为进一步研究水资源的动态性，并针对传统TOPSIS评价水资源承载力存在的问题，如评价值临近分级区间边界时，等级区分度不高，从而难以形成客观有效评价。利用D-S证据理论能有效降低数据差异性带来的损失，融合结果客观准确的优势，改进TOPSIS方法进行水资源评价。通过融合TOPSIS方法中的指标向量与正负理想解的距离，获取水资源承载力各等级合成信度，基于具有较大区分度的合成信度值判断水资源承载力等级。在此基础上，引入指标增量计算历年水资源承载力的变化情况，利用时间权向量组合历年变化情况，分析水资源承载力发展趋势。算例结果表明：改进TOPSIS方法后，2018、2020年的水资源承载力评价值与区间边界的区分度，由0.000 3、0.001 1提升到0.019、0.336 7。同时，利用提出的趋势分析法计算2020年水资源承载力趋势，与实际结果差距仅为0.001 9，验证了方法的有效性。最后根据本文方法预测2021年水资源承载力为负向变化趋势，并采用障碍因子模型诊断主要影响指标为年降水量及人均水资源量，提出加强生态环境建设及优化水资源合理配置的建议。利用本文方法进行水资源承载力评价具有更高的等级区分度，评价结果合理客观，符合实际情况，并且能综合利用历年动态数据，较为准确的描述水资源承载力的变化情况，可为水资源的开发保护提供科学依据。

为了解决常规水库调度图难以获得最优调度方案、且梯级水库随机优化调度求解“维数灾”等问题，以东北第二松花江流域白山~丰满梯级水库水电站为例，分析梯级水库的实际径流特性，依据同流域的梯级水库天然径流具有较强的相关性的特点，提出了降维的马尔科夫链随机径流描述模型，解决梯级水库随机优化调度模型求解的维数灾问题；同时结合有、无时段径流预报的描述方法，使得径流描述更加贴近实际；根据所提出的径流描述模型，采用调度期内发电量期望值最大作为优化调度模型的目标函数，研究相邻时段无径流预报、相邻时段有径流预报、本时段无预报且后时段有预报、本时段有预报且后时段无预报等情况下的模型递推方程，首次创建了考虑有、无时段径流预报相结合的梯级水库优化调度模型；利用了惩罚系数和改变保证出力约束相结合的方法，求解得到各种出力保证率下的水库最优决策方案；在相同的出力保证率情况下，通过对白山、丰满梯级水库历史径流序列模拟优化调度结果的对比分析可知，所得到的优化调度规则比常规水库调度图和传统随机优化调度规则都获得了更多的发电效益，模型求解时间也比传统方法提高了数倍，充分说明了本文所创建模型的有效性和调度规则的优越性。

为了提升长江流域水资源利用效率，以长江流域11省市为研究对象，运用LMDI方法分解长江流域水资源利用效率驱动因素，识别劳动力规模效应、经济发展水平效应、技术进步效应和用水规模效应对水资源利用效率的影响程度；并构建水资源利用效率STIRPAT模型，揭示水资源利用效率对各驱动因素的变动响应关系。研究结果表明：江西、青海、重庆、四川、上海、西藏、云南、安徽劳动力规模效应对水资源利用效率增长起到正向促进作用，而所有省市经济发展水平效应始终起到推动作用，技术进步效应和用水规模效应起到抑制作用。长江流域水资源利用效率对于经济发展水平、技术进步水平和用水规模的敏感度较高，且经济发展水平是促进水资源利用效率提高的关键驱动因素。

在气候变暖的背景下，构建质量可靠的降水数据，对水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。基于站点观测数据，利用空间插值方法是获得可靠的降水数据的重要途径。为提高空间插值方法对水文站点稀疏、地形复杂的山区流域降水数据精度，以巴河流域为例，采用径流系数作为评价指标，评估GLADS、GSMaP以及再分析数据集CMFD等3种降水数据的适用性，并考虑高程变化对降水空间垂直分布的影响，提出了一种基于高程递推的反距离加权法，分析研究区不同高程降水的空间变化规律。结果表明：GLADS、GSMaP以及再分析数据集CMFD降水数据对巴河流域的年均降水量的模拟存在不同程度的低估现象，模拟精度从大到小排序为CMFD >GSMaP >GLADS，均不能准确的刻画巴河流域降水量随高程的变化。巴河流域水文观测站点较少，代表性有限，遥感数据反演精度偏低，基于高程递推的反距离加权法模拟的巴河流域降水空间分布再现效果较好，明显优于传统的反距离加权法。该方法得到的降水量能够更好的反映高程变化对巴河流域降水空间分布的影响，巴河流域年均降水量为1 522 mm，径流系数为0.92，降水量主要来源于 4 000~6 000 m高海拔地区，相对贡献率最大，占比高达89.5%，4 000 m以下海拔对应的降水量占比为10.1%。研究可为水文资料短缺的高寒山区流域的水文模拟与预报提供参考。

径流预测有助于流域水资源综合高效调配和防洪减灾调度，如何精准地开展短期径流预测一直是水文水资源研究领域的重点。高斯过程回归（GPR）凭借其针对复杂非线性回归问题的泛化能力，已在水文过程长中短期预测研究中得到成功应用。而GPR回归分析能力不仅取决于模型参数，还受核函数影响。为此，研究分析了不同核函数作用下GPR预测模型效果，提出了基于指数核函数GPR的流域短期径流预测模型。首先通过多重相关性系数分析筛选相关性系数大且时段最短的预测因子组合，然后分别选用有理二次、径向基、马顿和指数核函数建立不同的GPR短期径流预测模型，同时加入了MLR、RT、SVM、BP等模型方法的预测结果作为对比。以赣江流域吉安水文站短期径流预测（预测步长为6 h，预见期为7 d）为例开展实例分析，相关实验结果表明：①应用不同核函数的GPR模型预测结果表现存在明显差异，不同方法预测表现由好到差分别为指数GPR、有理二次GPR、RT、马顿GPR、径向基GPR、SVM、MLR、BP；②指数GPR预测模型28时段的4项评价指标均表现最佳，DC和QR分别接近1和100%，预报精度达到甲级以上。综上，研究验证了指数核函数GPR短期径流预测模型的有效性和普适性，模型预测精度满足实际工程应用需求，具备实际应用价值。

