为科学有效地量化流域供水效益和为流域高质量发展规划提供参考，基于能值分析理论，提出了分行业供水效益能值量化方法体系，包括水资源生态经济价值计算与供水效益计算，获取多对象分行业供水效益，在此基础上，应用Moran? I指数和LISA指数进行空间自相关分析，解析空间供水分布规律。以黄河流域56个供水城市为研究对象，计算了黄河流域各地市工业、农业、生活和总供水效益，分析了区域间各行业供水效益的空间分布特征和关联关系。结果表明：①黄河流域分行业水资源生态经济价值在数值上表现为生活＞工业＞农业，空间上呈现西低东高的趋势；②黄河流域工业、农业、生活和总供水效益分别为581.29、891.63、682.66和2 155.58 亿元，其中，位于黄河中下游的河南省和山东省的工业供水效益较高，宁夏、内蒙古和山东省的农业供水效益在本省的各行业供水效益中较为显著；③工业、农业、生活和总供水效益的Moran′ I指数分别为0.286、0.412、0.225和0.357，空间聚集性显著，“高-高”模式主要集中在中下游的河南山东段，“低-低”模式分布在上游的青海、宁夏地区，空间格局分布特征与区域经济发展水平、气候地理条件、自然资源条件、城市发展战略政策等因素相关。研究结果可为黄河流域水资源合理配置和引水结构调整提供参考。

黄土塬区土层巨厚，土壤入渗过程包括优先流和基质流，但其两流区入渗过程不同于山区等区域。目前，分布式水文模型在黄土高原应用时未考虑优先流对降雨入渗过程的影响，造成模型在黄土高原应用时模拟失真，精度较低，大大限制了流域分布式水文模型的广泛适用性。基于传统降雨入渗模型（Green-Ampt模型），研究通过引入总土壤饱和含水量和土壤总饱和导水系数，改进分布式水文模型，构建黄土塬区两流区WEP分布式水文模型。选择黑河流域作为研究区域，分别利用改进前、后的WEP模型模拟研究区的降雨径流过程，对比验证WEP模型改进后的适用性。结果表明：与传统WEP模型相比，通过考虑两流区影响：对于月径流而言，流域断面逐月径流量相对误差绝对值均小于0.05%，Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.69；而未改进模型的相对误差为0.06%~0.24%，Nash-Sutcliffe效率系数在0.66~0.70之间；改进后的模型率定期Nash-Sutcliffe效率系数由0.66升高至0.69，相对误差绝对值由0.24%降低到0.05%，在验证期内Nash-Sutcliffe效率系数由0.70提升到0.73，相对误差由0.06%减小到0.01%。针对日径流过程而言，模型改进后，Nash-Sutcliffe效率系数由-4.22提升到0.64，相对误差由57.17%降低到19.80%。通过考虑两流区对降雨入渗的影响，WEP模型对黑河流域断面月径流量以及日径流量过程的模拟效果明显改善，表明改进后的WEP模型在黄土塬区具有较好适用性，有助于增强对水分入渗过程的认识。

研究区域用水差异和影响因素。基于中国2019年31个省级行政区数据，计算各地区的用水效率。通过单因素方差分析和非参数检，分析中国用水效率的区域差异。进一步，采用典型相关方法研究万元国内生产总值用水、工业用水、城镇用水、农村生活用水、农田灌溉与耕地用水的影响因素。研究发现：①东北、华北、西北、西南、华中和东南沿海地区在以下四项用水效率指标的均值上存在显著差异：农田灌溉用水有效利用系数、人均城镇居民家庭生活用水、人均农村居民生活用水和用水效率总得分。对于用水效率总得分，华北地区显著高于其他区域，且仅有华北与东南沿海、华中、西南和西北之间存在显著差异，其他地区之间均无显著差异。②八项用水效率指标在6个区域上的排序，以及6个区域在八项用水效率指标上的排序都存在显著差异。③万元国内生产总值用水主要受经济社会发展水平、水行业资本投入和人文素质影响；工业用水和城镇用水主要受自然条件、水资源禀赋、可持续利用水平、劳动投入与水资源需求水平影响；农村生活用水主要受产业结构、水资源禀赋、自然条件影响；农田耕地与灌溉用水主要受产业结构、水资源禀赋、自然条件、可持续利用水平和水行业要素投入影响。区域差异对所有用水指标均有影响。

