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。

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。

在全球变暖气候背景下，由于气温升高而导致的植被春季物候提前已经被熟知。气候变暖的同时加剧了土壤水分（Soil Moisture， SM）和饱和水汽压（Vapor Pressure Deficit， VPD）亏缺，二者作为植被生长必要的水分条件，对植被春季物候的影响尚不明晰。为此，研究基于日光诱导叶绿素荧光数据集通过多项式-导数法、双逻辑-曲率最大值法和Timesat法提取了2001-2018年以来中国植被春季光合物候始期（Start Of Season， SOS）的参数；其次，运用近地面气象驱动数据集和彭曼公式计算了研究期内的VPD值；最后，采用Teil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验、敏感性分析法，阐明了SOS、VPD和SM的时空变化规律，揭示了春季SM和VPD对SOS的影响机制。结果表明：①SOS先随着纬度的上升逐渐推迟，在35°N以北开始平稳波动，平均SOS在第130 d；②中国春季SM和VPD呈大面积不显著干旱化趋势，土壤水以0.037 m³/（m³?10 a）的速度干化，VPD以0.34 hPa/10 a的速度升高，SOS呈大面积不显著提前趋势，以5.1 d/10 a的速度提前；③干旱地区的SOS对春季SM和VPD的变化最敏感，并且随着春季SM梯度的降低，VPD对SOS的重要性逐渐增加，SM的重要性逐渐减少。研究对于理解和预测全球变暖背景下植被生长对水分条件变化的响应，以及对于制定应对气候变化的政策至关重要，可为我国生态环境建设提供科学依据。

基流作为河川径流中相对稳定的一种组分，同时也是干旱半干旱地区枯水期径流的主要来源，对流域的水资源优化配置及生态环境的维护有着十分关键的意义。基流分割结果的准确性对于预测流域水文过程以及探究基流变化规律有很大的影响。汾河作为黄河中游重要支流，关系着整个中游地区的经济发展，研究汾河的基流变化能有效表征黄河中游基流的变化机制，因此，选取适宜的分割方法显得尤为重要。基流分割方法众多，数值模拟法凭借其客观性、可重复性和易操作性等特点，且可对长系列冗长繁琐数据进行高效便捷处理，因此在实际应用中受到广泛认可。基于黄河中游汾河静乐水文站2006-2014年日径流资料，采用8种常用的数值模拟方法进行基流分割计算，分析径流年内、年际变化特征，从基流指数的不稳定系数、标准差和变异系数3个角度分析其特征，并分析年基流指数的相关性，比较典型年的基流过程与径流过程，选用Nash-Sutcliffe效率系数、平均相对误差和相关系数这3个指标来进行基流分割结果的有效性检验。结果表明：Chapman滤波法、Chapman-Maxwell滤波法和Eckhardt滤波法是静乐水文站控制流域较为适宜的基流分割方法，计算所得的BFI值分别为0.491、0.495、0.496。研究结果为黄河中游基流分割和基流变化规律等研究提供技术支持，为黄河中游水资源合理利用和更好地建设当地生态环境提供科学依据。

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。

岩体初始地应力是地下工程研究中的重要内容，依托大型地下厂房工程，采用三维水压致裂法和常规水压致裂法对洞内孔ZK1和地表孔ZK2分别进行地应力测量，获得岩体初始地应力；基于实测数据利用三维数值模拟方法进行地应力场反演计算，获得所需工程区的地应力场分布规律。研究表明：水压致裂法可以有效地获得初始地应力，三维水压致裂法获得的地下应力情况更为准确且可以与垂直孔测试数据互相印证；数值模拟获取的地应力计算值和实测值具有一致性，厂房隧洞布置较为合理且工程区发生岩爆概率较低；现场原位测试结果与回归地应力场分布规律可为工程设计提供有效的科学支撑。