飞速发展的城镇化进程，使得城市建筑物数量繁多且密度增大，密集建筑物下的城市洪涝情况变得更加复杂，给城市洪涝模拟带来了严峻的挑战。城市水文模型是城市洪涝研究的关键手段，基于洪水分析软件IFMS，以广州市天河区猎德涌流域为例，构建城市管网和地表二维耦合模型并以实测资料对其进行验证，后采用高精度数字表面模型（DSM）分别对10、20、30、50 m分辨率的网格进行高程插值，选定以建筑物为研究对象时模拟精度最高的网格分辨率；在选取最佳网格分辨率后，采用高精度数字高程模型（DEM）和DSM插值网格高程，通过用DSM刻画地表建筑物与DEM形成对比情景，探索密集建筑物下城市洪涝的现状情况。结果表明：当网格分辨率从10 m增加到50 m时，淹没水深变得更大，淹没范围变得更广，使得洪涝情况变得更加严重；在密集建筑物情况下，淹没面积占比从15.46%缩小到6.67%，最大淹没水深从0.20 m增大到1.78 m。结论如下：在针对建筑物的城市洪涝模拟研究中，网格分辨率应该考虑实际建筑物宽度，选取网格分辨率为10 m时模拟效果最佳；密集建筑物会缩小淹没范围，加快汇流速度，加大洪涝淹没水深；相对DEM插值情况，采用DSM插值能够更真实的反应当下城市地表特征，提高模拟精度。研究结论可为城市的建设开发提供科学依据。

2022年珠江流域暴雨洪水范围广、强度大、持续时间长。为了分析此次暴雨洪水成因，比较其与历史相似洪水的异同，从而进一步掌握珠江流域暴雨洪水规律并为流域防汛抗洪工作提供参考，分析了2022年珠江流域暴雨洪水特性，概述了致洪暴雨的天气背景、降雨过程，重点从洪水过程、洪水组成、水利工程作用、与历史暴雨洪水比较等方面进行了分析总结。结果表明：2022年5月下旬至7月上旬，珠江流域累计面降雨量较常年同期偏多5成，其中北江、韩江均为1961年以来同期最多；受其影响，珠江流域接连发生2次流域性较大洪水、8次编号洪水，其中北江发生1915年以来最大洪水；采用中国洪水预报系统进行洪水组成分析，西江干流洪水以红水河、柳江、郁江、桂江来水为主，不同场次洪水洪量占比不同，北江干流洪水以连江来水为主，其次为区间产流，韩江干流洪水主要来自于梅江和汀江；经与2005年、2008年历史大洪水对比，2022年珠江流域暴雨历时明显偏长，且暴雨中心位置偏西偏北，洪水过程次数也明显偏多，2022年北江洪水量级为特大洪水，大于2005年和2008年，但西江洪水量级明显小于2005年和2008年。在应对此次洪水过程中，流域防洪工程联合调度运用防洪效益十分明显，有效避免了西江、北江洪水恶劣遭遇，确保了重要地区防洪安全。

为实现无管勘资料条件下山地城市内涝风险高效计算，以重庆市南岸区某排水分区为研究区域，利用百度地图开放平台提供的全景静态API功能，对街道检查井进行识别和定位，采用雨水井等效排水法构建基于LISFLOOD-FP的雨洪模型，采用理想算例和历史降雨进行模型验证，并对研究区不同降雨情景下的内涝积水面积、积水量、积水分布等积水特征进行了模拟分析。结果表明：在无管勘资料区域，利用百度地图开放平台全景静态API功能可对区域内的道路检查井进行有效确定；积水量与积水面积的增长呈现出协同性，重现期越大，则同时刻的积水面积和积水量越大；积水量增长速率最快的时刻与积水面积达到峰值的时刻基本一致，均滞后于雨峰出现时间；在积水面积下降阶段，积水量仍在增加，表明陡坡路段可能面临较大洪水流速，对弱势群体有潜在致灾风险。对于地形起伏多变的山地城市，桥面径流可能会加重局部内涝程度，应予以关注。基于LISFLOOD-FP模型，采用雨水井等效排水法和直接降雨法进行全水动力地表径流模拟，即使在普通个人电脑上运行仍具有较高的计算效率，可实现对较大区域范围雨洪的高效计算和对易涝点进行识别。提出的模拟计算方法可为山地城市无管勘资料区域进行内涝风险高效评估提供技术参考，亦对LISFLOOD-FP模型在国内的使用提供借鉴。

