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。

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。

弱混合条件下下干流对支流入汇区水流结构影响显著，支流入汇区水流特性复杂，弄清支流入汇区水动力特性对河流的生态修复、水环境治理等问题具有重要意义。研究采用物理模型和数值模拟结合的方法，构建并验证明渠干支流交汇RNG k-ε紊流模型，根据不同交汇角弱混合多种汇流比工况计算结果，详细分析了交汇角和汇流比的变化对支流入汇区流速分布特性和环流结构的影响，并计算分析得出不同交汇角支流入汇区发生回流汇流比的临界值。结果表明：干支流交汇弱混合条件下，干流对支流入汇区水流结构影响显著。支流水流在入汇区在右岸出现回流形成回流区，并右岸壁面处形成最大回流流速区；支流入汇区表中层形成大尺度的横向涡结构，出现了明显回流区和环流结构，环流结构尺度随着汇流比的增大而减小，与交汇角的相关关系表现为150°大于30°大于90°；纵向涡量峰值与汇流比均呈负相关关系，汇流比越大，涡量峰值越小；交汇角30°、90°和150°支流入汇区发生回流，出现环流结构的汇流比γ临界值分别为0.013、0.011、0.031。

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%。

金沙江下游四座梯级水库联合调度防洪风险评价能科学地衡量其防洪风险性，为长江中下游川渝河段的防洪安全提供保障。针对防洪调度中的风险问题，基于联合防洪调度方案，通过建立以削峰幅度、防洪风险率、水位变幅和下泄流量超标风险率为指标的风险评价体系，并采用蒙特卡罗法进行风险模拟，构建了基于灾害学的防洪调度风险评价模型，评估了不同来水频率和水库起调水位下的防洪风险。研究表明：在可行起调方案集下，乌东德、白鹤滩两库的削峰幅度随两库起调水位升高呈下降趋势，溪洛渡、向家坝两库削峰幅度在7%以下，金沙江下游梯级水库的入库洪水危险性小；各水库未出现最高库水位超出相应频率防洪高水位（乌东德975 m，白鹤滩825 m，溪洛渡600 m，向家坝380 m）的情况，水库的水位变幅均未超过安全变幅范围，库区整体防洪风险低，川渝河段的防洪风险在可控范围内；当发生较小洪水时下游防护对象的承灾能力较好，保护区控制站的下泄流量低于防洪安全标准值，下游防护对象的防洪风险低，但发生干支流恶劣洪水遭遇（如2012年型1%洪水）时，其遭遇破坏的可能性大，风险超出防洪标准，保障防洪安全需要支流水库配合干流水库联合防洪。模型可有效评估川渝河段防洪调度风险，为地区防洪调度风险研究和决策提供参考。

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。

地下水资源的科学管理及决策高度依赖于精确的地下水模型，其中渗透系数这一水文地质参数发挥着至关重要的作用。为了全面理解和有效利用地下水，不仅需要准确估计渗透系数空间分布，还需对参数的不确定性进行量化，以评价其可信度。研究利用贝叶斯卷积神经网络（BCNN）探讨了渗透系数的参数反演和不确定性分析问题。为了检验该方法的有效性，进行了二维稳态水力层析抽水试验的虚拟数值实验。基准模型是具有编码-解码器结构的卷积神经网络，通过建立一个逆向映射模型，能够直接从空间插值得到的水头场中估计出参数场。在这个确定性模型的基础上，训练了贝叶斯卷积神经网络。结果表明，BCNN在不同训练数据规模下，都比确定性模型精度更高，特别是在数据量较少时，优势更加突出。通过对测试集样本进行分析，发现模型对不同区域的估计值有不同的可信度。训练良好的BCNN能够可靠地捕捉渗透系数分布的大致模式。此外，与生成式模型相比，BCNN在估计更加具挑战性的多峰非高斯对数渗透系数场时也有良好表现，这证明了BCNN在不同地质介质条件下的广泛适用性。贝叶斯卷积神经网络的使用能准确反演渗透系数并评估不确定性，为后续的地下水流模拟等物理过程提供了坚实的基础。