在全球变暖的背景下，复合干热事件即干旱和高温同时发生的频率、强度和范围不断增加，造成了严重的自然灾害和社会经济损失。然而，在中国这样一个气候和地形条件复杂的区域，复合干热事件的演变特征尚不清晰，其背后的潜在驱动机制也有待研究。为了更好地理解和应对复合干热事件，基于标准化干热指数（Standardized Dry and Hot Index， SDHI）研究了1961-2015年中国夏季复合干热事件的时空变化规律，对比分析了不同地区复合干热事件的频率和强度变化，并通过小波相干和多元线性回归等相关性分析方法探究了复合干热事件与同期大尺度气候模态之间的关系。研究结果表明：中国夏季复合干热事件的频率和强度均呈现出增加趋势，气温升高主导了复合干热事件严重程度的增加；厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation， ENSO）和大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation， AMO）与SDHI主要呈负相关关系，而太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation， PDO）和北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation， NAO）与SDHI主要呈正相关关系；东北、华南和西南地区的复合干热事件受AMO影响明显，而西北和华北地区的复合干热事件主要受NAO影响；除华东和华中地区以外，4个气候模态的协同作用对复合干热事件的贡献率均超过了15%。研究结果可为应对气候变化，提高灾害防御能力，降低风险损失提供重要参考和科学依据。

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。

针对叶片进口在不同位置对离心泵水力性能的影响问题，以NM150-250/30型离心泵为研究对象，采用试验测试和CFD数值模拟相结合的方法，从离心泵外特性和内部流场方面进行分析和探究。采用SOLIDWORKS软件建立3个不同叶轮模型，利用TurboGrid进行六面体网格划分，CFX19.2进行定常数值模拟计算。研究发现，在设计工况下，随着离心泵叶片进口向叶轮进口前伸时，离心泵扬程和效率也随之增大；在小流量工况下离心泵流量扬程曲线出现类似混流泵的马鞍区，泵效率迅速下降且高效区较窄；随着叶片进口位置不断前伸，在小流量工况下流动产生的进口回流不断增强，离心泵马鞍区增大，流动状态变差。

针对现有露顶式弧形闸门静动力学分析存在一定简化的问题，应用ANSYS有限元软件对比分析了闸门单体和闸坝一体化的静动力学特性。以某水电站溢流表孔弧形闸门瞬启工况为例，建立了考虑止水摩阻、支铰体系和预应力锚索的闸坝一体化有限元模型。研究结果发现：在静力学方面，两侧止水对闸门各钢结构构件应力影响不大，最大差值为14.08%；闸坝一体化得出的固定支铰应力分布较闸门单体更为合理；锚块对闸门结构整体位移结果影响较大，闸门单体整体位移＜不考虑锚索预应力的闸坝一体化整体位移＜考虑锚索预应力的整体位移。在动力学方面，考虑流固耦合效应下止水降低了闸门结构的各阶频率；预应力锚索对闸坝一体化动力特性影响较小。

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。

为探究分汊河段河流形态和水动力学特性对极端洪水的响应，以北江下游清远伦洲河段为例，通过实地调研、河床演变分析和数值模拟的方法，系统研究了该河段在2022年6月超百年一遇洪水期间水流运动特性，以及洪水后河床冲淤变化、泥沙粒径分布和水位变化情况。结果表明：“22·6”洪水期间，水流主流在惯性作用下向左侧偏转并对伦洲岛岛头区域产生直接冲击，从而造成该区域基础设施损毁严重；水流冲出峡谷后由于流速降低、挟沙能力下降，导致岛头区域和河道右汊淤积严重，河道左汊则呈冲刷态势；由于岛头区域和河道左、右汊流速差异，导致泥沙粒径分布存在差异，其中岛头区域泥沙粒径明显大于左、右汊河床泥沙粒径；“22·6”洪水后由于河床抬升，水位较洪水前明显壅高，左汊分流比增大，在来流为5 000 m³/s条件下，岛头上游水位壅高接近1 m，左汊分流比较洪水前增加约16%。

为了抑制低比转数离心泵的空化，提出改变叶片开槽轴向角度的方法，并设计了3种叶片斜开槽方案。通过数值模拟的方法，对比离心泵试验结果，分析叶片斜开槽对离心泵空化抑制的效果。模拟结果表明：轴向角度为5°的叶片斜开槽对低比转速离心泵的空化抑制效果最明显，断裂扬程提高了0.281 m；叶片斜开槽抑制了离心泵叶轮流场内空泡的发展，在空化严重阶段空泡体积最多减小了67.25%；叶片斜开槽优化了叶轮流场结构，缩小了叶轮进口低压区，降低了叶轮流道内的湍动能。