南水北调中线工程部分受水城市农业用水效率偏低、水污染严重等问题制约着地方农业的可持续发展，因此，提高各受水城市农业水资源绿色效率具有重要性和迫切性。采用2009-2020年20个受水城市的面板数据，以灰水足迹作为非期望产出，利用超效率SBM模型对南水北调中线工程受水区农业水资源绿色效率进行测度，分析其时空演变规律，利用Tobit模型识别其主要影响因素。结果表明：①2009-2020年受水区农业水资源绿色效率水平不高且整体呈现下降趋势，主要源于较低的规模效率。其中，北京市及河北省多数受水城市效率相对较高，而天津市及河南省多数受水城市效率较低。②受水区农业水资源绿色效率总差异主要源于地区内部尤其是河南省内部的差异，但是持续增加的省际差异推动总体差异不断扩大。③农业水资源绿色效率较高或较低的城市保持平稳转移的概率较大，而中水平城市在转移时存在较大的不稳定性。同时，受水区农业水资源绿色效率在空间分布上存在“近朱者赤，近墨者黑”的现象，在节水用水技术、水资源管理等方面高效率城市对邻近城市产生了正向的溢出效应，而低效率城市对邻近城市存在负向的拖累效应。④经济发展水平、农业化程度、农业固定资本、节水农业发展水平、水资源禀赋、供水结构是影响农业水资源绿色效率的主要因素。各受水城市要坚持绿色发展理念，促进南水北调中线工程农业水资源集约节约利用。

水库群防洪联合调度是提高流域防洪安全的重要技术措施，但串联水库群常由于洪水传播时间导致上下级水库在调度期内水量不平衡问题，研究串联水库群水流时滞并提出有效的应对方法，对防洪调度具有重要的现实意义。针对梯级水库群水流滞时的影响，提出了“弱耦合”条件下基于信息价值最大化的梯级水库群实时防洪联合调度方法，建立了超额水量由下而上的逐级消纳机制，在此基础上，采用基于防洪控制断面最大洪峰流量最小化的最大削峰准则，构建了反向补偿调度模型，发挥梯级水库群水文与水力补偿作用。以江西省北潦北河流域三库串联水库群为例开展实例研究，多情景模拟调度结果表明：结合该地区的水利工程以及洪水特点，在中小洪水时可适当发挥各水库的调蓄作用，掌握防洪主动性；在大洪水时，应预先泄流、降低库水位，保证水库群拥有足够的防洪库容，充分发挥流域水库群的防洪效益，最大程度减轻下游防洪压力。场次洪水经上述调度后，罗湾水库平均水库削峰率为20.63%，滞洪量49.6 万m³；洪屏水库平均水库削峰率为30.09%，滞洪量1 395 万m³；小湾水库平均水库削峰率为33.02%，滞洪量597 万m³。防洪断面流量峰值比天然来水的流量峰值平均减少了48.83%，并且相较于该区域的原有调度规则，水库群联合调度的削峰作用更显著。

重建产卵场以保障重要鱼类自然繁殖是水库生态调度的主要目标之一。将产卵场生境修复盲区——变动回水区作为一个新的生境重塑区，整合二维水动力学模型和鱼类栖息地模型，建立入库流量-水位-鱼类有效栖息地面积的三元关系，确定了水库生境重塑目标区间。以岷江上游紫坪铺水库为例，对其变动回水区齐口裂腹鱼产卵场进行模拟，计算了182种流量水位组合工况下齐口裂腹鱼有效栖息地面积，确定紫坪铺水库变动回水区生境重塑目标区间，此区间的入库流量范围为114~652 m³/s，水位范围为817~844 m，从而调度水库水位实现变动回水区产卵场重塑目标。本研究确定的生境重塑目标区间，为水库变动回水区鱼类产卵场的功能修复提供了科学支持，并为水库生态效益最大化提供了新视角。

2021年黄河发生了新中国成立以来最严重的秋汛，在深入推动黄河流域生态保护和高质量发展的关键时期，基于此次秋汛典型河段归纳与总结黄河下游防汛抗洪抢险行之有效的实践经验十分必要。以位于黄河“豆腐腰”的开封河段为研究对象，基于上游水文站实测水文数据及局部河段水下地形资料，在分析2021年秋汛洪水特征的基础上，总结了开封河段成功防御大流量、长历时、高水位洪水的实践经验。研究提出的“一二三四五”防汛工作基本原则、“党政领导、应急统筹、河务支撑、部门协同、群防群控”防汛抢险机制、黄河滩区迁安救护四类安置新方法等，不仅可为未来黄河防汛工作提供支撑，也具有可复制、可推广性，对其他河流治理有借鉴意义。

高精度的河道水体解译对全面详实掌握水资源变化，科学制定水资源保护策略，合理规划开发水资源具有重要意义。研究以闽江下游主河道为研究区域，以Landsat-8、Sentinel-2和GF-6卫星影像为数据源，分析对比不同空间分辨率遥感影像在不同形态河道中的水体识别效果。结果表明，2~30 m空间分辨率的遥感影像均可有效反映河道形态；在边界规整的山区型河道和河面宽阔的入海型河道，2~30 m的空间分辨率遥感影像均能获得较好的解译结果，遥感影像空间分辨率的改变不会对河道的水体识别效果产生显著影响；遥感影像空间分辨率对河宽较窄的城区型河道的水体识别效果影响较大，高空间分辨遥感影像更有利于城区型河道水体的识别；随遥感影像空间分辨率的降低，遥感影像对河岸边界表征能力将逐渐下降，水体漏分和错分现象将增加。