研究蒸散发的变化对灌溉水分管理和水资源利用有重要作用。三江平原是中国重要的农业区，灌溉用水量巨大。研究的目的是探讨三江平原蒸散发的变化趋势，为水资源可持续发展提供科学依据。研究选用了3种基于互补相关原理的蒸散发模型，比较了其在估算三江平原蒸散发（ET_A ）时的精度，并根据水量平衡方程对蒸散发模型进行参数调整，最终选择精度最高的模型用于估算1960-2020年三江平原ET_A。研究采用了多种分析方法，Mann-Kendall检验和反距离权重法用于讨论ET_A 时空变化规律，相关系数和单因素敏感性分析法用于讨论气象因素对ET_A 的影响。结果表明，使用原始参数值的3种蒸散发模型在估算ET_A 时误差较大，在对3种模型的参数进行调整后，互补相关陆面蒸散模型表现出更高的准确性，成为估算三江平原ET_A 的最优模型；三江平原年ET_A 在61年间处于显著上升趋势，线性增长速率为0.4 mm/a，夏季ET_A 的变化趋势与年ET_A 一致，其余季节的ET_A 变化趋势不同，夏季ET_A 的上升是影响年ET_A 上升的最主要因素；ET_A 的空间分布不同，多年平均值和季节平均值集中出现在三江平原的中部区域，三江平原东部ET_A 的上升速率快于中部和西部区域；最低气温与ET_A 的相关性最强，风速与ET_A 的相关性最弱，ET_A 对气温变化敏感，最高气温的变化对ET_A 的影响程度最大。

水温上升、光合作用、高坝泄流等过程均可能产生溶解气体过饱和问题，会影响河流和其他水体中鱼类的生物多样性。曝气技术已被证实能够显著促进过饱和TDG（total dissolved gas）、DO及DN等气体的释放，是一种减缓过饱水体影响的重要方法。使用针孔曝气盘和微孔曝气管进行了不同曝气量、曝气水深条件下的过饱和溶解气体释放试验，探究过饱和溶解气体释放规律。试验结果表明微孔曝气作用下过饱和TDG、DO及DN的释放过程符合一阶动力学方程，所有试验工况的过饱和DO能够释放到平衡状态，而过饱和DN的释放速率缓慢，且长时间无法达到平衡状态，呈现k _DO>k _TDG>k _DN；过饱和TDG、DO及DN的释放系数随曝气量的增加而增加，随曝气水深的增加而减小，相同曝气量、曝气水深下使用微孔曝气管对过饱和TDG、DO及DN的释放效果是明显优于针孔曝气盘的。使用二元线性回归模型建立了微孔曝气作用下过饱和TDG、DO及DN的释放系数关系式，能较好地预测k _TDG，相关系数R ²达到0.958。研究揭示了微孔曝气作用下过饱和溶解气体的释放特性，为曝气技术减缓过饱和溶解气体影响提供一定的参考价值。

为解决随着城市内涝问题日益严重的问题，以广州市番禺区政府周边区域为研究对象，通过SWMM和 LISFLOOD-FP耦合模型对研究区进行暴雨内涝模拟，模拟LID设施在不同暴雨重现期的径流削减效果，对不同淹没特点的内涝区考虑其影响因素的权重，通过AHP-TOPSIS研究方法得出LID设施的最优布置方案对研究区进行改造。结果表明：①对“20220804”短历时暴雨进行模型验证，表明模型可以较为真实地反映研究区淹没范围及水深，有较好精度；②对耦合模型进行重现期为2、5、10、20、30 a降雨模拟，结果表明盛泰路与东兴路交叉口、钻汇广场、清河中路、大北路、富华中路、桥兴大道、光明北路，繁华路、禺山大道和光明南路所处街区，解放路、解放大街和环城西路所在街区为内涝易发生地。③在满足调蓄容积条件下，设计由生物滞留带、雨水花园、绿色屋顶构成的10种方案，考虑不同内涝区影响因素的权重，利用AHP-TOPSIS法对10个LID设施布置方案的综合效益进行分析，最终得出不同淹没特点内涝区的最优LID设施改造方案。

