地下水污染溯源辨识是指利用监测井的观测数据对污染源信息进行识别。然而，在应用模拟-优化方法进行溯源工作时，多次运行数值模拟模型会带来较大的计算负荷；在利用传统粒子群算法求解优化模型时，易陷入局部极值点，严重影响辨识结果的精度。研究基于假想算例，应用模拟-优化方法，将模拟模型作为等式约束条件，以模拟输出值与实际观测值之间的偏差极小化作为目标函数，连同其他非负约束条件建立优化模型，对三个潜在污染源的释放历史及渗透系数进行了联合识别。通过训练BP神经网络，建立数值模拟模型的替代模型，以缓解沉重的计算负荷；为了避免求解优化模型时陷入局部极值，研究提出了一种自适应权重算法，增强了传统粒子群优化算法跳出局部极值点的能力，识别结果表明：①运用BP神经网络所建立的替代模型能够很好地近似模拟模型的输入-输出关系，拟合精度达到0.99，且运行速度明显快于数值模拟模型，证明了其可以代替数值模拟模型嵌入优化模型中进行污染源溯源辨识工作；②同运用传统粒子群优化算法相比较，运用自适应权重粒子群优化算法，对优化算法的参数和迭代终止条件进行调节，可以有效地提高算法的收敛速度和计算效率，收敛得到的最优解的相对误差基本小于5%。

通过对坡面侵蚀过程进行分段观测，获得不同侵蚀阶段的坡面侵蚀沟形态三维扫描数据，分析不同阶段的侵蚀沟道宽、深变化情况，对坡面侵蚀沟道由细沟到浅沟的发育过程进行研究。研究结果表明，在降雨初期，侵蚀沟道的宽度明显大于深度，初期侵蚀沟横断面为宽浅形态；随着降雨历时的增加，侵蚀沟平均深度增加的速度快于平均宽度增加的速度。在细沟向浅沟的发展过程中，先出现宽度突破细沟上限（20 cm）的沟道，且所占比例随降雨历时增加而增加；深度大于20 cm的浅沟出现较晚。沟道发育过程中沟壁侵蚀速率较为稳定，沟底下切侵蚀随沟道深度的增加而减缓，导致在沟道发育过程中出现宽度超出细沟上限而深度达不到浅沟深度下限的过渡期沟道；由于径流主要集中于少数侵蚀沟中，绝大多数细沟不会发育成浅沟，这些细沟或者被吞并，或者长时间保持在缓慢的细沟发育阶段，只有极少数的细沟能够最终发育为浅沟，其最大占比仅为2.3%。浅沟出现后，坡面径流更多地汇集到浅沟，更多的侵蚀集中于浅沟的边壁侵蚀和下切侵蚀，坡面其他位置的细沟侵蚀减弱，造成总体侵蚀速度下降，坡面产沙量减少。

开展流域降雨输沙变化特征及入黄泥沙变化趋势研究对于黄河防洪减淤体系布局和治黄方略确定都具有重要意义。选取黄河中游佳芦河、湫水河、延河和马莲河4个流域，基于长系列水文数据对不同时期流域有效降雨和分级降雨与输沙量变化关系进行分析，探讨了现阶段极端降雨条件下流域控制站的可能来沙量。结果表明，4个流域年有效降雨量呈阶段性变化特征，近期有效降雨量较多年均值均有所偏大；现状期河龙区间3个流域有效降雨量与输沙量关系较基准期发生明显变化，产沙能力显著降低。4个流域现状期不同量级雨量对输沙的影响较基准期均大幅下降，佳芦河、湫水河和延河强降雨和高强降雨输沙占总输沙量比重由基准期的38%~46%增大至现状期68%以上，强降雨仍是输沙的主要动力。马莲河有效降雨与输沙关系未发生显著变化，分级降雨量对输沙影响减幅小于河龙区间流域，降雨侵蚀强度风险没有明显减小。基于水文频率分析和历史实测极端降雨组合设计极端降雨，计算得到极端降雨条件下现状下垫面佳芦河、湫水河和延河未来最大可能来沙量分别为0.27 亿、0.25 亿、0.30 亿t，与基准期相比减沙效益为83%~91%；马莲河由于沟道崩塌或滑坡产沙占比增大及治理措施有限，减沙比为48%，极端降雨条件下现状期可能来沙量仍达1.5 亿t以上。