水生漂浮植被常见于天然河流中，降低河流的过流能力，改变了水流结构，使得水流形态更为复杂。为了探究漂浮植被群作用下的水流特性，使用直径为0.01 m的圆形玻璃棒模拟刚性漂浮植被，利用高速粒子图像测速仪（PIV）和无线超声波水位测量系统分别对流速和水位进行测量，通过水槽试验探究植被根系入水深度、植被布置方式、植被群密度对水流特性的影响。试验结果表明，漂浮植被对水流结构的影响较大。在水槽中布置漂浮植被群后，植被区最大水流流速沿垂向出现在植被群根部与水槽床面中间位置；最大紊流强度出现在植被群根部及床面附近区域，而最小紊动强度出现在植被群根部与水槽床面中间位置；当植被群根系入水深度增大时，植被群上游水面壅高和水面纵比降越大、植被群底部以下水流流速相应增大，但紊动强度变化幅度减小；沿水流方向，植被群同侧布置流速产生“增强效应”，异侧布置流速产生“减弱效应”；最强紊动强度发生在植被区与无植被区交界处；随着植被密度的增加，流速的变化幅度增强，紊动强度变小。植被根部下方自由水流区的流速随植被密度增大而增大，植被根部上方区域流速随植被密度增大而减小，流速沿垂向呈“S”型分布。

为了研究影响流域水质的关键水质指标，以沂河为研究区域，基于2006-2019年水质数据，采用水质指数法对河流水质进行评价与建模。水质指数可以将大量复杂的水质数据转变为一个单独指标来反映水质整体状况，目前常被用于进行水质评价。共分析10个水质指标，包括TP、pH、WT、DO、NO₃-N、BOD₅、F^-、COD、SO₄ ^2-和NH₃-N。基于多元线性回归分析筛选流域关键水质指标，构建了沂河关键水质指标评价模型WQI_min，简化了评价所需的水质指标。结果表明：无论是否加权，四指标模型和六指标模型的拟合程度和预测精度都未达到最高，不是本研究的最优模型；五指标模型 \mathrm{W} \mathrm{Q} {\mathrm{I}}_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}+\mathrm{W}\mathrm{T}}^{\mathrm{w}}具有良好的水质评价性能，R ²=0.972，MSE=0.51，PE=2.07%，P<0.05，是本研究最优关键水质指标模型。该模型包括5个水质指标：NH₃-N、BOD₅、DO、SO₄ ^2-和WT，与WQI模型呈极显著正相关关系（P<0.001），对WQI的解释程度最大，不仅保持了评价精度，而且有效降低了检测成本，提高了水资源评价效率，能有效替代WQI模型进行流域水质评价。此外，基于同样的样本数据开发了人工神经网络模型，可有效应用于沂河水环境状态评价与预测，为沂河水质未来变化趋势提供参考，为水环境智能化模拟提供新的技术途径。

河湖水系连通性评价对实施区域水网连通战略，提高区域水资源统筹调配和承载能力，修复和改善水生态环境具有重要意义。以江汉平原河湖水系为研究对象，采用考虑闸站阻隔效应的改进图论法与基于多维连通机制的层次分析法，从网络结构和连通功能两方面分析评价了河湖水系连通现状与影响因素。结果表明：①研究区水网结构连通性得分为0.717 2，处于“较好”等级，但空间分布不均衡，西部和东部连通性较高，中部连通性较低，通顺河流域连通性高于四湖流域；②研究区水网功能连通性得分为0.688 5，处于“较好”等级，主要受区域灌排闸站数量较多、控制程度较高、闭合时间较长等不利因素影响，局部地区如四湖总干渠、通顺河以及洪湖等水流不畅，连通性较低；③结构和功能连通性评价结果基本一致，评价方法可靠性及适用性较强，可为江汉平原水网工程体系调整与生态河湖连通系统建设提供一定参考。

库区河道中支流来流较小时，水体和污染物受到干流的阻碍作用滞留在支流入汇口，严重时易在支流暴发水华。采用数值模拟结合水槽实验的方法，研究了弱混合条件下支流入汇口的水力特性。采用RNG k-ε紊流模型封闭水流控制方程，建立了明渠交汇水流三维数值仿真模型，模拟所得垂向流速分布及流场矢量图等结果与水槽试验数据吻合程度较高。基于4种汇流比和3种交汇角工况的数值模拟结果，提出了弱混合条件下支流入汇口水流结构分区，分析了不同交汇条件对入汇口关键水力特性的影响。研究发现：弱混合条件下支流入汇口右岸产生回流形成回水区，左岸水体受到挤压形成加速区，回流流速峰值出现在近右岸壁面处；不同交汇角条件下回水区长度大小为：150°>30°>90°，回水区长度随着汇流比增加而逐渐减小直至回水区消失；回水区最大宽度处距交汇区距离与汇流比成反比；入汇口紊动能峰值区域面积和峰值大小与汇流比成反比，与交汇角成正比，交汇角对紊动能的影响较汇流比更大。

通过模拟雨滴溅蚀试验，探究液滴定点脉冲式打击对非均匀沙的溅蚀影响。试验对4种中值粒径的非均匀沙（1， 2， 3， 3.7 mm）在4种坡度（0°，15°，25°，35°）条件下，采用直径3.65 mm的脉冲式液滴进行试验，对比其溅蚀过程和溅蚀坑型得出结论：相同直径的液滴在同坡度同中值粒径的非均匀沙坡面进行试验，脉冲式液滴对其影响比单液滴更明显，液滴连续打击具有一定的“叠加效应”，下垫面坡度及中值粒径的变化对溅蚀过程及溅蚀坑型也有明显影响。液滴初始打击赋予颗粒不稳定性，随着液滴持续打击，中心颗粒被压实形成塌陷，周围颗粒在侧压力和液滴打击的冲量作用下向四周呈抛物线跃移，形成粗颗粒松散沉积物，进而粗化发展形成溅蚀坑。随着坡度增加坡面稳定性变差，溅蚀坑坑口直径变大、上壁变陡、下壁变缓，下坑唇处颗粒堆积量增加，更易失稳垮塌。同时中值粒径越大细砂受到的遮蔽作用越强，液滴的能量损失越大，用于破坏下垫面原始结构的能量越少，形成溅蚀坑越难。