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。

我国东南沿海地区常因复杂的洪涝致灾因子和复合的地形特征，导致流域行洪不畅而引发洪涝灾害，建立适合此流域特征的洪涝模拟模型，并通过洪涝减灾分析制定有效的防洪减灾手段十分必要。利用流域数字高程数据、河网数据、土地利用数据等资料，建立模拟沿海丘陵-平原复合流域洪涝过程的水文-水动力耦合模型，探讨基于工程调度的降低洪涝风险的方法。选择浙江省沿海城市—临海市的大田港流域作为研究区域，充分考虑研究区丘陵汇流、水库下泄、潮位涨落、河道初始水位、闸门泄洪等流域特征要素，设计模型边界条件，模拟不同设计洪水以及工程调度影响下研究区的洪水演进过程和洪水淹没情况。结果表明，所建立的模型能够较好地模拟丘陵-平原复合小流域的河道洪水演进过程。对于极易造成洪水淹没的重点防洪区域，通过调节内河初始水位和控制流域内的防洪挡潮闸门有效的缓解了大田港下游主城区和灵湖景区的洪水淹没情况。大田港流域东北侧区域与山丘接壤，下游工程调度对该区域洪水淹没的缓解效果延时。情景模拟结果为研究区洪涝灾害的预演、预报、预警以及预案提供了数据支撑，为城市防洪工程和平原排涝工程的进一步推进提供依据，为沿海丘陵-平原复合型小流域多致灾因子导致的洪涝灾害提供了解决思路。

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。

为了深入了解嘉陵江水沙关系的变化规律。基于嘉陵江出口北碚水文站1965-2022年的年径流量和年输沙量资料，利用Mann-Kendall检验法、双累积曲线法并结合物理成因法诊断水沙关系的变异点，通过AIC、BIC、RMSE对径流量和输沙量的边缘分布函数和Copula函数进行优选，确定最优Copula函数并建立嘉陵江流域水沙联合分布模型，运用模型对流域内水沙丰枯遭遇概率、联合和同现重现期进行计算，进而对比分析水沙单变量和联合变量设计值。结果表明：①水沙关系在1989年发生突变，变异前的水沙相关性强于变异后的水沙相关性；②1965-1989年阶段水沙序列最优边缘分布都为Logn， 最优水沙联合分布模型为Gumbel Copula模型。1990-2022年阶段径流量和输沙量的最优边缘分布分别为Gamma、GP，最优水沙联合分布模型为Frank Copula模型；③2个阶段水沙序列同步概率分别是59.77%、61.14%，均大于异步概率，且出现极端情况“水丰沙枯”、“水枯沙丰”类型的概率 极低，表明水沙概率存在较大的相关性，来水来沙条件相对稳定；④联合变量设计值大于单变量设计值，通过两变量联合分布计算的径流量和输沙量设计值更加可靠。水沙联合重现期集中在2年附近，同现重现期绝大部分小于50年。通过探讨嘉陵江流域来水来沙联合变化特征，可为流域的水沙调控、防灾减灾等工作提供参考。

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。

澜沧江流域HD水库地处云南省西北部、横断山脉区域，水库区为工程地质条件复杂的高山峡谷地貌，存在大量监测难度较大的滑坡体。为加强对HD库区CYP滑坡的监测，利用2020年7月至2021年7月之间的28景Sentinel-1A降轨和24景Sentinel-1A升轨雷达影像，采用SBAS-InSAR技术分析获取CYP滑坡升降轨时间序列形变速率。结果表明，CYP滑坡LOS向最大形变速率为-150 mm/a，垂直向累计最大形变为-172 mm，处于持续滑动状态。通过将SBAS升降轨时序监测结果与已有GNSS监测数据对比分析，在CYP滑坡区域降轨影像分析结果分解出的垂直向形变与GNSS垂直向形变契合度较高，符合实际情况，可以为滑坡识别和预警提供参考。此外，将时序形变与水库水位、降雨量进行对比分析发现，CYP滑坡形变情况与库区水位、降雨密切相关。