红树林群落是独特且重要的生态系统，近年来在人类活动的影响下发生了明显的时空变化。本研究利用长序列卫星遥感数据研究了过去30年间深圳湾红树林群落的演变过程，并结合实测地形资料，分析了人类活动对红树林群落的影响。研究结果表明：深圳湾红树林群落面积从1988年的259.6 hm²快速增加至2017年的527.1 hm²，但面积变化存在显著时空差异。香港米铺保护区内红树林面积持续增加，占红树林面积总增加量的81.8%，而福田保护区内红树林面积则在毁林和人工补种影响下表现出先减小、后增加的变化特点。深圳湾围垦工程实施后内湾淤积明显，通过创造额外适宜滩地促进了红树林群落向海扩张，而深圳河治理工程实施后入海水沙通量改变导致内湾发生冲淤调整，进一步对红树林群落分布产生影响。相关分析显示深圳湾围垦工程和深圳河治理工程可以分别解释了78.4%和8.5%的红树林面积增加。

跨流域调水工程生态补偿是解决工程水源区和受水区之间水资源生态环境保护与经济协调发展的有效途径。基于演化博弈理论，构建跨流域调水工程生态补偿演化博弈模型，对水源区和受水区地方政府及上级政府三者之间的利益诉求与补偿行为进行分析，并结合具有复杂博弈关系的南水北调东线工程生态补偿实证进行研究。研究表明：在无上级政府监管下的跨流域调水工程水源区和受水区难以实现最优稳定均衡策略（水源区保护，受水区补偿），只有引入上级政府监管，建立约束激励机制才能实现最优稳定均衡策略，达到社会效益最优；此外，引入加权移动平均法测得南水北调东线工程水源区2014-2019年的排污权，明晰了水源区污染排放的变化情况，基于排污权交易法确定水源区整体2014-2019年的生态补偿标准分别为0.26、1.13、3.98、5.07、4.21、3.28 亿元，补偿标准随着调水量的变化而变化；在此基础上确定了2014-2019年南水北调东线工程实现最优稳定均衡策略时生态补偿的约束激励范围，明确了上级政府给予水源区或受水区单方不履行义务博弈方的处罚越大，越容易实现最优稳定均衡策略，约束激励资金不低于水源区生态环保投入的两倍和受水区生态补偿费用是实现最优稳定均衡策略的必要条件，为南水北调东线工程生态补偿机制的构建提供决策依据和思路方法。

以嘉兴市平湖塘及其周边河道水域作为研究区域，以水体中氨氮、BOD5含量作为水质指标，应用MIKE21建立平原河网水动力水质耦合模型，模拟了污染物在河网模型中的迁移扩散过程。通过对不同工况下的事故排放过程进行分析，得出在一定条件下，污染物在单位时间内的扩散面积与扩散时间呈明显的线性关系；在其他条件相同的情况下，污染物在相同时间内的扩散面积与事故排放浓度呈四次相关关系。研究表明，在保持排放总量不变的情况下，污染物的排放模式与排放浓度对扩散面积起决定作用，相同总量的污染物若采用高浓度排放，则对环境影响程度呈指数级上升。

构建模拟降雨产流径流小区，以裸露土壤径流区为对照系统，考察以百慕大、高羊茅、白三叶为植被的草地过滤带对降雨水力侵蚀形成的地表径流中的悬浮固体和氮磷的截留效果。结果表明：草地过滤带径流出水中除NO₃ ^--N浓度与对照系统无显著差异外，SS、NH₄ ⁺-N、TN、TDP、TP和COD_Mn浓度均显著低于对照系统，其中，SS浓度平均减少80.80%，NH₄ ⁺-N浓度平均减少12.23%，TN浓度平均减少39.33%，TDP浓度平均减少12.46%，TP浓度平均减少61.44%，COD_Mn浓度平均减少83.34%。草地过滤带对不同类型污染物的截留效果存在差异，过滤带对颗粒态污染物SS和COD_Mn拦截率高于溶解态污染物NO₃ ^--N、NH₄ ⁺-N和TDP，对较强吸附性污染物NH₄ ⁺-N和TDP拦截率高于弱吸附性污染物NO₃ ^--N，TN和TP中颗粒态组分比例越高，其拦截率越高。

遥感影像中地物复杂多样，为得到较高精度的河流区域信息，弥补单一特征河流提取适用性受限的局限，提出一种融合纹理、光谱和形状特征的河流区域提取方法。首先选取图像红外通道作为输入，根据纹理特征计算灰度共生矩阵，并选取灰度共生矩阵统计量中的角二阶矩图作为处理对象；接着根据光谱特征对角二阶矩图进行最大类间方差（OTSU）计算获取二值图像；然后进行连通域标记，根据几何特征构建特定滤波器以滤除非河流噪声，最后生成精度较高的河流流域图。处理的河流遥感影像中包括了林地、城市、山地、耕地等不同类型的区域，通过与经典算法的对比验证，提取结果显示该方法能够提高河流流域提取的精确度和完整度。