山洪灾害是对人类影响较大的自然灾害之一，给国民经济和人民生命财产造成了巨大的损失。开展山洪灾害风险评价是防御山洪灾害的有效方式之一，准确评价山洪灾害风险可为山洪防治工作和决策部署提供有力的技术支撑。研究以南阳市西部地区为研究区域，基于415个历史山洪灾害点，选取高程、坡度、年平均降水量和年最大3 h降水量均值等12项风险指标，构建了轻量级梯度提升LightGBM（Light Gradient Boosting Machine）山洪灾害风险评价模型。同时结合随机森林RF（Random Forest）和极端梯度提升XGBoost（Extreme Gradient Boosting）两种方法，通过准确度、精度等5种主要评价指标对比分析各模型精度，最后采用性能最佳模型绘制研究区山洪灾害风险图，并在此基础上，生成多尺度山洪灾害风险评价图，借此对南阳市西部地区山洪灾害分布特征进行探究，分析山洪灾害成因。结果表明：①LightGBM模型性能最好，精度为91.57%。RF模型性能较差，精度为84.62%；②坡度、高程和年平均降水量是影响研究区山洪发生的主要风险指标；③研究区山洪灾害风险评价结果与实际山洪发育情况基本一致，极高风险区与高风险区的面积占总面积的21%，且主要分布于山脉附近、河流周边最低处以及农田生产潜力大的区域。LightGBM是山洪灾害风险评价的有效方法，可以给南阳市的山洪灾害防御管理规划工作提供指导作用。

底泥是水库生态内源污染重要释放源。为全面了解山东省黄岛区主要水库底泥中重金属含量及其潜在生态危害程度，采集了黄岛区狄家河水库在内的10个水库的水样，测试了底泥中Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、Fe、Mn和As等10种重金属含量，分析了各元素的含量，利用多方法综合对水库底泥污染程度及潜在的生态风险进行评价，并结合周边生活、生产环境分析了重金属的可能来源。结果表明，西寨水库Hg含量超过标准要求，花沟水库Cd含量超过标准要求，其余水库各重金属含量均未超过标准要求；底泥重金属污染程度由强到弱依次为：Hg＞Cd＞Zn＞Pb≥Cu≥As＞Ni≥Cr，Hg、Cd为最主要的重金属污染元素；重金属潜在生态危害由强到弱依次为：Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni＞Zn，Hg、Cd是潜在的生态危害元素。花沟水库、吉利河河道、西寨水库、狄家河水库，尤其是西寨水库，污染程度较为严重，水库污染的因素主要为人为因素，主要来源为工业污水和生活用水排放。

针对何种DEM数据更适合山区流域的河网提取，选择长江上游与珠江上游的山区流域，以ALOS 12.5 m DEM、ASTER 30 m GDEM与SRTM 90 m DEM为基础数据，基于Arcpy提取研究区域河网，通过河网套合差、Arc Hydro Tools对提取结果进行修正与评价，探讨山区流域最佳集水面积阈值的选择与地形特征对数字河网提取的影响。结果表明：①分辨率为12.5 m的ALOS DEM河网套合差最小，能更真实地反映山区流域的水系发育程度；②通过Arc Hydro Tools修正DEM数据，3种DEM的河网套合差均减小，可明显提高河网的提取精度；③基于均值变点分析法确定研究区最佳集水面积阈值，ALOS DEM的最佳集水面积阈值为20 000，ASTER GDEM与SRTM DEM为500；④大起伏山地有利于河网的提取，ALOS DEM提取效果最佳。因此，经过修正的ALOS DEM提取流域水系效果最佳，成果可为山区流域提取水系提供一定的参考和借鉴。

现有水利工程在运行多年的情况下面临结构老化、运行条件改变等问题，无法满足设计条件下的安全运行，引发了现有水利工程和续建新工程的协同调度问题。针对新旧水利工程的协同防洪调度问题，收集历史洪水数据，采用皮尔逊Ⅲ型分布和正态分布分别拟合洪峰流量分布，运用蒙特卡罗方法随机选取大于现状设计流量的伪随机数作为设计洪水的洪峰流量，再利用“峰比”同倍比放大法设计15 d洪水过程线。选取新旧工程各自的特征流量进行组合，以构成不同的运行工况，并计算在各种工况下新旧工程协同防洪的风险值。以江西省赣抚平原的岗前渡槽（旧渡槽）及其续建工程岗前倒虹吸（新渡槽）为研究对象，分析工程特点后选取旧渡槽的现状防洪安全最小运行流量、设计流量以及新渡槽的设计流量、加大流量作为该工程的特征流量。结果表明：基于P-Ⅲ分布的洪水风险计算结果比正态分布的结果偏高约40%，说明洪峰分布采取P-Ⅲ分布可以模拟更加不利的洪水条件。用P-Ⅲ分布拟合洪峰流量，新渡槽按设计标准运行时，旧渡槽的防洪风险率为23%；而旧渡槽按设计标准运行时，新渡槽的防洪风险率为8%，说明渡槽协同防洪时，旧渡槽面临的防洪风险更大。研究成果可为新旧水利工程协同防洪调度规则的制定提供参考。

我国的合同节水项目目前尚处于推广阶段，其面临诸多不确定的风险，在此背景下进行合同节水项目的风险评价具有十分重要的理论及现实意义。通过文献分析法确定合同节水项目全生命周期中的潜在风险，采用多元联系数集对分析法对合同节水项目全生命周期的风险进行评价，得到如下结论：我国的合同节水项目总体风险水平较低，因此很适合推广，但也存在着一些潜在的高风险因素；在控制合同节水项目风险时要重点控制风险水平较高的风险，如信息风险、融资风险和客户风险；同时也要加强对风险水平有上升趋势的风险的控制，如市场竞争风险和通货膨胀风险。最后针对这些风险提出了相应的政策建议。