干旱具有影响范围广、持续时间长、造成损失大等特点，是最具破坏性的自然灾害之一。为了全面考察广东干旱的时空动态演变特征，利用广东86个国家气象观测站的月降水量和月平均气温，以及世界土壤数据库的土壤有效含水量计算得到帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index，PDSI），通过构建多参数干旱指标，对1979-2021年广东发生的大范围持续干旱过程进行识别。在此基础上，利用ERA5再分析资料对典型干旱过程的气象成因进行诊断分析。结果表明，通过定义区域干旱过程的面积指数、历时指数和烈度指数并设定相应阈值，可以动态识别空间上一致、时间上连续的大范围持续性干旱过程。1979-2021年广东共发生5次大范围持续干旱过程，分别为1980年11月-1981年2月、1998年12月-1999年6月、2002年2月-5月、2004年3月-2005年1月和2020年11月-2021年9月。广东大范围持续干旱过程的平均干旱历时为7.4个月，平均干旱面积指数为78.87%，平均烈度为-6.00。2020年11月-2021年9月的干旱过程是1979年以来广东影响范围最广、持续时间最长、干旱程度最严重的过程。不同过程中造成广东干旱的环流背景场及其季节演变有所不同，然而所有的环流异常最终都是通过影响冷暖气团的相互作用，或是削弱降水所需的动力条件或水汽条件，从而导致大范围干旱的长时间维持。研究结果可为广东地区干旱演变机制及防旱减灾工作提供重要参考。

为探究黄河流域降水变化特征，选取黄河流域92个气象站1960-2015年逐日降水资料，采用创新趋势分析方法、Mann-Kendall检验和Sen's斜率法分析了黄河流域年季尺度降水量变化特征。结果表明：黄河流域年降水量整体呈现出东南多西北少的空间分布格局。从时间变化上看，黄河流域年降水量整体呈现下降趋势。在季节尺度上，黄河流域春、冬季降水呈增加趋势，而夏、秋季降水呈下降趋势。黄河流域春季轻度降水无显著变化趋势，黄河中游和下游夏季轻度降水呈下降趋势，黄河流域秋季轻度降水呈下降趋势，黄河流域冬季轻度降水呈上升趋势。夏季强降水在黄河上游呈10%左右的下降趋势，在黄河中游呈5%左右的上升趋势。通过探究黄河流域不同量级年季降水的变化趋势，可为黄河流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考，进而为黄河流域高质量发展提供支撑。

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障，在全球变暖的背景下，研究滦河流域未来气候及径流变化情势对京津冀地区的发展具有重要意义。基于VIC模型模拟滦河流域历史径流，利用相关系数、中心均方根误差、标准差和均值构建CMIP5未来全球气候模式评价指标体系，并对其做归一化处理，从各模式中选取最优的降水、最高气温、最低气温及风速数据以分析滦河流域未来气候变化。采用Delta法进行气象要素空间降尺度，将VIC模型与CMIP5全球气候模式耦合，开展滦河流域未来径流变化情势分析。结果表明：VIC模型在滦河流域的径流模拟效果令人满意。在年际上，未来年降水量、日最高与最低气温均呈上升趋势，未来日平均风速无明显上升趋势。在年内分配上，与历史期同月份相比，未来月平均降水量有增有减，其中10月份增加率最高，达138.64%；未来月平均最高气温均升高，9月份变化最大，平均升高2.45 ℃；未来月平均最低气温平均升高3.24 ℃，其中2月份变化最大，平均升高4.45 ℃；不同月份未来风速有升有降，其中8月份变化最大，平均升高0.23 m/s，升高率达16.35%。未来期的多年平均流量为134.41 m³/s，比历史期增加9.96%。未来年流量平均以10.2 m³/（s·10 a）的速度波动上升。其中，2020s和2080s的年流量平均以12.8和28.9 m³/（s·10 a）的速度波动上升，上升趋势显著。夏季径流占比由历史期的53%降至43%，冬季径流占比由7%升至12%。

黄河流域用水权交易是提高水资源利用效率及效益、实现黄河流域生态保护与高质量发展的有效途径。为了有效分析黄河流域用水权交易的发展现状，运用SWOT分析模型，构建了包含14个变量指标的黄河流域用水权交易发展趋势评价指标体系，并结合EFE和IFE矩阵分析法对内部影响因素和外部影响因素进行定量评价，全面分析了黄河流域用水权交易目前所处的优势（S）、劣势（W）、机遇（O）及挑战（T），确定了黄河流域用水权交易的发展战略。结果表明：黄河用水权交易机遇多于挑战，且机会优势较为明显；优势高于劣势，但劣势对黄河用水权交易的影响还比较大。黄河流域用水权交易现状总体处于SO增长性战略，需要利用目前所处的良好的外部机遇，最大限度激发内部优势。最后，提出了拓宽可交易水权范围、创新水权交易激励机制、探索水权交易价格形成机制以及完善水权交易监管机制等推进用水权交易的对策建议。研究成果可为黄河流域未来用水权交易发展方向的确定提供借鉴。