准确获取河床沉积物的渗透性能及其空间分布规律，可为刻画河流与地下水之间的水量转化以及采取科学的措施改善和维持流域生态环境提供科学依据。采用原位竖管试验法获取了和田河干流下游河段河床沉积物垂向与水平向渗透系数，并采用基于土壤转换函数的人工神经网络模型预测了沉积物的综合渗透系数，对研究河段沉积物渗透系数的空间变异规律开展了系统的研究。结果表明：①试验获取的垂向渗透系数平均值在0.81～2.77 m/d之间，水平向渗透系数在4.32～10.37 m/d之间，综合渗透系数平均值在0.54～1.30 m/d之间；各测点河床沉积物水平与垂向的各向异性比平均值在3～9之间，最大值达9.09，反映出在河床沉积物剖面上呈显著各向异性。②沿河床纵断面自上游至下游方向，K_{v 平均值}与K_h 整体上均呈增大的趋势，K_s 平均值呈先增大后减小的趋势，河床沉积物各向异性比整体呈降低的趋势。③河流水动力条件通过塑造河床的冲淤状态及沉积物颗粒排列组合特征，进而影响河床沉积物的渗透性能，研究河段河床沉积物的颗粒排列组合结构特征对渗透系数的影响较为显著，河床表层的淤积泥膜层显著降低了河床沉积物的垂向渗透性能，是引起各向异性的主要原因。

水、能源和粮食三大资源系统紧密关联，具有重要的纽带关系，三者的耦合协调发展关系国家资源战略安全与可持续发展。为探究高耗能地区水-能源-粮食（Water-Energy-Food，WEF）系统耦合协调发展水平，设计了包含三层24个指标的综合评价体系；结合熵值法和层次分析法优化指标权重，基于耦合协调模型和空间探索性分析对河北省WEF系统的耦合协调度的变动趋势和空间分布特征进行测算；从时间维度对比分析系统整体和子系统的发展特征，从空间维度对河北省11个城市的耦合协调度进行空间自相关检验，探索空间集聚模式。研究结果表明：河北省WEF系统综合评价指数在区间0.42~0.58内小幅度，增长缓慢且长期处于中等发展水平，WEF系统整体及两两子系统的耦合度值接近1，说明子系统间高度耦合；系统整体的耦合协调度在0.64~0.73区间内水平波动，WEF系统正由初级协调发展阶段向中级协调发展阶段过渡，水粮系统的耦合协调水平最高已进入高度协调阶段，水能系统和能粮系统耦合协调发展水平较为落后； 在耦合协调度的空间分布上，河北省东北地区为低低集聚，中部地区为低高集聚或高高集聚，其余大部分城市的耦合协调度未呈现显著的空间集聚特征，其空间分布具有随机性，说明除了地理空间距离，WEF系统耦合协调度还受到各城市的产业结构特征和自身资源优势等因素的影响。

我国农业水权市场发展迅速，但目前农业水权交易的数量和规模均较小，农业水权交易局限在部分区域。揭示农业水权交易的驱动机制对建设活跃的农业水权市场具有重要意义。农业水权交易的驱动机制尚缺乏系统的分类方法，不能有效判别农业水权交易驱动机制的类型和特征。为此，从农业水权交易主体的交易需求和交易激励两个角度构建了农业水权交易的驱动机制分类框架。将交易需求分为水权分配差异需求、灌溉用水差异需求、生态恢复需求和经济发展需求四类。将交易激励分为水权约束激励、用水成本节约激励和水权回购激励三类。组合交易需求和交易激励得到九种农业水权交易驱动机制类型。基于该方法分析了我国农业水权交易典型案例的驱动特征，进而梳理了农业内部水权交易和行业间农业水权交易的驱动路径。结果表明，水权约束型农业水权交易的行政成本较高，仅适用于水生态严重恶化地区。水权回购型农业水权交易因财政压力较大而难以持续。成本节约型农业水权交易能产生足够的经济激励，是最有发展潜力的农业水权交易类型。该研究可深化对我国农业水权市场的认识，可为进一步定量研究农业水权交易的驱动机制和交易潜力提供基础，为不同区域建设适宜的农业水权市场提供参考。

针对西北地区水资源严重短缺和水环境污染等问题，为探究五省区水资源承载力状况，基于“水资源-经济-社会-生态环境”框架模型构建了西北五省区水资源承载力评价指标体系，运用熵权TOPSIS模型和耦合协调模型定量评价2004-2019年西北五省区水资源承载力时空演化过程及子系统间的耦合协调性，引入障碍度模型得出西北五省区水资源承载力提升的障碍因素。结果表明：2004-2019年间，西北五省区水资源承载力水平呈缓慢提升态势，由水资源短缺状态转变为水资源合理状态；水资源承载力省际空间上差异性明显，青海和陕西水资源承载力水平较高，但省际间差距呈现逐年缩小的良好趋势；水资源、经济、社会、生态环境子系统承载力发展水平均呈现逐年增长趋势，水资源和生态环境子系统承载力发展水平滞后于经济和社会系统；西北五省区水资源承载力子系统间处于耦合度高、良好协调阶段，五省区发展水平省际空间上表现为比较均衡局面；人均水资源量、产水模数、有效灌溉率、水土流失治理面积、自然保护区面积占比表是阻碍西北五省区水资源承载力提升的主要障碍因素。研究表明西北五省区水资源承载力水平和系统内部协调性目前处于较高水平，整体向着健康、协调均衡的方向不断推进，同时在水资源管理和区域用水方式转变等方面仍有较大的提升空间。