城市供水管网的运行对社会经济发展和人民生产生活有着重要的影响。为了确保城市供水管网的安全稳定运行，需要研究降低管网故障率的方法。在城市管网设计时，不仅需要考虑管网总造价等经济性指标，还需要考虑管网故障率等可靠性指标。随着总造价的提高，故障率呈下降趋势；反之，随着总造价的降低，故障率呈上升趋势。显然，总造价和故障率是一对相互冲突的目标。基于此，采用基于分解的多目标进化算法（Multi-objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition， MOEA/D）对该多目标优化问题进行处理。MOEA/D一次运行能够获得一组相互非支配的解，称之为帕累托（Pareto）解。为了平衡Pareto解的多样性和收敛性，提出一种具有两阶段策略和小生境引导策略的自适应MOEA/D算法，命名为MOEA/D-TPN算法。在MOEA/D-TPN中，将进化过程分成两个阶段。在第一阶段算法利用理想点 z ^*作为参考点，在第二阶段算法利用天顶点 z ^nad 作为参考点，因此能够较好地解决带有凸状或凹状的多目标优化问题。同时算法设计了一套小生境引导策略，以选择不同的交配个体，从而增强最终获取的近似Pareto前沿的多样性。利用6个基准测试问题和城市供水管网优化问题对所提MOEA/D-TPN算法的性能进行实验验证。仿真结表明，MOEA/D-TPN算法能够处理复杂的多目标优化问题，所获取的解起到了平衡总造价和故障率的目的，为城市供水管网的工程设计提供可行参考方案。

随着经济的快速发展，河北平原水资源的需求量迅速增大，地下水严重超采，农业用水成本剧增，对经济发展和生态建设造成了极大负面的影响，节约和高效用水迫在眉睫、势在必行，政策节水是成本较低、效果直接的有效策略之一。通过深入系统研究“一提一补”节水政策在实际执行中遇到的各种问题，从制度设计内因出发，通过建立提价幅度、提价方式与节水效果模型，估算成本收益，研究优化对策，提出了有效、公平、普适、操作性兼顾的“一征一保”管理节水新模式，可有效促进水资源优化配置，为全国农业水价改革特别是地下水超采区综合治理提供理论依据和可推广借鉴的经验。

为明确冻融过程对渠道保温材料导热性能的影响程度，以聚苯乙烯（XPS）保温材料为对象，采用快速冻融实验方法，获取了冻融作用下XPS板吸水率及导热系数的变化规律。结合保温材料多孔结构特征，构建了材料三相导热系数模型，并引入参数对体积分数进行修正，从而提高了模型预测精度。最后利用实验结果和既有模型，验证了该模型的可靠性。结果表明：冻融循环200次后，XPS的导热系数约增大43%。通过调整两个拟合参数，导热系数预测值与实测值的最大相对误差可小于5%。建议充分预留保温性能安全系数，以应对保温材料导热系数增大带来的问题。研究成果可为保温层设计及保温材料性能优化提供参考。

为探明不同土地利用类型条件下优先流入渗的定量特征，以西南喀斯特地区梯田的园地、耕地和林地为研究对象，通过表置式环式入渗仪和亮蓝进行染色入渗试验，对梯田上不同土地利用类型的优先流和基质流进行了定量划分，并对其入渗速率和累积入渗量进行了对比研究。结果表明：①基质流是该地区梯田土壤入渗的主要部分。②在整个入渗过程中，园地和耕地的优先流渗透率都大于林地，达到稳定入渗时，耕地和园地的优先流入渗率分别是林地的1.87和1.80倍，累积入渗量是林地的1.2和1.3倍。③从染色渗透深度来看，耕地的优先流运动深度可达32.1 cm，明显大于园地（25.5 cm）和林地（15.7 cm），即与林地相比，园地和耕地具有更好的孔隙发育，优先流现象更明显。④不同土地利用方式的土壤质地显著影响优先流入渗率和入渗量的大小。研究结果可深化对西南喀斯特梯田入渗过程的认识，并对防控西南喀斯特地区水土流失具有一定指导意义。

倒虹吸结构作为调水工程中重要的地下水工建筑物极易受地震作用及地质条件影响，且埋深较浅的倒虹吸结构更易因土层震动影响结构稳定性。将选取某工程倒虹吸结构为研究对象，利用Newmark时程分析法进行三维有限元动力响应分析，研究中软土地质类型下该倒虹吸的地震响应规律。研究结果表明：加速度响应峰值相比输入最大加速度值放大约1.4倍，但沿倒虹吸截面高度变化不大；水平段各特征点的x向位移均大于进口渐变段，在两管段的接口连接处易发生错动破坏，最大沉降为13.6 mm，在安全范围内；Ⅶ度地震下，最大第三主应力为3.23 MPa，小于C20混凝土的抗压强度标准值，倒虹吸结构的最大第一主应力为1.48 MPa，已与抗拉强度值相当，易产生损伤。VII度地震下的倒虹吸整体结构处于安全状态。

闸坝的基础中往往不可避免地分布着一些不利的节理、裂隙和软弱结构面，应进行结构沿软弱结构面的深层抗滑稳定计算。结构在挡水时上下游存在水头差，混凝土结构往往作为不透水材料考虑，基础承担了绝大部分的水头损失，其渗流作用不可忽略。在有限元强度折减法的基础上，通过渗透场力分解为渗透体积力和浮托力，研究了渗流作用下，闸坝在有无帷幕灌浆影响下的深层抗滑稳定性，结果表明：基础帷幕灌浆可有效截断渗流，显著提高闸坝结构深层抗滑稳定性；渗透作用对结构深层抗滑稳定性影响方面，同时考虑渗透体积力和浮托力>仅考虑浮托力>仅考虑渗透体积力，浮托力起主导作用，但是渗透体积力的作用不可忽视。