单位线是中小流域汇流计算的常用方法，现有综合单位线法存在无法考虑降雨时空分布不均性和下垫面异质性的问题，导致预报精度欠佳；此外，传统分布式单位线计算过程复杂，且需要大量数据，限制了其在中小流域的应用。为此，本文引入分布式单位线概念，综合考虑洪水传播时间和洪峰滞时，提出了基于流域初始单位线的分布式坦化流域汇流模型，该模型通过推求一系列坦化单位线，为各雨量站适配不同的分布式单位线，进而计算流域出口断面的洪水过程。研究以梅州流域尖山水文站点以上流域为例，基于21个雨量站点实测降雨数据，构建了分布式坦化单位线汇流模型，采用洪峰相对误差、峰现时间误差、确定性系数等指标进行模型适用性评价，并与现有综合单位线法进行了比较分析，实例研究表明所提方法的洪峰相对误差、峰现时间误差小于综合单位线法，确定性系数明显提升，整体上分布式坦化单位线法预报结果优于现有综合单位线法。所提方法简化了现有分布式单位线推求步骤，提高了洪水预报精度，易于在中小流域进行推广。

区域水资源承载力的衡定和底线约束是生态安全、区域和谐发展的前提和基础，是影响地区经济发展的主要因素，对于国土空间规划的完善具有至关重要的作用。人类生活的各方面生产需要皆依赖于水条件的控制，水资源面临的形式愈发严峻。传统的水资源承载力评价多基于静态描述并划分等级，对水资源承载能力大小的认识还有欠缺。以秦岭山区某县为研究区，在阅读文献、收集数据和实地调查的基础上，运用能值生态足迹理论，借助“以水四定”原则对水资源承载力做出评价，计算和分析了该县区2017-2020年的水生态足迹、水生态承载力和生态盈亏状况，以及水资源影响下的地区发展指标容量，并使用ArcGIS对生态足迹数据空间分布进行可视化表达，选用障碍度模型对影响水资源承载力的障碍因子进行了识别，最后对水资源合理布局方向做出科学优化。研究表明，该地区水资源供给略大于需求；水资源生态足迹空间分布高值区多在中心区域；人均水资源生态足迹、污水生态足迹和生态用水生态足迹是影响水资源承载力提升的主要障碍因子；优化方向上应根据水资源分布调整产业结构以发展特色产业。科学利用水资源对保证经济发展至关重要，只有合理调度水资源利用导向，明确水资源承载力，提高水资源利用效率，才能促进社会、经济、环境的协同发展。

科学合理的初始水权分配对充分发挥市场在水资源高效利用与优化配置中的关键调节作用、推进水权交易制度建设具有重大意义。针对区域初始水权分配中存在的多指标体系定量赋权的客观平衡和多元变量的随机性问题，采用主成分分析法（PCA）提取水权分配主成分因子，建立相互独立的水权分配关键指标体系；基于Copula函数建立PCA-Copula耦合的区域初始水权分配方法，定量确定水权分配综合权值。以新主成分因子作为随机变量，优选边缘分布线型，计算累计理论频率值，然后输入Copula函数，确定水权分配综合权值，归一化后得各计算区初始水权分配比例。计算过程简便清晰，能够实现客观指标赋权，克服多元变量随机性问题，具有较好适用性。将此方法应用于山东省邹平市初始水权分配研究中，结果表明：基于PCA-Copula耦合的2020年邹平市城镇片区、引黄灌区初始水权分配比例分别为0.432和0.568，而城镇片区、引黄灌区用水需求比例分别为0.402、0.598。各计算区的初始水权分配结果与邹平市该年实际用水需求情况基本一致，符合区域初始水权分配中公平性原则和可持续原则，计算结果具有一定的科学合理性。研究为促进区域水资源科学高效利用，指导节水型社会建设，保障区域供水水量安全及经济社会持续健康发展提供科学参考依据。

在退耕还林还草已显著影响区域生态系统的背景下，了解生态系统服务（ES）之间相互作用的时空模式对于实现生态系统的可持续管理具有重要意义。以陕西黄土高原为例，采用InVEST、CASA和RUSLE模型量化了2000年、2018年该地区产水量、NPP和土壤保持量3种关键ES的时空格局，进而结合相关系数法揭示了3种服务在栅格和县域尺度上协同-权衡关系的时空变化，并采用热点法识别了ES的热点。结果表明：2000-2018年，研究区的平均产水量和NPP增加、土壤保持量降低；在空间分布上，3种服务在栅格尺度上空间异质性比县域上更明显。3种服务在2000年均为协同关系，然而到2018年，产水量与NPP、土壤保持量之间逆转为权衡作用，NPP与土壤保持量之间的协同作用有所减弱；随着尺度的改变，3种服务之间相互作用的强度或方向都发生了变化。热点大致呈现出由南向北热点减少的空间变化特征；0类和1类热点的县域数量减少，而2类和3类热点的县域数量增加。研究结果有助于增强对ES之间相互作用取决于时间和空间尺度的理解，并为差别化的生态管理策略制定提供科学依据。