利用集合经验模态分解和Mann-Kendall突变检验等方法，对珠江三角洲顶部分流节点马口站、三水站及其上游控制站点梧州站、石角站1959-2020年实测水文资料进行分析，研究了关键节点地貌演变及径潮动力变化影响作用下顶部节点的分流特征、相关性及趋势变化。研究表明：三水站年均分流比于1988年突变、洪季平均分流比于1991年突变，枯季平均分流比无显著突变现象，但受珠江三角洲大范围地形下切，特别是关键节点地貌剧烈变化及其造成的径潮动力调整的影响，2010-2020年较2000-2010年枯季珠江三角洲顶点分流呈现不稳定性加剧的情况；三水站与马口站洪季分流比存在较强相关性，且2005年前后开始呈现增强的趋势，年均相关性增加约0.001 6，相反三水站与石角站、梧州站则始终呈现减弱的趋势，年均相关性分别减弱-0.004 7、-0.003 3，三水站分流受马口站影响逐年加剧；三水站与梧州站、石角站、马口站相关系数的变化均存在不足5个月和约1年的高频变化周期，且三水站的分流比呈现出比其余三站更为明显短周期变化，且存在洪枯季和年际变化的差异化特征；长期来看，无论从年均亦或洪枯季，三水站分流比均呈现增大的趋势，马口、三水站分流均匀性不断增强。目前，珠江三角洲顶部节点的分流已由单纯的径流作用变为径潮共同作用的复杂过程，潮波动力因子对于三角洲顶部节点分流的影响已经不容忽视。

泾河流域地处黄土高原中部，是中国农牧业文明的发祥地之一，研究该流域的蓝绿水变化规律对黄土高原地区的水资源分配和水循环利用提供了重要思路，为最终实现“黄河流域生态保护和高质量发展”总体目标提供保障。基于SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型和SUFI-2算法，首先分析泾河流域典型年份下蓝绿水资源量空间分布差异，其次采取情景设置法，分别固定气候要素和土地利用要素来设置情景，从而定量分析气候变化、土地利用变化等2种驱动因子对泾河流域蓝绿水变化的影响。模拟结果表明：① 采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法确定典型年份：1997年为枯水年、2010年为平水年、2003年为丰水年。② 丰水年的蓝绿水量最为丰富：丰水年的蓝水量是枯水年的5.4倍、平水年的1.8倍；绿水量是枯水年的1.4倍、平水年的1.1倍；枯水年的绿水系数最高，丰水年的绿水系数最低。③用Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法和累积距平法3种方法对1979-2019年张家山水文站径流进行突变分析，结果表明1996年是张家山水文站径流的突变年份。④1979-2019年，土地利用变化对泾河流域蓝绿水时空分布影响较小，气候变化下影响较大：蓝水量、绿水量分别增加了1.97、21.48 mm，绿水系数升高了0.52%，两者共同变化作用下与气候变化作用下的蓝绿水变化趋势一致，由此表明气候变化对泾河流域蓝绿水资源量有更强的影响力。

探究气象水文干旱传播规律对水文干旱的提前预警和减灾具有重要意义。基于赣江流域1960~2018年逐月降水量、气温和径流量资料，分别计算不同时间尺度上的标准化降水蒸散发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）、标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）和标准化径流指数（Standardized Runoff Index，SRI），利用游程理论和Copula函数条件概率方法对比分析气象水文干旱特征及其干旱传播规律。结果表明：赣江流域年和季节尺度上的气象干旱与水文干旱变化过程相似，变化趋势一致，干旱指数反映流域春旱和冬旱呈现加重趋势，而夏旱和秋旱呈现减弱趋势，SPEI指数描述的夏旱强度要重于SPI和SRI指数，而反映的冬旱强度则弱于其他两种干旱指数；SPEI和SPI评估的赣江流域气象干旱事件分别为87和75次，SRI评估的水文干旱事件为65次，虽然气象干旱事件多于水文干旱，但水文干旱事件有着更长的历时和更高的烈度；干旱传播时间年内波动较大，雨季传播时间在1~2个月间，而在旱季干旱传播时间最长可达6个月，气温对干旱传播时间的影响在11月和12月最为明显；流域气象水文干旱的最优联合分布函数为Frank-Copula，气象干旱条件下，引发水文干旱事件的概率随着气象干旱加重而升高，同时气温影响下气象干旱引发水文干旱事件的阈值更高，并更倾向于引发烈度更强的水文干旱事件。研究结果有助于流域水文干旱事件的早期监测和预警。