随着人们对美好生活需要的日益增长，城市河道水环境成为提升城市品位、改善居民生活质量的重要组成部分。各地区在水环境治理方面开展了大量的工作，整体水环境质量不断提升，但部分河道水质仍存在超标现象，在流域内实施了截污治污、河道清淤、生态补水等工程措施基础上，需对流域内水质超标河道进行水生态综合治理，进一步提升河道水质。研究通过现状调查摸清本底及水质提升需求，对流域内内源污染、点源污染、面源污染、大气干湿沉降污染等污染负荷分析，得出日均污染负荷，按既定的水质目标和设计水量、水文条件，计算水体所能容纳污染物的最大量，对比日均污染负荷和水体水环境容量，得出水体水环境自净容量提升需求。研究范围河道污染负荷主要来自于污水处理厂尾水和上游河道来水，河段主要污染物控制因子为COD、NH₃-N、TP，结合生态湿地净化原理及净化效率、生态塘库沉水植物净化作用、生态河道对水体中氮、磷的净化能力，以复合型生态湿地为水质净化核心功能区以生态塘库及生态河道作为污染物降解和转化辅助措施，按区位空间条件及现状实际，提出实施生态湿地、生态塘库、生态河道多级净化复合型生态处理措施，通过多级净化，提升河道水环境自净容量，实现城市河道水质提升。该技术路线优势明显，适用性强，通过多种生态措施组合、低成本提升水环境自净容量，实现水质考核目标，并为其他区域提供可借鉴的治理思路，各区域可结合实际本底、空间条件和水质目标进一步分析研究，通过河道水质多级净化治理思路，发挥水生态建设的积极作用。

目前对红壤坡地氮素流失的试验研究主要集中在人工土槽装置中监测径流和壤中流氮素，缺乏在野外自然坡情况下氮素在径流-壤中流及土壤中迁移转化过程的整体研究。为了探究天然红壤坡地氮素在地表径流-土壤水系统中的迁移转化规律，在江西水土保持生态科技园开展了3次坡地人工降雨氮素流失试验，对不同坡面及土壤初始条件下人工降雨过程中地表径流、壤中流及土壤水分状况与氮素（硝态氮和铵态氮）浓度进行了监测和分析。结果表明，初始坡面粗糙截流能力强，能减少地表径流产流量，但会导致硝态氮大量渗入土壤，造成硝态氮随土壤水的下移。自然坡地土壤中的大孔隙和土壤空间变异性是导致壤中流的主要原因，壤中流硝态氮浓度显著高于地表径流硝态氮浓度，导致壤中流硝态氮流失占比较高，第一次试验中硝态氮壤中流流失占比超过50%。相比较而言，壤中流与地表径流铵态氮浓度均较小，与铵态氮在土壤中较强的吸附能力有关。历次试验中，土壤硝态氮和铵态氮沿顺坡方向空间变异性较大，随时间变化无一致性规律，除受到坡面水力特征影响外，还受到土壤温度的影响。

面对农业灌溉区硝酸盐渗透污染地下水，损害人体健康和生态环境的现象，在传统可渗透反应墙（PRB）技术上增加电化学技术改善对硝酸盐的处理。结果表明，在立体电场作用下硝酸盐的去除率由传统技术的63.25%提高至95.77%，反应时间由原来的7 d缩短至3 d，提高处理效率降低成本。研究考察HRT、pH、电压、板间距单因素对电化学强化反应墙（EK-PRB）去除硝酸盐的影响，在此基础上通过响应曲面模型预测在HRT=15 h、电压=31 V、板间距=8.5 cm条件下EK-PRB的最佳去除率为96.75%，实际去除率为95.74%。相比传统PRB技术，EK-PRB填充生物炭粒子电极，提高污染物的传质速率，增强吸附能力同时提供更多的反应位点。通过三维电解和PRB的联合作用不仅大大提高污染物的去除效率，而且使得吸附后的填料介质在电化学作用下得到再生，实现反应过程的可持续进行，以期为处理硝酸盐的实际应用提供技术支撑。

