73 m和0.40 m，显著提升了四湖流域上区防洪安全性，但受制于水闸和渠道过流能力，长湖水位仍超过警戒水位。排涝工程建设整体上提高了四湖流域内河渠防洪安全性，除排涝河（西）、沙螺渠及螺山干渠在参与流域统排后平均最高水位有一定上涨外，其余主要河渠平均最高水位均有所下降。排涝工程建设能够降低四湖流域中下区对新滩口泵站和高潭口泵站的依赖，2016年、2020年暴雨条件下，两座泵站排水总量占流域排水总量的占比下降13.23%~19.35%，洪湖防洪安全性得到了提升；实施长湖、洪湖联合调蓄能够提升四湖流域上区防洪安全性，降低田关泵站排涝压力，联合调蓄实施后，2016年、2020年暴雨条件下田关泵站排水总量分别下降60.97%和57.23%。本研究能够为江汉平原四湖流域提升排涝工程运用水平，增强防洪保安能力提供参考。

针对传统丘陵山地农业灌溉通常采用人工控制电磁阀进行灌溉所出现的水资源浪费、人工成本高等问题，设计了一套基于模糊控制和PID控制的丘陵山地农作物自动灌溉控制系统，将PID控制的稳定性和模糊控制的适应性相结合来控制灌溉时长。通过Simulink搭建的丘陵山地灌溉系统，分别用常规PID和模糊PID来控制该系统进行仿真实验。结果表明：模糊PID控制下的系统相比于常规PID控制，超调量和调节时间都明显降低，具有更高的稳定性、适应性和调节性能，可以用于丘陵山地农业自动灌溉系统中。

随着双碳目标的提出，我国能源结构正逐步以依赖化石能源转向以可再生清洁能源体系为主。然而以风电和光伏发电为代表的清洁能源因出力波动性与不确定性难以单独运行并网消纳。水电站具有良好的调节能力，可与风电场、光伏电站联合运行，平抑新能源发电的不稳定性。我国西南地区水能资源丰富，建设有大量具有调节性水库的梯级水电站，将梯级水电与流域周边风电、光伏资源互补运行，充分利用梯级水电的调节能力打捆外送优质电能是实现能源转型的重要手段。为量化梯级水电站对风电、光伏资源的承载能力，提出了水电中长期优化调度—水风光短期优化配置的嵌套计算模型。以水电中长期优化调度计算结果确定短期调度计算边界，在短期调度时调整风电、光伏规模，以源荷匹配度最大、发电量最大和弃电率最小为目标进行优化调度，采用分层嵌套策略进行解耦，以计算梯级水电站可承载的风电、光伏资源规模。应用该模型于雅砻江流域梯级水电站群，计算得到雅砻江流域“三库七级”梯级水电站承载风电、光伏资源规模。研究结果表明：考虑2025规划水平年以及5%弃电率约束，雅砻江流域梯级水电可承载风电资源规模139.6 万kW、光伏资源规模1 074 万kW。研究成果对优化流域内水风光多能互补发电系统具有参考价值。

抽水蓄能对于可再生能源的发展和新型能源体系的构建，助力实现“双碳”目标等具有重大意义。充分认识抽水蓄能的功能与作用，梳理我国抽水蓄能现代化进程中的政策演变及发展历程，分析我国抽水蓄能面临的困境与挑战，并对未来进行展望，有助于深刻理解和把握抽水蓄能与整个国家现代化建设之间的内在关系，有利于推动新阶段新征程抽水蓄能高质量发展，有望加快和推进我国形成国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业。

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。

为提升输入网格新安江模型的降雨和蒸发数据的时空分布准确度，完善水文循环过程，并为进一步实现WRF模型与网格新安江模型的耦合提供基础，构建了由WRF驱动的网格新安江模型。首先，采用逐步订正法将WRF预报降雨与雨量站降雨融合来获取WRF融合降雨；然后将WRF预报气象数据输入网格新安江模型中并采用彭曼公式计算单元网格小时蒸发能力；最后由WRF融合降雨和彭曼公式蒸发能力驱动网格新安江模型在湿润的屯溪流域进行洪水模拟预报。结果表明：①WRF融合降雨具有较高精度且具有精细空间分布。相较于WRF预报降雨，WRF融合降雨与实测降雨的相关性（RR≥0.99）和拟合度（NSE≥0.98）更高，雨峰误差（-8.1%~3.5%）和雨量误差（-2.0%~6.7%）均明显减小。在空间分布上，WRF融合降雨具有比站点插值降雨更复杂的空间信息，信息熵（SE）显著增加（30.4%~48.2%），并包含了WRF降雨和站点插值降雨的降雨中心。②彭曼公式蒸发能力不仅呈现出逐小时变化规律，且与降雨过程密切相关。在空间分布上，彭曼公式蒸发能力与海拔密切相关，在中高程地区最大，低高程地区次之，而在高程较高地区最小。③WRF驱动的网格新安江模型具有较大的洪水预报潜力。相较于使用WRF预报降雨驱动网格新安江模型，由WRF融合降雨和彭曼公式蒸发能力驱动的网格新安江模型在屯溪流域的洪水预报精度明显提高，预报洪水的NSE均在0.90以上，洪量、洪峰和峰现时间合格率均达到100%。