探究土壤水分入渗和水盐迁移对棉杆掺沙隔层的响应特征。采用室内土柱模拟试验，研究了不同棉秆隔层掺沙比例（质量占比0、50%、75%、85%、90%、95%、100%，分别以T0、T50、T75、T85、T90、T95、T100表示）对土壤水分垂向入渗及水盐迁移的影响。结果表明：①棉杆掺沙隔层阻滞水分入渗，延长了入渗时间。T0入渗时间最长，T95次之，T50、T75、T85、T90和T100入渗时间较短，且差异不明显。②对隔层以上的累计入渗量时间特性与湿润锋推进规律无影响，对隔层以下影响显著，以T0阻渗效果最好，T95次之。③累计入渗量随时间的变化关系，CK可用Kostiakov模型描述。而棉杆掺沙隔层处理在隔层以上范围Kostiakov模型拟合情况较好，以下线性模型描述较好。④入渗结束后，上层盐分淡化、底部积盐，土壤上层含水率以T0最高，T95次之。入渗结束两天后，水分分布趋于均匀，土层中部的盐分出现了一定程度的下移，T0和T95下移幅度最大。综合湿润锋、累计入渗量等入渗特性指标与水盐运移与重分布规律，为防治土壤盐渍化与提高水分利用效率，建议在新疆旱区推广应用秸秆隔层与秸秆隔层混掺95%风积沙农艺措施。

为探究砂石覆盖对滨海盐碱土水盐分布特征的影响，开展了室内不同砂石覆盖度（0、25%、50%、75%、100%）滨海盐碱土蒸发及水盐分布试验，结果表明，覆砂能有效地保持土壤水分，降低土壤表层盐分含量，且保墒抑盐效果随砂石覆盖度的增加而增加。试验期间，覆砂处理土壤表层含水率较CK增加了58.57%~232.71%，剖面含水率较CK增加了82.41%~220.91%，表层土壤盐分含量较CK降低了22.72%~46.04%，土壤剖面盐分含量较CK降低了7.15%~11.76%；砂石覆盖可有效地抑制土壤表层积聚，提高土壤剖面盐分空间分布均匀性；试验期间，覆砂处理土壤蒸发强度比CK处理降低了15.51%~48.82%，蒸发初期砂石覆盖对土壤蒸发强度抑制作用强于蒸发后期。

为提高平面钢闸门三维有限元线性分析的科学性和规范性，以某水电站机组进水口快速平面钢闸门为研究对象，采用ANSYS有限元分析软件，从有限元网格划分和漏水孔结构简化两个方面出发，讨论研究了此类平面钢闸门三维有限元线性分析的若干问题。研究表明：采用shell281单元对平面钢闸门这样的典型空间薄壁结构进行有限元计算时，应力计算结果精度更高；在划分网格建立有限元模型时，网格尺寸的大小对挠度影响较小，合理的网格尺寸可以使应力的有限元计算结果与网格尺寸之间具有无关性，并减少计算量；相对于自由划分方式得到的网格质量，映射划分方法得到的网格质量更高，但对平面钢闸门结构应力和挠度的计算精度的提高甚微，且映射划分方法工作量较大，效率较低；当平面钢闸门主梁漏水孔直径与梁高之比（径高比）小于或等于0.15时，在建立平面钢闸门模型时可简化忽略漏水孔，反之则不能简化。

为便于水轮机叶片设计操作和形状控制，建立了叶片参数化设计方法并应用于微型余能回收水轮机。首先，基于轴面流线积分方程推导得到叶片骨线的参数化公式并给出设计流程图和计算表。然后，分析了余能回收水轮机的特点，并针对输水管网余能回收案例进行水轮机参数化设计。最后，通过数值仿真对余能回收水轮机全流道进行计算与分析。参数化设计过程中得到叶片包角、安放角等参数曲线，通过调整叶片包角分布曲线可以改变叶片口速度矩分布。经参数化方法设计得到的水轮机内部流场均匀，最优数值预测效率达93.6%。通过试验验证机组运行良好，水轮机运行效率约88.3%，基本满足使用要求。研究成果为微型余能回收水轮机的设计提供参考。

随着风、光等可再生能源大量馈入，电网结构日趋复杂。在此背景下，水电机组将根据需要经常处于变工况运行，运行环境变得恶劣，其传统的PID控制策略显然难以实现各种复杂工况下的最优控制。为此，将广义预测控制（GPC）应用于水电机组，并基于引力搜索算法（GSA）对其参数进行优化，实现了水电机组基于GSA-GPC的自适应预测控制。仿真结果表明，相比传统的PID控制器，设计的基于GSA-GPC的自适应预测控制器在不同工况下均有优异的调节性能，实现了水电机组多工况下最优控制。

为了分析水电站厂房的动力特性、求解其刚度中心的位置，在传统刚度中心计算方式的基础上，对计算公式中柔度系数的获取方式做出了改变，修订了水电站厂房刚度中心的计算方法，使刚度中心求解方法的适用性更为广泛。以某水电站厂房为计算模型，应用有限元软件ANSYS进行了刚柔耦合仿真分析，求解得出了该结构的刚度中心，此外还对使用ANSYS求解刚度中心时影响计算结果精确性的因素进行了分析。结果显示：本文修订的刚度中心计算方法结合ANSYS软件不仅可求解得出复杂结构的刚度中心，而且求解速度与精度皆高于传统计算方法，但在求解过程中，网格的不均匀加密将引起计算模型的抗侧刚度发生不均匀变化，对刚度中心数值计算结果的精确性存在一定影响。