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。

为研究水闸消能防冲控制条件的确定方法，以铜城闸实际工程为例，采用数值模拟方法在优选模型的基础上分别选取消能设计工况与消能校核工况的5个闸门开度进行消能防冲计算，通过分析确定过闸最大单宽能量找寻该水闸运行时的最不利工况。模型优选后闸前上游段计算长度选取90 m、防冲槽下游段计算长度选取40 m、网格划分形式选取基于粗网格下的局部加密网格、湍流模型选取RNG k-ε模型，在此模型基础上最终计算分析得出消能设计工况下闸门开度为4.0 m时，过闸单宽能量最大，此工况下上游水位10.1 m，下游水位5.6 m，即为该水闸的消能防冲控制条件。研究内容打破了将水闸泄洪工况作为最不利工况的传统思路，更能保障该水闸的安全运行，具有较好的工程应用价值，能够为同类水闸工程确定消能防冲控制条件提供参考。

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。

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。

为探究河套灌区适宜的再生水灌溉向日葵模式，针对向日葵关键生育阶段（出苗—现蕾期、现蕾—灌浆期、灌浆—蜡熟期）设置T1（HHH）、T2（HZZ）、T3（ZHZ）、T4（ZZH）、T5（ZZZ）共计5组黄河水（H）与再生水（Z）灌溉方式，结合膜下滴灌技术开展连续两年野外大田试验，结果表明，各试验处理黄河水灌溉量服从T5＜T2＜T4＜T3＜T1，反之，再生水灌溉量服从T1＜T3＜T4＜T2＜T5；再生水与黄河水轮灌对膜内和膜外0~40 cm土壤pH无显著性影响；再生水灌溉水量越高，膜内土壤含盐量变化幅度、土壤及籽粒中典型重金属元素含量越大；T2处理对应轮灌方式相对其他灌溉方式更有利于促进向日葵生长、增加籽粒产量、提高籽粒粗蛋白和粗脂肪含量；然而T3处理对应土壤及籽粒中砷、铅、镉、铬含量相对其他试验处理更低，且相对T1处理节约黄河水量100~120 mm，籽粒产量、生物量、籽粒粗蛋白和粗脂肪含量则分别提高了4.34%~7.19%、6.20%~6.68%、9.25%~20.50%、7.39%~13.37%；短期再生水灌溉不会导致向日葵籽粒和收后0~100 cm土体中的典型重金属元素含量超标。以节水控盐、增产提质为目标，推荐T3处理对应轮灌方式为河套灌区向日葵生育期内适宜的再生水灌溉方式，该研究结果可为内蒙古河套灌区再生水安全高效灌溉向日葵提供理论指导。

利用有限元软件ABAQUS对不同长宽比条件下单边切槽梁（SENB）试样I型应力强度因子进行了数值模拟，探讨了支点摩擦作用对试样无量纲应力强度因子Y _Ⅰ及无量纲T应力T*的影响规律。结果表明，试件长宽比增大会导致Y _Ⅰ和T*的值逐渐增大，摩擦系数增大会导致Y _Ⅰ减小；长宽比较小的试样经支点摩擦作用后，T*会减小并使断裂轨迹更加稳定。通过压实黏土I型断裂试验，对比了考虑和不考虑支点摩擦效应的试验结果，验证了数值模拟的准确性。