土壤湿度和温度是影响水文循环和气候变化的重要参数，在农业实践活动和生态平衡中起着重要作用。为及时、准确地监测土壤含水量（Soil Moisture Content，SMC）及温度，提出了一种基于高光谱数据的预测方法。实验数据集来自为期5天的实地测量，所获得的高光谱数据包含大量的噪声及冗余信息，因此首先用Savitzky-Golay卷积平滑对光谱数据进行降噪处理，利用连续投影算法（Successive Projection Algorithm，SPA）提取数据特征波长，然后通过遗传算法（Genetic Algorithm，GA）对支持向量机回归（Support Vector Regression，SVR）的超参数权值和偏置进行优化，构建SPA-GA-SVR混合算法模型对土壤水分和温度进行预测，并与BP神经网络（Back Propagation Neural Network，BPNN）、SPA-BP、SVR、SPA-SVR、GA-SVR这5种模型的预测性能进行比较。实验结果表明：各模型在土壤湿度低于30%的情况下，表现出的预测能力差异并不显著。但整体上，复合模型相比于单一的神经网络或机器学习模型具有明显的优势，且经过连续投影算法优化的模型进一步的提高其预测能力，最终SPA-GA-SVR算法在各项指标上均优于其他模型，土壤水分预测模型的R ²=0.981、RMSE=0.473%，土壤温度预测模型R ²=0.963、RMSE=0.883 ℃。实验证明基于高光谱数据，经过SPA和GA优化的SVR模型能实现对土壤湿度和温度精准的预测。该方法具有一定的应用价值和现实意义，可应用于便携式高光谱仪和无人机上，实现对土壤水分和温度的实时监测，为今后的播种及灌溉提供理论参考。

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。

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。

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一，坝体滑坡极易诱发地质灾害，严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响，以某均质土坝为研究背景，借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化，基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明：随着库水位上升，土石坝内部浸润线位置提高，坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势，且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通，坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831，坝体稳定性不断降低，但均高于临界最小安全系数。

为提高大坝位移预测的准确性，提出了一种新颖的基于深度学习的综合预测方法。首先引入了一种基于完全集成经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，CEEMDAN）和奇异谱分析（Singular Spectrum Analysis，SSA）的多级数据降噪技术。这能有效地消除监测数据中的噪声和异常值，提高数据质量，为后续预测提供更合理的大坝变形数据。随后构建基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）和门控循环单元（Gated Recurrent Unit，GRU）的深度学习模型。采用CNN从监测数据中提取丰富的特征，利用GRU来捕获和处理时间序列数据中的长期依赖关系。为了增强模型的表现，引入了自注意力机制，以帮助模型更好地处理和识别数据中的复杂模式。通过与其他预测方法的比较，实验结果表明，该方法在大坝位移预测的准确性和稳定性方面相较于其他方法有显著的提升，能够为大坝变形监控领域提供新方法。