分析截流式合流制、完全分流制排水体制的适应性和优缺点，为论证广州某城市截污箱涵系统设置水力冲淤设施的必要性和可行性，开展截污箱涵沿线淤积物厚度测量、样本取样、泥沙组分和淤积成因分析。建立截污箱涵水力冲淤物理模型，合理模拟水力冲洗设施边界条件和淤积物，测量截污箱涵不同泄流条件下的水动力参数，论证利用水力冲洗设施调蓄旱季、初小雨污水，实施“突然开闸、接力冲淤”辅助清淤措施的适用性和可行性。截污箱涵蓄水闸高度仅1.0 m，水力坡降0.10%，冲淤蓄水量有限，箱涵沿线清水动床物理模型试验成果表明：截污箱涵内部蓄水冲淤水沙动力条件不足，水力冲淤效果相对较差，建议取消该箱涵系统中尚未安装的水力冲洗设施，推荐采用“人工+机械”清淤方案。应根据截污箱涵工程特点，制定具有适应性、经济性的防淤、减淤和清淤对策，研究提出的为防淤和清淤策略可为类似截污箱涵工程提供技术参考。

为探究南水北调-引黄济青小清河子槽输水段引黄、引江多源调水方案下水质响应变化规律，寻求现行调水能力下的最佳水质配水方案，以溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD ₅ ）、氨氮、总氮、总磷、氟化物为研究指标，对输水期多源调水的水质优化方案进行研究。首先以调水期实测水质数据为基础，构建并率定了渠段MIKE11水动力-水质耦合模型。进而以冬青高速上游断面作为考核断面，对不同配水方案下的水质指标变化进行分析。最后通过水污染指数法对水质模拟结果进行评价并确定最优配水方案。结论如下：研究渠段总氮含量偏高，其余指标符合Ⅲ类水标准；水动力-水质耦合模型中流量效率系数Ens为0.86，决定系数R ²为0.88，水质模拟结果误差在30%以内，模型模拟效果良好；随长江水对调水贡献率的不断提升，汇水后的水体中氟化物、溶解氧、高锰酸盐指数呈上升趋势，COD呈先下降后上升趋势，其余指标呈下降趋势；在多种模拟情境下，考核断面（东青高速上游断面）处化学需氧量与五日生化需氧量对该断面水污染指数（WPI）起决定性作用，当长江水供水量占总供水量49%时（17.64 m³/s），该断面WPI达最小值（51.17），此方案为最佳配水方案。

梯级水库建设对澜沧江流域生源物质迁移过程的影响受到国内外学者广泛关注。研究利用稳定同位素技术，于枯水期（2017年2月）、丰水期（2017年6月）分别测定了小湾、漫湾、糯扎渡、景洪四个水库不同来源水体（上一级水库下泄水量、支流汇入、坡面径流、人工水循环）总磷（TP）浓度及水库水体氢氧同位素值（¹⁸O、D），基于多元线性混合模型，分析了不同来源水体水量的贡献率，并计算了澜沧江流域梯级水库TP滞留量。结果表明：上一级水库下泄水量对水库TP来源及滞留效应的贡献率在丰水期及枯水期均占主要部分，贡献率分别为54.8%~79.3%、39.1%~82.8%，从上游到下游呈沿程增加趋势；人工水循环水量在枯水期呈沿程增加趋势；坡面径流水量在丰水期呈沿程增加趋势。TP滞留率在枯水期和丰水期分别为-49.34%~66.72%、-88.79%~88.40%，丰水期滞留率受水量增加影响较大，枯水期则受人类活动及沿程输入影响较大。研究为对有针对性地控制流域TP滞留量及为下游水生态环境质量评价提供数据支撑。

为探究呼兰河干流生态流量并作为流域生态调度的依据。采用改进的River2D模型，将河道水动力模型和鱼类栖息地模型相耦合，模拟呼兰河干流七星鱼最适宜栖息地面积时所对应的河道流量范围。为了获得更好的栖息地模拟效果，将原有River2D模型中的河道基质偏好性替换为指示性物种对水质的偏好性，这样在进行河道基质变化范围较小和鱼类对水质偏好性较为明显的河流生态流量研究时，模拟的效果更好。基于改进的物理栖息地模块，运用River2D中的二维水动力模型模拟呼兰河干流不同流量工况下的流速、水深和适宜性栖息地分布情况，作流量-适宜性栖息地面积关系曲线，得到七星鱼枯水期、平水期和丰水期的适宜生态流量值分别为2.75、8.25和27.5 m3/s，适宜生态流量范围是2.75~27.5 m3/s。基于改进River2D模型得到的呼兰河干流七星鱼生态流量范围和Tennant法的评价范围相吻合，认为研究结果是合理的，能够为呼兰河干流七星鱼的保护和生态调度提供参考。