洪水预报作为非工程措施是防御并减少洪涝灾害的重要手段和关键环节。水雨情自动测报系统的不断完善为洪水预报中水文信息的获取奠定了基础性工作，降水作为洪水产生的关键因素之一，降水预报技术的发展与应用为洪水预报发展提供新的动力，面向洪水预报的水文模型从降雨-产流等方面解释洪水产生的过程，丰富了洪水预报的方法，陆气耦合模型的发展为洪水预报进一步提高精度和预见期指明了新的方向。随着以上技术的不断发展与完善，洪水预报精度不断提高，从水雨情自动测报系统研究进展、洪水预报中降水预报应用进展、洪水预报水文模型研究进展、陆气耦合模型研究进展四个方面系统阐述目前洪水预报精度的研究进展，并对洪水预报今后的发展方向和研究热点做出展望，水雨情自动测报系统急需引入新的理论技术和非接触式设备等，增加信息的密度和强度，洪水预报的发展以及人工智能在洪水预报研究和实际工作中的应用实践，已经为洪水预报技术的突破提供了有力支撑，陆气耦合技术由单向耦合向基于物理概念的双向耦合发展，单站观测及模拟气象数据驱动向结合遥感和四维同化方向发展，为今后的提高洪水预报精度研究提供参考。研究成果可为水文、水库调度科技工作者提供技术参考。

为实现人水和谐及经济社会的可持续发展，研究区域水资源承载力具有重要意义。基于系统动力学模型，结合区域水资源系统特性设计了水资源承载力评估模型（Water Resources Carrying Capacity Evaluation Model based on the System Dynamics Model, WRCC-SEM），包括经济社会模块、水资源压力模块、水资源支持力模块、水资源承压分析及承载力计算模块4个子模块。以遵义市主城区为研究区，构建了遵义市主城区WRCC-SEM模型，并以研究区统计数据对模型进行真实性检验，进而对遵义市主城区未来水资源承载力进行评估及分析。结果显示，模型2015-2019年模拟值与相应的统计值基本接近，各年相对误差绝对值均低于15%，证明了模型结构的合理性及模拟的有效性；从水资源潜在的承载力来看，遵义市主城区水资源量可支持经济社会的发展；从工程可供水量的角度，2020-2035年期间，遵义市主城区包括2035年在内的部分年份由于工程性缺水，水资源承压关系为超载，经济社会发展将受限。为提高区域水资源承载力及协调水资源与经济社会发展之间的关系，管理者需合理布局水源工程规模及投产时序。

工程性缺水是水资源短缺的主要类型之一，为解决工程性缺水地区水资源短缺评价方法的不足，以及评价体系中存在的指标不健全和适应性问题，引入基于GIS数据的工程供水先天条件指标和分级标准数据分析矩阵，采用改进的TOPSIS模型，对海南岛本岛17个市县进行了工程性缺水限制性评价，同时构建障碍度模型进行工程性缺水的限制因子分析。结果表明，海南本岛大部分市县工程性缺水评价等级不高，文昌、定安、屯昌、澄迈、临高和昌江等约1/3的市县贴进度评级为“较差（Ⅱ）”等级，其存在着较明显的工程性缺水问题。障碍度模型分析表明，障碍度最低的为产水模数，表明海南全岛水资源的支撑能力较强，障碍度排名靠前的因子主要有河流坡降、万元GDP用水量、单位面积耕地灌溉用水量、万元工业增加值用水量和河网密度，表明工程供水能力相对较弱，水资源需求压力较大。进一步的空间差异分析表明，海南岛中部和南部市县的河流坡降障碍度最高，工程性取水难度较大，评价等级为“较差”的市县主要限制因子体现在万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、单位面积耕地灌溉用水量等用水效率指标上。研究构建的工程性缺水限制性评价方法和指标体系，可为工程性缺水地区水资源短缺评价方法提供补充，障碍度模型可为解决工程性缺水问题提供参考途径。

引调水工程和城市供水工程管道系统阻塞会引起额外的能量损失和水质问题，因此管道阻塞的精准模拟与检测极为重要。有限体积法Godunov格式可以有效避免特征线法在插值或波速调整时引起的数值耗散或色散问题。首先建立了局部阻塞和管段阻塞数学模型，并提出了Godunov求解格式。通过与已发表论文计算结果和实验数据对比验证所建模型的准确性，并根据波传播理论分析了管道阻塞压力变化原因，给出了相应阻塞参数识别方法。参数敏感性分析结果表明，管道运行流量、损失系数和位置均会影响局部阻塞反射压力，阻塞量和阻塞长度均影响管段阻塞压力波动周期。