水轮发电机组作为水力发电站的核心设备，在长期运行过程中不可避免地产生振动和压力脉动问题，长期振动会加速机械零件的磨损和疲劳，降低机组的寿命和可靠性，还可能导致机组的不稳定运行，甚至引发严重事故，对发电站的安全性构成威胁。这些振动和脉动问题源自多方面因素，其中包括水流的动态性、叶轮的设计与制造质量、以及机组与水力系统之间的复杂相互作用。这些振动和压力脉动问题对水轮发电机组的性能、可靠性和安全性都带来了负面影响。因此，深入研究水轮发电机组在运行过程中的振动和压力脉动问题，寻找有效的解决方案显得尤为重要。通过对安砂水电站3号机组实验数据的分析，深入探讨了水轮发电机组压力脉动及振动引起的运行稳定性问题。通过利用秩和检验以及皮尔逊相关性系数对水轮机组运行过程中的压力脉动、振动和摆度信号进行分析，发现水轮机组整体信号之间存在较强的相关性，尤其是在摆度信号中。最后，从水轮发电机组的设计、运行和维护各个阶段，探讨了降低水轮发电机组运行中产生的压力脉动及振动问题的方法与策略。通过采取这些措施，我们可以有效地降低振动和压力脉动问题带来的负面影响，确保水轮发电机组安全、稳定地运行，为可持续能源的发展做出贡献。

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。

水资源优化配置能够解决区域水资源短缺及不合理利用问题，近年来优化算法成为获得水资源优化配置结果的重要工具。为有效缓解现有优化配置算法中存在的收敛缓慢、局部优化和早熟等问题，介绍了一种新型的元启发式算法：猎豹优化算法（the Cheetah Optimizer，CO），利用该算法收敛速度快、鲁棒性强、寻优能力强等优点，将其运用至水资源优化配置问题中。以太原市为研究区域，建立了以经济效益、社会效益和生态效益为目标的水资源优化配置模型，采用CO求解该模型，并与遗传算法（Genetic Algorithm，GA）结果进行对比分析。结果表明：CO的污染物排放总量在规划年（2030）控制目标内，区域用水满意度达到0.98，能够满足基本用水和发展用水需求；与现状年（2020）相比，生活用水占比下降22.58%，三次产业用水占比分别上升10.53%、25.81%、12.5%，地表水和地下水供水比例分别降低21.70%、11.14%，回用水和引黄水供水比例分别提高了5.43%、27.40%，符合太原市水资源配置思路，验证了CO的有效性；与GA相比，CO的区域满意度、综合用水价值和配水公平性分别提高了7.10%、3.57%和56.52%，污染物排放量和缺水率分别降低了3.11%和3.85%，同时有更好的协调性，验证了CO的优越性。研究成果表明用CO求解水资源优化配置模型合理可行，为水资源优化配置模型求解提供了新方法。

堤基管涌是造成鄱阳湖区圩堤险情乃至溃决的最主要原因之一，从机理上研究并揭示鄱阳湖区圩堤堤基管涌的致灾机制，对于应对管涌险情、科学开展应急抢险具有重要意义。基于鄱阳湖区某圩堤典型堤基结构，采用堤基原型土和自行设计制作的模型槽开展管涌物理模型试验，完整模拟了原型多层复杂堤基管涌发生、发展及致溃的全过程。结合试验现象对管涌发生和发展过程中的水力条件、堤基破坏机理和土体颗粒侵蚀速度等展开分析。研究结果表明，鄱阳湖区圩堤堤基结构中管涌破坏集中于下伏砂层，在渗透压的作用下上覆弱透水层被渗流击穿，于砂层与上覆层的接触面形成管涌通道后加速土体颗粒的侵蚀，最终导致堤基溃决；鄱阳湖区某典型圩堤堤基中夹于黏土层中的壤土层无法起到强弱透水层间过渡层的作用，土体颗粒侵蚀规律与无壤土过渡层的堤基结构相类似，形成表面管涌出口和堤基开裂的土体颗粒累计侵蚀量增长速率均低于0.1 g/s；该圩堤发生管涌的堤基平均总体临界水平坡降约为0.1。

为探讨季节性河流生态补水方案制定的理论技术和方法体系，提出了一种结合生态流量计算与水动力模型的生态补水互馈方法，该方法在水文序列变异诊断的基础上通过计算河道内生态流量过程，为生态补水方案的制定奠定基础；再根据实际生态补水过程建立并求解河道生态补水的水动力模型，为生态补水演进研究提供模型支撑；最后利用水动力模型对不同补水方案进行补水演进分析，以此得到给定目标下的最佳补水方案，并以北方某季节性河流DY河为例进行了应用分析。研究结果表明：①TG水库入库径流序列的变异点为1980年，在此基础上可将径流序列分为天然阶段与人类干扰阶段两部分；②生态补水互馈方法得到的生态补水方案不仅可满足河道内生态流量需求，还充分考虑了河道径流过程的年内丰枯变化特征，对认识我国季节性河道的生态流量恢复过程具有重要的科学意义；③生态补水互馈方法应用于DY河生态补水工程上效果良好，按照生态补水目标要求得到了满足DY河境内全线通水的生态补水方案，即DY河春季生态补水时，3月至5月的最佳生态补水流量为49.82、27.17、8.67 m³/s。该方法可为后续DY河针对其他补水目标制定对应的生态补水方案，也可为其他流域的季节性河流生态补水方案制定提供新方法与新思路。