为建立针对城市河流水质参数稳定且准确的无人机遥感反演模型，以邯郸市境内滏阳河5个河段为研究样区，基于三期无人机多光谱影像和水体氨氮浓度实测数据，构建了4种数学统计模型与XGBoost模型，并在模型验证和评价的基础上选取最优模型对研究区氨氮浓度进行时空分布反演及分析。结果表明：①XGBoost模型反演效果优于数学统计模型，决定系数、均方根误差、平均绝对百分比误差整体优于数学统计模型，表现出较强的拟合能力和较高的预测精度；②无人机遥感反演技术适用于城市河流氨氮浓度反演，多光谱数据B1波段在建模中起关键作用；③邯郸市滏阳河流域各河段的整体氨氮浓度依次为2020年12月>2020年8月>2021年5月，呈现出一定的季节性差异特征。

城市流域尺度上的低影响开发（LID）可有效缓解城市洪涝问题，但目前研究主要集中在LID设施的规模占比、布设位置、设计参数等不同布局方案对城市洪涝风险削减的综合影响上，对于不同空间布局下LID设施径流控制效果却鲜有研究。以重庆市秀山海绵示范区为例，将城市排水系统（UDS）根据汇水区域划分为上、中、下游3个区域，利用SWMM模型将雨水花园（RG）、生物滞留带（BRC）和透水铺装（PP）3种典型LID设施以不同比例进行空间布设，评估不同降雨重现期下LID设施空间布局方案对径流的控制效果。研究结果表明，3种LID设施均可显著减少地表径流量和洪水总量，但对径流峰值的削减效果较差，总体性能为RG>BRC>PP；对于不同空间布局下LID设施组合布设时，其中均匀布设方案可最大程度减少城市洪涝，而其他布设方案仅在较低降雨重现期（P≤5 a）才可实现较好的径流峰值削减效果。此外，LID设施空间布局对城市洪涝的缓解效果受管网溢流节点分布显著影响，当LID设施布设于内涝点附近时，可最大程度降低城市洪涝发生几率，并可有效降低UDS转移至其他区域的水力负荷。

灌区干旱灾害的频繁发生严重制约了当地经济的发展，为了实现灌区内水资源的合理调配和利用，需对灌区未来的干旱情况进行有效预测，从而有针对性的采取预防措施降低干旱事件所造成的影响。基于“先分解，后重构”的思想，将能够对非线性、非平稳时间序列进行预处理的变分模态分解VMD（Variational Mode Decomposition）与门控循环单元网络GRU（Gated Recurrent Unit）相结合，建立VMD-GRU干旱预测模型，针对赵口大型灌区4个气象站点1981-2017年的逐月降水数据构建标准化降水指数SPI时间序列并采用所建干旱预测模型和3个单一预测模型对SPI值进行预测，研究采用3个月的时间尺度计算标准化降水指数SPI进行干旱事件识别和等级划分。结果表明：4个气象站点VMD-GRU干旱预测模型SPI值预测结果的平均相对误差在18.7%~20.6%之间，预测误差较为稳定。VMD-GRU干旱预测模型的平均绝对误差MAE、均方误差MSE、均方根误差RMSE均为4种模型中最小，不同气象站点的3个评价指标值均分别接近，所建模型不存在过拟合或者欠拟合问题。利用游程理论识别干旱历时和干旱强度，以开封气象站为例，1981-2017年间干旱历时的预测准确率达到81.1%，实际干旱强度的整体波动趋势与预测干旱强度大体一致，两序列的皮尔逊相关系数达到0.961，表明所建VMD-GRU干旱预测模型能够较为准确地对灌区干旱进行预测，为大型灌区干旱预警提供一种可靠的研究方法。

竖井是深隧排水系统的重要组成部分，传统交错板竖井的水舌交替撞击井壁，易引起受力不平衡及不利振动。研究提出一种水舌对冲式交错板竖井，归纳出估算其基本参数的经验公式，通过实例设计及CFD模拟，分析了其流态特征、消能机理和效果，并总结了几点入流竖井设计基本原则，以期为今后竖井设计提供参考。结果表明：水舌对冲式交错板方案过流能力充足，正常运行下水流不堵塞通气孔，水舌对冲消能效果好，结构受力平衡；底部筛孔水垫相配合，保证竖井与主隧道水流衔接平稳；随着入流量减小，竖井消能率增大。