水电机组变速运行可极大提高机组运行效率与调节品质，是解决小水电机组运行效率低、调节品质差的有效手段。讨论了小水电机组的变速运行方案及控制策略，建立了适宜于小水电机组变速方案的数学模型及控制策略模型，通过仿真对比了不同控制策略下的机组转速、机组功率的变化过程。结果表明：小水电机组更适合采用基于全功率变流器与同步发电机的变速方案，同时控制系统适宜采用网侧变流器控制变流器直流母线电压与输出的无功功率，采用机侧变流器控制机组有功功率，采用调速器控制机组转速的策略，仿真中机组功率无反调现象，且稳定速度快，机组功率可在0.9 s进入稳定值的4‰且不再偏离。研究结果可为小水电资源高效开发提供参考。

针对水电机组调节系统中存在的控制不确定性与干扰，提出了基于线性矩阵不等式的状态反馈滑模容错控制策略。首先，建立了水电机组调节系统状态空间模型，并结合该模型对控制律进行设计；然后，利用基于线性矩阵不等式的等效控制原理实现滑模容错控制算法设计，提高调节系统的控制性能与可靠性。最后，根据线性矩阵不等式理论和Lyapunov稳定性定理对控制器稳定性进行分析。仿真结果表明，所提滑模容错控制方法对引入控制不确定性与干扰的水电机组调节系统具有良好的适用性。

针对引水隧洞复杂结构段衬砌表观缺陷定期检测的迫切需求，采用机器人搭载三维激光扫描仪在隧洞放空状态下进行缺陷智能检测。基于三维激光扫描在隧洞上平段、斜井段、下平段的巡检采集数据，开展衬砌表观缺陷特征与分布规律分析。结果表明：巡检机器人搭载三维激光扫描仪突破了壁面光滑的斜井段人工检测盲区的难题，可有效实现隧洞不同结构段的缺陷检测；引水隧洞衬砌表观缺陷包括裂缝和渗漏，主要分布于上、下平段，斜井段的缺陷相对较少。从隧洞断面来看，缺陷主要分布于洞顶位置，洞腰和洞底缺陷较少；与其他缺陷相比，裂缝是引水隧洞存在的主要缺陷类型，后期工程运行与安全检查时应重点关注引水隧洞顶部位的裂缝扩展情况。

随着砌体水工涵洞服役年限的增长，现有涵洞结构亟待得到快速准确的检测与评估诊断。基于数字图像的检测方法可以显著提高检测效率，但受限于水工涵洞病害检测时光照条件恶劣、空间狭小等因素，给该方法的应用带来诸多挑战。针对上述问题，建立基于YOLOv5网络的水工涵洞病害检测模型，通过对采集的涵洞图像进行目标检测，并将识别结果进行优化，实现对水工涵洞病害的快速识别。运用Mosaic数据增强、多尺度训练及Adam优化器对模型的性能进行优化分析，以提高模型的重建效果。现场实例应用结果表明，基于YOLOv5网络能够快速、高效地识别水工涵洞病害，该方法可克服水工涵洞的外观干扰特征，其识别精度与实际情况相符，可准确判别水工涵洞病害等级，具有广泛的应用前景。

为提高抽水蓄能机组的安全稳定运行能力，解析其运行状态，获取机组设备的健康状况，准确预测其未来发展趋势，提出一种融合变分模态分解（VMD）和注意力机制（AM）的双向长短期记忆网络（BiLSTM）的趋势预测模型。首先，利用Bagging算法建立考虑机组有功功率、工作水头、导叶开度和转速等影响的健康状态模型；其次，依据健康状态模型，计算机组的劣化趋势序列，利用VMD算法对趋势序列进行分解，得到多个平滑稳定的模态分量；最后，对每个模态分量建立双向长短期记忆网络和注意力机制结合的模型进行趋势预测，并将各分量预测结果叠加，得到机组最终的趋势预测结果。仿真结果表明，文中所提方法能准确地表达机组的劣化趋势，并能有效地提高劣化趋势的预测精度。

针对梯级多主体水电站联合调度时传统效益分摊方法计算量大，以及水电面临市场化深度影响的问题，提出市场经济下梯级水电站群联合调度效益分摊方法。首先采用“还原法”计算联合调度时入库流量，以改进发电量-电价函数拟合市场电价对市场经济下梯级水电站群发电效益最大模型进行求解；然后以信息熵法将市场经济下梯级电站间复杂效益联系量化为各电站效益贡献所代表的效益分摊比例，以竞争力指数法将电站特征参数转化为电站竞争力所代表的效益分摊比例，采用线性加权法将两者结合对梯级联合调度效益进行分摊；最后采用满意度评价与分配策略倾向分析对分摊结果进行双重评定。乌江梯级实例结果如下：3座电站与6座电站联合调度效益分摊时本文方法与以Shapley值法为基础的客观权重组合分摊方法、损失比例法等分摊方法相比：分摊结果分配策略倾向分析最大值更小且方差平均值更低，各主体满意度方差最小，说明效益分摊结果公平性和合理性更好；三座电站与六座电站效益分摊分别仅需四条、七条效益信息，说明计算效率更高。分摊结果表明本研究方法能够以较少的效益信息量有效解决多主体梯级水电站联合调度效益分摊问题，对实现市场背景下的多主体梯级水电联合优化调度具有一定参考意义。