针对感潮泵站供水模式下的调度需求，提出了一种实时优化策略。首先将泵组通用特性曲线转换为可插值的数据集，利用三维插值方法构建了泵组运行的数学模型，然后将优化时段离散处理，构建目标时段泵站运行的状态矩阵，最后将开机时长、开机台数、叶片角度限定在可行解集内，采用遗传算法求最优解。该策略支持优化时段的自由选取以及可行解集的自由定义，贴合工程运行调度的实际需求，算例表明，该方法求解快速，结果合理，能够满足感潮泵站实时优化调度的需求。

针对大石涧水库工程上下游水位落差大、坝址区开阔、消能段河谷狭窄的特点，依据数值模拟分析调整挑流鼻坎各项参数，通过整体物理模型试验验证，确定溢流坝设计采用一种舌瓣鼻坎挑流新体型。试验表明：舌瓣新型消能工，通过3个不同半径的舌瓣来调整水流落点，增加了水舌挑距，避免了水舌集中冲刷河床，减轻护坦基础冲刷及两岸淘刷强度，消能防冲效果最佳。

沙土质地粗、保水能力较差，不利于植被存活，改善颗粒级配能提高土壤的持水能力，促进植被重建。为改善沙土的持水能力寻找合适的比例，研究进行0~50 μm膨润土和150~200 μm沙粒的混合实验，测量混合土壤容重、土壤含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤累积蒸发量，分析膨润土含量对沙土持水能力的影响。结果表明：膨润土的添加显著降低了土壤容重和非毛管孔隙度，增加了土壤的总孔隙度和毛管孔隙度，提高了土壤的持水能力。与对照组相比，膨润土的添加使土壤饱和持水量增加，累积蒸发量减小，蒸发时间显著延长，土壤的保持水分能力得到增强，更有利于植物吸收利用。随着膨润土比例的增加，土壤饱和持水量表现出逐渐增加的趋势，累积蒸发量表现出逐渐减小的趋势。该研究结果可为我国西北干旱区沙土的生态修复提供技术支持。

在我国重视生态文明建设和“双碳”目标的新背景下，研究土地整治项目的碳效应越来越受到重视。基于碳效应理论，从工程施工碳效应、土地利用结构碳效应和农田管护碳效应3个方面构建土地整治碳效应分析模型，以河北省景县整治项目为例，采用物料衡算法、生态系统类型法等对土地整治项目的碳效应进行测算，对研究区进行碳盈亏平衡分析，计算达到碳盈亏平衡点的时间。研究结果表明：①工程施工的碳排放总量为8 988 t，其中防护林碳汇量197 t，净碳排放量为8 791 t，碳排放主要来源是石灰和混凝土；②土地利用结构的碳汇增量为1 611 t，主要来源于耕地和园地面积的增加；③农田管护碳效应中，农田生态系统的碳汇增量为2 662 t，主要在于农作物经济产量的提升。耕地面积增加，相应的农业投入随之增加，由此导致农业耕作产生的碳排放量增加111 t；④土地整治工作并未对生态环境造成消极影响，且研究区达到碳盈亏平衡点的时间为2.06 a，即自项目完成时起，经过2.06 a可以抵消掉由工程施工产生的碳排放。

受气候、土壤和灌排条件等因素影响，安徽淮北平原是典型的旱涝交替发生区。排水干沟是淮北平原农田主要排水工程，通过对排水干沟的合理控制，适当抬高沟水位和地下水位，有助于实现旱涝综合治理。结合MIKE模型，以淮北平原区干沟控制区域为单元，研究小流域尺度的排蓄控制对农田水资源的调控效应以及对作物生长的影响，结果表明：在淮北平原区利用干沟节制闸进行排水、蓄水控制可有效抬升沟水位和地下水位，但抬升的幅度应根据降雨及作物种植结构进行合理控制，以节制闸为控制工程的干沟，汛期（6-9月）沟水位控制应以除涝降渍为主，沟水位应低于地面平均高程1.2 m以上，最高蓄水位按设计蓄水位控制，闸前水位低于设计蓄水位1.5 m时可关闸蓄水；非汛期（10-5月）沟水位控制以蓄水为主，最高蓄水位可超过设计蓄水位0.5 m，闸前水位低于设计蓄水位0.5 m时即可关闸蓄水。