船闸改扩建面临有限空间施工和保通难题，需要综合考虑围护功能与船闸功能转化、安全性与经济性的平衡问题。依托二线船闸工程，凝练改扩建面临的共性工程问题，开发了一种新型双排连续墙加刚性连接承台和直立式前后立墙围堰结构体系，并应用于濛里水利枢纽二线船闸工程。所得结论如下：①开发了新型双排连续墙加刚性连接承台和直立式前后立墙围堰结构体系，提出了结构体系的计算力学模型，有效解决了狭窄地形条件下基坑支挡、围堰结构和导航墙三重功能相结合的问题。②与传统围护结构相比，该结构体系可有效降低基坑深度、连续墙结构悬臂段长度、坑底连续墙的嵌固深度和其结构内力，优化连续墙厚度；刚性连接承台上部回填轻质透水材料，围堰前后立墙设置排水孔，有效减小了围堰前后立墙厚度和配筋率；结合连续墙和围堰的施工工序，避免了大方量的土方回填与开挖，降低工程造价。新型围堰结构的开发有利于解决船闸改扩建面临的有限空间施工难题，为类似工程提供借鉴。

密云水库调蓄工程是保证北京市区供水安全的一项关键工程，极大程度地缓解了北京市水资源供需紧平衡状态。为实现工程的经济运行，以密云水库调蓄工程后三级泵站（郭家坞、雁栖、溪翁庄）为研究对象，基于水力学模型建立梯级泵站扬程优化分配模型，采用IAPSO优化算法对模型进行求解。结果表明：对于管渠结合的梯级泵站输水系统，在不同输水流量下，梯级泵站的扬程优化方案较实际运行方案相比效率可提高5.2%；梯级间水力损失和泵站转速会对优化结果有较大的影响。该研究可为梯级泵站经济运行提供行之有效的运行方案，保证梯级泵站输水系统的安全经济运行。

针对我国北方冬季严寒气候条件下饮水槽结冰和饮水温度低，导致牲畜产生冷应激反应，影响生长发育和养殖效益等问题，设计了太阳能恒温智能供水系统。系统利用太阳能光伏发电为系统运行提供电能，利用太阳能光热将水加热到适宜的饮水温度范围内，满足牲畜冬季饮用温水的需求，采用温控模块、红外感应及液位开关等设备，实现太阳能制热和牲畜饮水自动控制等功能。结果表明，系统运行稳定，集热效果明显，且系统所需能源全部来自太阳能，节能环保、运行费用低。牲畜自动饮水控制大大减轻牧民劳动量和改善养殖条件。

灌排两用渠道具有节地节水等显著优势，但安全运行调度更为复杂，尤其是突发暴雨等应急状况发生时，如何通过优化调控防范风险，提高雨洪利用率备受关注。选取灌排两用典型灌域，基于灌区用水多过程统一表征方法，构建农田-渠道水动力过程模拟模型，分析暴雨发生时不同农田田面水深和闸门调控方案下农田/渠道水深变化规律和节水量。结果表明：农田和渠道水深变化趋势与降雨过程基本一致，变化幅度受降雨强度影响明显；田面初始水深对农田和渠道排水时间影响明显，田面初始水深每增加1 cm，田块排水时间增加约8.5 h；渠首引水闸关闭时间主要对渠道排水前期运行水深影响显著；本典型区域联合优化闸门调控方案和田面初始水深，最大可使高水位持续运行时间缩短24 h，节约水量46.8 m³/hm²。研究结果初步表明了灌排两用灌域农田-渠道排水规律，可为突发暴雨下灌排两用渠道应急调度方案的制定提供一定参考。

随着湿地生态保护治理过程中对双向轴流泵的需求日益增加，开发设计双向轴流泵已然成为重要课题，为了探究导叶出口安放角对轴流泵双向运行性能的影响，以一台比转速为903的轴流泵为研究对象，利用ANSYS CFX软件的标准 k - \epsilon湍流模型对5种不同导叶出口安放角的双向轴流泵进行定常和非定常数值模拟，研究分析了导叶出口安放角对轴流泵双向运行的外特性、水力损失、内部流场、压力脉动的影响。结果表明：正向运行设计工况下，减小导叶出口安放角，可减小导叶部分水力损失，并且减小导叶吸力面低压区面积，因脱流产生的能量损失也随之减小，轴流泵效率明显增大；设计工况反向运行时，随着导叶出口安放角的减小，导叶回收能量的能力也随之减小，导叶部分水力损失增加，并且轴流泵效率降低。改变导叶出口安放角度，可对正向运行时轴流泵内压力脉动产生一定影响。适当增加正向运行时导叶出口安放角均能在一定程度上减小轴流泵内压力脉动幅值，改善能量损失；导叶出口安放角对双向轴流泵反向运行时的压力脉动幅值大小无明显影响。因本次研究的轴流泵为双向运行，结合正反两向效率变化相反的情况，考虑该轴流泵在双向运行时均有较高效率的运行范围，所以取导叶出口安放角为80°时，双向轴流泵综合性能最优。