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。

岩土颗粒材料的应变局部化失效问题广泛存在于工程设计应用中，主要表现为介观尺度上的应变局部化现象和宏观尺度上的剪切带产生，目前在微观尺度上的形成机理尚不明确。为了系统研究颗粒集合体的应变局部化的形成与演化过程，通过使用离散单元法（Discrete Element Method，DEM）模拟了指定平面应变加载路径的真三轴试验，获取了宏观和微观尺度上的颗粒材料几何、运动以及力学信息。为了找出表征应变局部化特性的最佳特征量，比较了颗粒温度、波动位移和局部剪胀角等微观指标，发现波动位移在表征应变局部化方面与其他参数相比相关性更好，并选定其作为应变局部化表征变量。为了量化颗粒集合体从应变局部化开始产生到发育完成的具体应变区间，采用莫兰指数对波动位移的空间分布特征进行统计和分析，确定了颗粒集合体在弹塑性转换阶段的发育区间。进一步对颗粒集合体应变局部化发育区间内的波动位移空间分布进行探究，并统计不同空间区域内波动位移的概率密度函数，发现研究区域外部的局部塑性在过渡阶段停止演化，而内部塑性以逾渗模式发展。最终，通过波动位移的空间分布进行聚类分析，获得了描述介观尺度上应变局部化的团簇体模型。该模型可以将颗粒集合体宏观剪切带的形成与发育和单个颗粒的微观塑性发展相联系，刻画颗粒集合体从介观尺度上的应变局部化出现到宏观尺度上剪切带完全形成的演化过程。

河湖疏浚会引起底泥悬扬，造成水体浑浊。为控制疏浚带来的环境污染，尝试利用气泡幕拦浑，现场与室内试验随即开展。通过比较有无气泡幕时固定测点泥沙浓度的变化，探究气泡幕对天然泥沙和高岭土颗粒的拦截效果。在此基础上，提出气泡幕拦浑率的概念。测量气泡幕后侧泥沙浓度时空变化，分析单宽曝气量对气泡幕拦浑率的影响。试验结果表明：气泡幕具有一定的拦浑效果，其对天然泥沙的拦浑率达0.8，对高岭土颗粒的拦浑率超过0.4；随着单宽曝气量增加，气泡幕拦浑率先增长后降低；气泡幕在防疏浚底泥扩散方面具备良好的适用性，特别是，与防污帘组合使用时，可进一步减少悬浮泥沙扩散量，又能允许船舶自由通行疏浚水域。

高分辨率遥感影像的水体提取常因地物类型复杂、部分河流狭窄等因素导致水体提取结果不完整、不连续。因此，结合水体自身光谱和纹理特征，提出了一种结合全局特征与局部互通的遥感影像水体提取优化方法。首先，在水体提取初始结果的基础上，通过多尺度Frangi滤波和大津法（OTSU）分割算法提取线性支流，对河流进行补充得到初步优化结果。然后，结合局部互通的断流接续算法，对初步优化结果中的断流部分进行连接。最后，通过K-means聚类提取水体部分，并与精确优化结果进行拓扑检查及光谱检查，实现块状水体的验证筛选。实验结果表明，本文方法能够提取到细小支流，提高优化的准确度；断流接续算法的加入，有助于提高河流提取的完整性。与其他方法相比，本文方法的总体精度分别提高1.04%、1.50%，F1分别提高5.84%、8.28%，可以作为有效提升水体优化后处理的手段，提高了水体提取的完整度和精度。

为探究特斯拉阀鱼道和两种竖缝式鱼道能否满足鱼类洄游条件，基于Fluent采用标准RNG k-ε湍流模型和VOF多相流对自由水面进行捕捉的方法，对3种鱼道池室流场进行三维湍流数值模拟，主要采用相同的边界条件研究3种鱼道的水力特性对四大家鱼洄游的影响。分析得出，3种鱼道主流明确，流态分区明显，从底层到高层，主流流态越来越不明显，流速呈减小趋势。双侧竖缝式鱼道、异侧布置竖缝式鱼道和特斯拉阀鱼道的平均流速分别为0.49、0.45和0.69 m/s，平均回流区占比分别为0.67、0.71、0.69，最大流速分别为1.24、1.49、1.54 m/s。双侧竖缝式鱼道、异侧布置竖缝式鱼道和特斯拉阀鱼道的断面最大流速分别为1.09、1.38、1.54 m/s，断面平均流速为0.75、0.57、0.85 m/s。双侧竖缝式鱼道最大湍动能0.054 m²/s²出现在上层水体隔板后方，其余绝大部分区域湍动能小于0.05 m²/s²；异侧布置竖缝式鱼道最大湍动能0.072 m²/s²出现在上层水体竖缝出口处，其余绝大部分区域湍动能小于0.05 m²/s²；特斯拉阀鱼道最大湍动能0.221 m²/s²出现在上层水体的单元回路中，主干道的绝大部分区域湍动能小于0.05 m²/s²。分析得出3种鱼道的流速、流态满足鱼类洄游条件，3种鱼道预计鱼类洄游路线区域的湍动能满足鱼类洄游条件，本文研究成果可为以后的鱼道结构设计提供思路。