调节节制闸开度可达到控制分水口水位、按需配水的目的，通过梯形渠道不同来流量、不同节制闸开度下节制闸及矩形分水口流动特性试验，观测节制闸上下游及分水口附近水深、流速等水力要素，分析了主渠道沿程水面线的变化规律；基于量纲和谐原理，建立了流量系数与闸门开度和闸前水深的关系式。结果表明：不同来流量下，水面线均呈先降低再小幅升高的趋势，在分水口下游段形成壅水。当来流量在25.35~39.70 L/s变化时，自由出流时，闸孔出流和堰流的临界值出现在闸门开度为11~14 cm，相对闸门开度e/h变化范围为0.792~0.823，与理论值0.65存在差异。不同来流量下，流量系数与傅汝德数呈反比关系，相对闸门开度对流量系数的影响大于傅汝德数对流量系数的影响。建立闸门开度e和闸前水深h与流量系数m的关系式，平均误差为0.73%。不同来流量下分流比随相对闸门开度的增大而减小，且小流量下闸门开度对分流比的影响较小。本研究对指导灌区合理水量分配及调控具有重要意义。

为明确魏村枢纽扩容改建工程泵站的双向立式轴流泵装置的水力特性，对该泵站的泵装置物理模型开展了能量性能、空化性能及飞逸性能的试验和泵装置内流场的数值分析。结果表明：在叶片安放角-8°~ +4°时，泵装置最高效率为74.26%，此时叶片安放角为-6°、泵装置扬程为3.981 m；在泵装置扬程2.72~5.25 m范围内模型泵装置运行平稳，无明显不良噪音和振动。在最大泵装置扬程5.25 m、叶片安放角+2°时，水泵的淹没深度满足最大必需汽蚀余量9.35 m的要求。在叶片安放角-8°时，原型泵的飞逸转速是其额定转速的1.705倍。箱涵式双向出水流道的水力损失是影响此类泵装置水力效率的主要因素。

水电机组机械振动状态是其稳定性重要体现，开展基于开机动态过程的水电机组机械振动状态评估十分重要。首先针对开机过程转速快速动态变化的特点，提出了基于硬件阶次跟踪与阶次分析的变转速动态信号幅频特征提取方法，构建了振动峰峰值趋势及特征频率幅值趋势两种机械振动状态样本；其次，引入数据挖掘中距离度量方法，构建了基于单元峰峰值及多元特征频率能量占比变化趋势的机械振动状态评估关键性能指标。对某水电站机组大修后数据进行验证分析，结果表明该方法可以有效地跟踪监测评估机组机械振动状态变化趋势，并可在其开机早期发现可能存在的安全隐患，为机组的安全稳定运行提供指导。

水轮机长期运行在低负荷区域，会导致水电机组出现振动大，水流流态不良等情况，继而导致转轮叶片出现裂纹、机组发生汽蚀。为了探究机组内部不同部位的流动特性以及压力脉动特性，对某电站混流式水力发电机组进行三维建模，基于雷诺时均N-S方程，采用标准SST k-ω湍流模型，对额定工况以及低负荷工况（45％额定工况）进行定常和非定常求解计算。结果表明：低负荷工况下，导叶内流体的流动情况较差，主要是因为导叶开度的变化使水流不能够充分进入到转轮中，转轮上冠附近压力变化较乱，没有按规律减小，能量转换情况差，从而导致效率降低。由压力脉动结果可知：活动导叶处的最大振幅为固定导叶处最大振幅的3倍以上，说明越靠近转轮处，动静干涉的作用越明显；转轮内的最大振幅为导叶处最大振幅的数倍；低负荷工况下的压力脉动振幅大多时候比额定工况下的最大振幅高很多，说明低负荷工况下的稳定性较差。本文的结果为混流式水轮机组低负荷安全运行范围设定提供一定的理论基础。

电磁干扰是影响水电站监控系统可靠性的重要因素之一，会影响水电站的安全、稳定运行。针对以上问题，研究计及小信号水电机组监控设备电磁干扰检测方法，首先分析电磁干扰小信号稳定特征的识别方法，利用UHF法与高频电流法寻找小信号特征，为干扰信号的采集奠定基础；其次研究了采集电磁干扰信号的方案，以建立数据采集卡为基础，安排小信号与其关联；再次是对电磁干扰信号进行等级划分和检测平台的模拟，根据不同等级的电磁干扰信号来匹配相应的检测模拟平台，精准记录小信号稳定数据；最后采用对比实验的方式，验证基于小信号稳定的电磁干扰检测方法相比传统方法在检测精准度方面提升了3.5%左右，为水电机组监控设备电磁干扰信号的寻找提供了更加精准的方案。

拱坝是重要的高坝坝型，体形复杂，在横纵和竖直方向的剖面均不相同。拱坝的BIM建模、浇筑仓建模和施工单元体形提取等任务涉及的体形参数多、分块条件繁杂、数据量大。以数字孪生技术为基础应用框架，基于CATIA二次开发，提出了坝体参数化建模、施工分块建模及其体形参数提取方法。在分析坝体施工单元参数化逻辑的基础上，建立坝体模型剖切方案，利用CATIA Automation API接口，在C#编程环境下实现拱坝参数化建模以及模型剖切与施工单元构建。模型能够获取施工单元的表面积、体积与角点空间坐标等属性参数，并可依据施工期工程管理需求动态更新，为复杂拱坝模型施工单元剖切、体形参数分析提供了高效易用的工具，同时对坝体施工进度和强度仿真提供数据和模型支持。