海堤生态化是新时代的新要求，不同海堤断面与波浪的相互作用不同，概化的模型研究已不能适应对实际防灾减灾效果研究的需求。珠江河口现有海堤工程有斜坡式、复合式等断面型式，为探究四种典型海堤断面的防浪特性，通过小比尺物理模型试验，开展了堤身所受最大波压力及越浪情况研究。结果表明，与传统抛石海堤相比，生态海堤上的植物对海堤防浪有明显的增效作用并能有效减小堤身所受波压力；堤顶防浪墙对减少越浪有重要作用。在大部分地区，典型斜坡式海堤可达到理想防浪效果；对于空间充足的地区，堤身坡度变化相对较小的复合式海堤断面所受压力更小，有利于堤防稳定。实验结果可为生态海堤设计提供依据，具有重要科学及应用价值。

准确掌握流域水-风-光多能源互补规律对于指导清洁能源规划布局、开展多能互补调度以提升能源利用效率具有重要意义。运用数理统计方法，计算得出了龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据的多个统计量，据此分析了水-风-光出力在长期时间尺度下的互补特性。建立了基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价指标，根据龙羊峡地区典型年的水-风-光出力逐日标准化数据，在长期时间尺度上对龙羊峡地区的水-风-光出力互补特性进行了重新定量评价，并与数理统计方法的结果进行对比印证。此外，提出了基于K-means聚类算法的典型日出力特征辨识模型，分析了不同时间尺度划分对水-风-光出力互补规律评价的影响。结果表明：①龙羊峡地区的水-风-光出力在长期时间尺度上的互补特性较强，春冬季节水电出力较小，风光出力较大，而夏秋季节则呈现出相反的变化特征；②基于Spearman秩相关系数的水-风-光三能源出力互补性评价结果为“较互补”，与数理统计方法结果一致；③不同时间尺度划分对水-风-光互补特性评价影响显著，随着时间尺度的增加，水-风-光出力互补规律呈增强的趋势，具体体现为：季节互补特性强于月间互补特性，月间互补特性强于日间互补特性。

针对大坝混凝土跳仓浇筑作业任务、资源与时间的耦合关系及优化排序问题，研发基于跳仓浇筑排序的多缆机调度模型及方法。分解大坝跳仓浇筑作业任务，分析缆机工作状态的任务变迁过程，厘定吊装、浇筑、吊运时间序列，建立大坝混凝土跳仓浇筑的缆机调度模型，制订跳仓浇筑模式下大坝缆机调度最优方案。案例分析表明：大坝缆机调度模型能缩短施工工期、节约生产资源，使缆机平均每小时工作时间提升4.88%、整体工期提前8.86%，可为缆机调度方案的制订提供理论支撑。

为研究防渗帷幕尺寸参数及坝基参数对大坝渗流的影响，以合理优化防渗系统的经济成本。以新疆某深厚覆盖层上面板堆石坝为例，通过自编程准三维渗流分析程序建立渗流模型；使用递进判别的敏感性分析方法，对防渗帷幕深度H、防渗帷幕厚度D、防渗帷幕渗透系数K _a、地基渗透系数K _b以及过渡区渗透系数K _c进行敏感性分析，确定各参数间的敏感性排序。实例分析表明，对单宽渗流量更敏感的参数为H、K _a、K _b，对防渗帷幕渗透坡降更敏感的参数为H、K _c。定量给出参数敏感性的显著性水平，提高敏感性分析的准确性和可靠性，可为深厚覆盖层上面板堆石坝渗流分析提供依据。

基于分区填筑相对密度指标，研究了某300 m级高心墙堆石坝坝体变形协调及安全性。对大坝进行三维弹塑性固结有限元分析，从坝体变形协调、心墙应力拱效应、水力劈裂和坝顶裂缝等方面评价了大坝安全。结果表明，盲目提高各分区填筑标准并不能使坝体各分区变形协调，而适当降低过渡区填筑相对密度、提高堆石区填筑相对密度，可使坝体变形从心墙到堆石区平稳过渡，同时减弱过渡区对心墙的拱托作用，有利于抗水力劈裂安全。采用Leonards法和有限元应变法判断了坝顶裂缝的开展，认为堆石区填筑相对密度过低是坝顶产生横向裂缝的必要条件。根据计算结果，提出了最有利于大坝安全的理论最优填筑方案，并建议了经济最优方案。