海水入侵对于沿海地下淡水资源的不利影响，极大地制约了沿海地区的社会经济发展。在沿海非承压含水层中修建地下坝，是防止海水入侵并保障沿海地下水资源安全的常用措施。在实际工程中，沿海含水层往往都是异质性的，特别是分层非均质性分布广泛。为深入探究沿海含水层的分层非均质性（含水层中间存在一个高渗透性夹层）对地下坝上游残余盐水清除过程的影响，基于SEAWAT-2000 程序构建野外尺度下的二维海水入侵数值模型。利用该模型分析了针对不同地下坝高度、地下坝位置及高渗透性夹层厚度等多种情景下的残余盐水运移的变化规律。模拟结果表明，地下坝的合理布置可显著降低海水入侵范围与程度，相对于均质含水层，中间高渗透性夹层的存在将增大海水入侵的距离并降低盐水楔的高度。地下坝高度大于大坝所在处的盐水楔高度时，才能有效防止海水入侵并清除坝后残余盐水。残余盐水的清除时间将随着地下坝高度的增大而增加；同时，地下坝的布置位置与海洋边界的距离越近，清除坝后残余盐水所需的时间就越长。高渗透夹层的存在极大地改变了残余盐水的脱盐时间，与均质含水层相比，含有中间粗夹层的含水层的残余盐水清除时间将延长。研究还发现，随着中间粗夹层厚度的增大，残余盐水的清除时间将先增大后减小，但其影响相对于地下坝高度与位置而言较小。

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。

水流量是水文测验的重要信息，有助于了解河道的水流量变化并预测其走势。传统的接触式水流量检测方法在应急情形下受环境影响较大，测流装置安装难度大，测量效率低，为解决这一问题，基于非接触式的时空影像法的视频测流的计算方法，选取南京市滁河浦口段为试验对象，开展水流量检测的研究。检测方法使用视频测流的方式对水流进行测速，采集到的数据经过可视化处理后展示在终端设备的界面上，采集的数据能够按照水文协议的数据格式传输至指定地址。试验结果表明，通过使用无人机搭载视频测流设备能快速有效的完成水流量的检测，并通过终端设备将数据以可视化的形式展示，方便相关人员查看。该检测形式测量快速、安全、环境适应性好，深入研究这一检测形式可推动水文测验的智慧化和集成化建设。

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。

导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果，通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法，对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究，获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况，分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示：消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善；同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s，而压强分布均匀、无负压产生，且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下，增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m，其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m，对下游防护效果明显。研究表明：所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果，在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。

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。

洪涝灾害是湖北省主要自然灾害之一。开展湖北省城市洪涝灾害韧性研究，可加快该地区韧性城市建设，促进城市的可持续健康发展。以湖北省17个城市为研究对象，选取2010-2021年为研究期，从压力、状态、响应等维度构建城市洪涝灾害韧性评价指标体系，运用CRITIC-熵权组合赋权法分析其洪涝灾害韧性时空演变，并利用空间自相关法分析其洪涝灾害韧性空间集聚特征，再用地理探测器模型分析其驱动因素。结果表明：①研究期内湖北省城市洪涝灾害韧性指数呈波浪式上升趋势，增幅达34.82%；②城市洪涝灾害韧性的空间分布主要呈现为“西高东低”和以武汉为高值向外递减，城市洪涝灾害韧性的空间集聚效应较强；③城市洪涝灾害韧性的空间分异性为多因素共同作用。其中，人口暴露程度、地形起伏情况、地表陡缓程度、医疗保障能力为主要驱动因素。研究结果可为城市防洪减灾政策提供参考。