在初设截流方案基础上，对澜沧江TB水电站进行了截流物理模型试验及数值模拟研究，确定了不同工况截流时所需的抛投料粒径和抛投强度，提出了截流推荐方案。由于实际截流施工时导流洞分流条件较差，采用数值模拟分析后可知，上游电站不同下泄流量下，截流难度都将大大增加。TB水电站与上级电站属于同一流域梯级公司，通过上级电站实施停机控泄，将下泄流量降低，最大程度上降低了截流难度，保证了截流的顺利实施。研究成果表明：模型试验与数值模拟相结合的分析方法可对截流工程的实施提供科学决策依据，配合流域梯级开发中上下游电站的“控泄助截”模式，可为类似工程的设计与实施提供成功实例参考。

目前使用较广泛的基于COMTRADE模型的数据融合策略，受到多元异构冗余数据影响，且数据融合安全性难以保证。为了解决该问题，提出了水电厂跨区数据融合安全策略及方法研究。引入二进制变量和协方差阈值，构建干扰事件判断矩阵；再设计基于事件驱动的滤波处理流程，减少冗余事件的传输。使用双向同时搜索、互相协调的方式，设计基于改进粗糙集的数据融合流程。在此基础上，构建水电厂跨区数据安全融合体系，依据物化视图数据同步方式、触发器方式捕捉数据方式，实现了水电厂数据跨区安全融合。该方案具有完善的理论支撑和实践指导意义。

水轮机转轮叶片出水边开口不均匀，常常导致径向水推力（又称为水力不平衡力）的产生，引起水轮发电机组振动。以非对称翼型NACA2415为研究对象，在雷诺数为0.5×105到3.5×105的范围内，采用SA一方程紊流模型对 NACA2415翼型非恒定绕流进行CFD数值模拟。根据数值模拟仿真数据，拟合得到翼型升力系数和升阻比随攻角变化的拟合公式，并根据儒可夫斯基定理，建立适用于非对称翼型水力不平衡力的非线性动力学数学模型。进而根据拉格朗日方程建立水机电耦合故障下水轮发电机组非线性动力学数学模型。然后通过MATLAB对该模型进行计算分析，研究不同雷诺数下水轮发电机组随叶片出口安装角偏差变化的混沌分岔图。结果发现随着叶片出口安装角偏差增大，水轮发电机组轴心坐标会出现分岔和混沌的不稳定现象，同时随着雷诺数的增大，分岔和混沌现象加剧。表明在高雷诺数情况下，水轮发电机组更容易产生振动和运行不稳定现象，据此得到了在不同雷诺数下，水轮发电机组随叶片出口安装角偏差变化的稳定运行范围。上述研究结果将有利于水轮机的优化设计，并对水轮发电机组安全运行提供参考依据。

为了保证水电厂网络运行安全，针对现有水电厂网络入侵检测系统存在的检测功能和运行性能差的问题，利用威努特网络威胁感知技术，从硬件、数据库和软件功能3个方面实现系统的优化设计。在系统硬件方面，以改装网络流量采集器、网络数据处理器，加设威努特网络威胁感知器作为网络威胁感知技术的运行环境，完成系统硬件设备的优化。再从攻击规则库、应用识别规则库、URL过滤库、病毒库四个方面构建系统数据库表，根据数据之间的内部关系实现数据库表之间的连接。设置水电厂网络入侵检测标准，利用采集器设备捕获水电厂网络流量数据。提取水电厂网络流量数据中的密度、增益等特征，利用威努特网络威胁感知技术识别网络入侵事件。结合入侵事件识别结果，通过特征的匹配，输出包含网络入侵状态、入侵类型等信息的检测结果。系统测试结果表明：优化设计系统比传统网络入侵检测系统的入侵次数检测误差低2.8，类型检测错误率低2.3%；且系统的最大并发连接数和吞吐率更高，即设计系统的入侵检测功能和运行性能更加具有优势。

目前国产化水电站计算机监控系统报警方法存在报警有效率低、误报率高、报警效率低等问题，难以保证系统正常运行。为保证国产化水电站计算机监控系统的安全稳定运行，以故障解列装置这一核心设备为例，提出了一种新的国产化水电站计算机监控系统异常行为报警方法，以时间序列为基础，通过构建时间序列符号转换模型描述采集装置运行时间序列数据的形态特征，结合特征识别技术和异常行为检测技术对装置的运行状态进行精准判断，预设报警线实现自动报警。实验结果表明，该报警方法的自适应能力强，平均有效报警率为94%，平均误报率为8%，报警效率约为7.8个/s，具有较高的报警性能和应用价值。