抽水蓄能机组具有结构复杂、工况复杂多变、故障复杂多样等特点。利用实时监测数据有效评价抽水蓄能机组的劣化状态并对劣化趋势进行准确地预测仍是一个难题。为此，提出一种基于随机森林回归（RFR）、变分模态分解（VMD）和时间卷积网络（TCN）的抽水蓄能机组劣化趋势预测方法。首先，基于健康状态下的历史监测数据，选择与状态监测数据关联性强的工况参数数据作为健康状态模型的输入，建立基于RFR的健康状态模型；其次，输入实时工况参数数据，根据健康模型输出的标准值与实时状态监测数据计算得到劣化趋势序列；最后，考虑到劣化趋势序列的非线性因数，设计了基于VMD-TCN的时序预测模型，以实现对劣化趋势的精确预测。为验证所提方法的有效性，采集位于中国浙江的抽水蓄能电站真实监测数据进行多组对比实验。结果显示，所提出的方法在建立健康模型时拟合精度达到了0.98，并且在劣化趋势预测任务中，基于VMD-TCN的时序预测模型相比于其他比较模型具有更高的预测精度。

针对不同砂率、石粉含量、细度模数、颗粒级配的混凝土拌和物含气量展开试验研究，分析了机制砂对混凝土拌和物含气特性的影响规律。研究结果表明：混凝土拌和物含气量随砂率在一定范围成递增关系，随石粉含量、细度模数增大成递减关系；0.15～0.3 mm粒径范围的颗粒含量减少时，混凝土的含气量明显降低，0.3～0.6 mm粒径范围的颗粒含量增大时，混凝土的含气量显著增加，0.6～1.18 mm粒径范围的颗粒含量对含气量影响较小。研究结论可为机制砂混凝土配合比提供参考依据。

高速入射水流进入突扩式跌坎消力池后卷入大量空气，形成掺气水流，气体的存在影响各项水力学指标，对工程安全造成影响。基于物理模型试验，对突扩式跌坎消力池的掺气脉动特性进行探究，分析其掺气脉动幅值特性、概率密度分布特性以及频谱特性。结果表明：无突扩跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈沿程衰减趋势，最大值出现在消力池首；突扩式跌坎消力池底板中线的掺气脉动幅值呈先增大后减小的趋势，最大值出现在冲击区；与无突扩跌坎消力池相比，突扩式跌坎消力池可以有效降低底板的掺气脉动强度；消力池底板掺气脉动概率密度曲线不服从正态分布；掺气脉动能量属于低频脉动，随流能比的增大而增大；突扩式跌坎消力池底板在冲击区的掺气脉动能量最大，突扩的存在可有效降低掺气脉动作用在底板上的能量。

基于监测数据的混凝土坝参数反演能够为评估大坝安全性态提供重要信息。传统的参数反演方法通常采用加权求和法以简化基于多种类型监测数据构建的多个目标函数，并结合单目标优化算法求解。由于权值的确定具有主观性以及单目标优化算法在实际应用中存在局限性，可能导致反演结果出现较大偏差。因此，考虑多种类型的监测数据以构建不同的目标函数，结合NSGA-II算法搜寻Pareto最优解集，提出了一种基于PSO-BPNN模型和多目标优化的混凝土坝参数反演方法。研究成果依托于GD重力坝工程，并与传统参数反演方法进行了对比分析。应用表明，该方法对于混凝土坝参数反演更为合理和准确。

为因地制宜地采取科学有效的水库移民后期扶持策略，建立了基于SWOT-AHP法的后期扶持策略优选体系。以广东省南雄市水库移民管理的探索与实践为例，结合实地调查情况，全面分析后期扶持面临的优势、劣势、机遇与威胁，利用SWOT-AHP法对比分析基础设施建设项目扶持、产业扶持、生产性项目扶持3种模式的特点。结果表明：南雄市移民管理机构应在完善基础设施的基础上，采取积极开拓的策略（OS策略）开展生产性项目扶持，并据此提出升级产业结构、加强人才培养、推进高质量现代农业等发展建议，为各地创新水库移民后期扶持发展策略提供参考。

为探索冲击式水轮机喷射机构水力性能和泥沙磨损特性，以500 MW冲击式水轮机为例，结合VOF模型和离散项模型对喷射机构内水气沙三相流进行了数值计算，求解得出不同喷针/喷嘴锥角喷射机构效率和流量，得到了喷射机构在不同开度下的流动特性和泥沙磨损特性，并结合实际电站磨损情况进行对比分析。结果表明：喷针/喷嘴锥角为45°/62°组合的喷射机构具有更好的调节性能。在额定开度下，喷射机构的水力效率达98.5%，比小容量机组的效率略高，随着开度的减小，效率有所下降。支撑肋导致喷射机构内形成附着涡并向出口发展，使颗粒撞击速度增加，从而对喷针表面造成不对称磨损，喷嘴磨损主要发生在出口边附近。附着涡致使速度场分布不均，导致喷嘴出口处水流卷吸空气形成了漩涡，致使泥沙颗粒发生“逃逸”现象。研究成果可为冲击式水轮机的设计和运行提供参考。