逾渗现象广泛存在于自然界的各种物理过程中，逾渗理论已经在众多领域得到广泛的应用和研究.区别于传统的以渗透系数为主要参数渗流理论，用逾渗理论表征多孔介质的渗透性能，这可能是解决复杂渗流问题更合理的方法，如当气相侵入饱和多孔介质时，对非混溶的两相流动系统中气相运动的表征。多孔介质可以视为由孔腔与孔喉组成，它们分别对应逾渗网络模型里的节点与连接节点的键，在此概化的基础上逾渗理论可以应用于多孔介质，进而运用逾渗理论中关键路径分析的方法对饱和渗透系数与非饱和渗透系数进行理论推导。以泊肃叶方程为起点，结合连通性以及逾渗临界体积含量等概念，构建出了饱和渗透系数与孔隙临界半径的关系，并在此基础上将孔隙度以孔隙半径的概率密度函数的形式给出并引入平衡半径的概念，加入推导，最终得出非饱和渗透系数的表达式。并使用Rijtema数据库的两种土样实测数据与预测值对比，分析了非饱和渗透系数表达式的适用性。结果发现，给出的非饱和渗透系数的表达式只有在远离逾渗阈值的范围区间内，即饱和度大于0.9时，预测值才与实测值接近，而在小饱和度时，甚至产生了几个数量级误差。这些误差的产生与前述推导过程中的假设与近似处理以及接近逾渗时拓扑的复杂性有关，其结果是越接近临界饱和度，其预测值越不准确。

水体富营养化问题日益严峻，这种现象导致了浮游植物的异常增长，释放有害的藻毒素，造成了水体的污染，并对动植物乃至人类造成了危害。与之相关的，水体通常流动缓慢，连通性差，水流停滞时间较长，使得这些水体 更容易受到富营养化的影响，也使水华风险升高。针对水华的产生机理，深入探讨了水动力因素、水环境因素和气象因素的影响。水动力因素包括水体的流速、流量和水体扰动等情况，它们共同决定了藻类的积聚程度；水环境因素包括水温、溶解氧、营养盐浓度以及酸碱度等，它们将直接影响浮游藻类的生长；气象因素如气温、风力等会改变水体的温度，从而对水华的形成和发展产生影响。还依据江河湖库水体的特点，探讨了数值模型和数据驱动模型在水华预测中的应用，数值模 型在水华预测中的应用是通过模拟水体中的环境因素，来预测水华的发生和发展趋势；数据驱动模型以数据挖掘算法和 统计技术为基础，利用机器学习方法，通过分析和识别监测数据、图片与水华的对应关系，进行迭代学习，创建其与水华爆发的预测联系。它们为探究水体状况、预测水华事件提供了有效工具，二者相耦合的方法对水华的精准预测有着重要意义，也是未来研究的发展趋势，有助于水资源管理者更好地对其进行调控，提高预测精度和水质管理的效率以减少水华的发生。

网箱养殖对区域水环境影响较大，研究网箱养殖区水质参数变化规律对于认知区域性水产养殖对水环境的影响具有较大的现实意义。采用GF-1WFV数据，针对漫湾库区近年成倍增长的网箱养殖区，构建了网箱养殖区总悬浮物浓度反演模型。结果表明：模型具有较高的精度，反演值与实测值的平均相对误差为9.65%，均方根误差为0.33 mg/L。依据构建的反演模型与卫星影像反演了漫湾网箱养殖区的总悬浮物浓度，分析了库区和不同网箱体位置的总悬浮物浓度变化规律。研究发现，漫湾库区和不同网箱体位置的悬浮物浓度变化规律基本一致，网箱体总悬浮物浓度未因养殖局部“圈定”现象而出现异常，但比库区河流整体悬浮物浓度要小，主要因其总悬浮物浓度变化主要受降水、地表径流、水流流速等影响，网箱养殖会降低其对局部“圈定”区的总悬浮物浓度的影响。研究对漫湾库区和网箱养殖区总悬浮物浓度变化规律认识具有一定参考意义，后续将发展多源遥感数据的水质参数遥感估算模型，用于漫湾网箱养殖区水环境变化规律的认知。