为研究北方半湿润区绿色屋顶降雨径流特性，探究结构参数变化对其雨水蓄滞效应的影响，为海绵城市绿色新基建提供数据支撑及引导。建立绿色屋顶（坡度0°）、普通屋顶（坡度0°）、坡面屋顶（坡度5°）3种类型屋顶的对照试验，以及基于基质层厚度、基质层、排水层和排水方式结构参数调整的五组绿色屋顶试验，基于实测降雨径流开展监测。研究表明：监测期内，绿色屋顶、普通屋顶、坡面屋顶综合降雨量的平均径流系数分别为0.27、0.50、0.77，绿色屋顶降雨径流削减效应明显。随着降雨强度增大，绿色屋顶产流概率呈逐渐增大趋势，径流总量控制率呈逐渐较小趋势，绿色屋顶对小雨~大雨级别场次降雨蓄滞效应显著。监测期内降雨事件中，绿色屋顶降雨径流系数与降雨总量显著正相关，与前期降雨间隔天数和前期降雨量为弱负相关；绿色屋顶降雨径流控制效率显著降低对应降雨强度临界值为30 mm。绿色屋顶雨水蓄滞效应影响因素显著程度由大到小依次为基质层（超轻量基质层）、排水方式（距底部5 cm排水）、基质层厚度（20 cm）、排水层（陶粒层）。绿色屋顶降雨径流特性及雨水蓄滞效应受到内、外因多因素影响，后续应基于长序列降雨监测期，进一步研究不同结构、不同尺度的绿色屋顶的海绵城市生态效应。

定量解析污染源是有效控制水污染的基础，研究综合利用数理统计、GIS空间分析和主成分分析-绝对主成分得分-多元线性回归模型（PCA-APCS-MLR）等方法，提出了一种数据预处理方式，对2018-2020年延安市地表水系内49个采样点的23项水质关键指标进行污染源及其贡献率定量分析。结果表明：污染源以营养物污染（54.02%）及重金属污染（17.97%）为主，营养物污染对各水质指标的平均贡献率（52.70%）大于重金属污染（47.30%），营养物污染主要对延安市东北部影响较大，重金属污染对延河、秀延河上游地区影响较大。相比原始数据预处理方法的分析结果，该结果更具有地区代表性，可对延安市地表水污染治理提供数据支持，为地表水水质保护政策的制定提供科学参考。

掌握极端气候变化特征是地下水资源管理的重要环节。为了探究极端气候对地下水资源的影响，以大沽河水源地为例，基于40余年的气象数据，选取14个代表性的极端气候指标，并采用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法分析了研究区气候变化的趋势性、突变性和周期性；基于极端气候指数和水文频率分析筛选了研究区代表性的极端气候年份，运用水均衡分析方法估算了极端气候年份条件下地下水平衡；并通过相关性和周期性分析评估了极端气候指数对地下水水位埋深的影响。结果表明：①1979-2021年，研究区内表征高温与降水的极端气候指数呈上升趋势，表征低温的极端气候指数总体呈下降趋势；极端丰水年代表性年份为2007年和2020年，极端枯水年代表性年份为1981年和1986年。②极端气候指数在20世纪90年代与21世纪初期发生突变，之后高温趋势更加显著。③极端降水指数第一周期对应的平均周期为11~16 a，极端气温指数第一主周期对应的平均周期主要有3个变化范围分别为20~24 a、12~14 a、5~6 a。④极端降水指数抑制地下水水位埋深的增加，极端降水量（R95p）和普通日降水强度（SDII）是影响大沽河水源地地下水水位埋深的主要降水指数；水位埋深的第一主周期对应的周期分别为13~15 a，与极端降水指数周期特征基本一致，意味着水位埋深受极端降水指数的影响较显著。⑤在极端丰水年（2007年），地下水总补给量约为319.4 mm，总排泄量约为204.8 mm，均衡差约为114.6 mm；在极端枯水年（1981年），地下水总补给量约为104.2 mm，总排泄量约为141.1 mm，均衡差约为-36.9 mm。

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。

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。