水生植被广泛生长于河流和湖泊的浅滩区域，在发挥自身生态功能的同时，也对河道行洪和泥沙输移有重要影响。本研究基于野外天然河道植被调查，采用二维浅水动力学数值模拟定量评估了长江干流武汉段汉口江滩南荻–芦苇群落大规模扩张对漫滩流量下河道水沙输移的影响：在植被阻水作用下，植被区上游水位最大壅高幅度达0.04 m左右；植被区内流速减幅在0.3~1.2 m/s，主流区流速增幅为0.04~0.3 m/s。水动力变化进而改变了泥沙起动情况，近岸植被区形成了一条狭长的泥沙起动减弱带，起动粒径最大减小了5 mm；而主流区的起动粒径有所增大，增幅在3~10 mm之间。研究成果可提高对天然河道尺度下植被水沙动力学的认识，并为生态河道防洪设计提供理论参考。

为模拟极端天气条件下关键的环境因子对城市景观水体湖滨带温室气体（GHGs）排放的影响，本研究以GHGs高排放样地-南京星甸湿地公园为研究对象，采集湖滨带表层沉积物进行室内培养，探讨在不同水分和温度条件下沉积物GHGs累计排放量和理化性质的变化差异。研究发现：①长期高温会抑制土壤呼吸，30℃淹水处理组在培养前期的GHGs排放速率是培养后期的1.6~4.1倍，这是由于随着培养时间的增长环境内DOC含量和C/N下降，有限碳含量不足以维持现有微生物生存需求，大量微生物死亡，不利于GHGs的排放；②在适宜温度内，水分增加和温度升高都会促进城市景观水体湖滨带沉积物GHGs的排放，这是由于淹水和增温都有利于沉积物中的厌氧微生物的繁殖与代谢，加速了有机质（DOM）-类富里酸的分解，CO₂和CH₄作为微生物分解DOM的副产物也增加了排放总量，此外，增温有利于影响硝化-反硝化过程的生物酶的活性，N₂O的排放总量也有所增加。结果表明：未来应该高度关注不同环境条件下外源溶解性碳输入对景观水体温室气体排放的影响，为准确评估城市景观水体对全球碳排放的贡献并制定减排政策提供重要理论依据。

生态补水是白洋淀生态环境治理的一项重要举措，根据生态补水机制的变化过程，将白洋淀的生态补水过程分为临时补水阶段、应急补水阶段和稳定补水阶段。为进行各生态补水阶段下白洋淀水体的时空格局变化分析，通过GEE对白洋淀在1990-2022年的701幅遥感影像进行水体和冰体提取，分析不同阶段下水体时空变化格局，以及专门分析了冬季结冰期的冰体面积变化。主要得出以下结论：①在各个生态补水阶段，白洋淀水体面积均呈现在夏季最小，冬春季最大的特点，而随着生态补水机制的不断完善，白洋淀水体面积变化幅度逐渐减小，呈现“削峰补低”的变化规律，其中临时补水阶段的逐月平均水体面积介于0.63~186.03 km²，稳定补水阶段的逐月平均水体面积介于17.88~109.15 km²，变化幅度减小了50.77%；②生态补水机制的完善让白洋淀呈现永久性水体大幅增加，间歇性水体大幅减小的变化规律，其中临时补水阶段永久性水体面积为7.66 km²，而稳定补水阶段的永久性水体面积为23.62 km²，增加了208.16%，间歇性水体面积则从263.50 km²减少到143.58 km²，减小了45.51%；③从冰体面积变化角度分析，随着生态补水机制的不断完善，白洋淀的冰体面积不断减小，其中一月份的平均冰体面积从72.77 km²减小到12.60 km²，减小了82.69%。结果表明：生态补水机制的完善并没有导致白洋淀水体面积不断增加，而是使白洋淀的水体环境更加破碎化；在全球变暖以及其他因素的影响下，白洋淀的冰体面积大幅减小；这种趋于破碎化、板块化的水域特征可能不利于生物多样性的保护，但鉴于生态系统对于水文响应具有滞后性，今后需进一步加强生态水文响应过程监测和研究。

多孔孔板常作为节流元件安装在管道中，但孔板下游的空化流动容易导致管道振动，对系统产生不利影响，本文通过实验测量不同孔隙率孔板在不同空化阶段产生的振动及对应的压差和流量。结果表明，随着空化程度的不断加剧，全频段振动加速度级显著增大，峰值逐渐也增大，振动加速度呈现宽频特性。通过空化振动曲线中拟合曲线的斜率不同，可以区分出不同空化阶段以及临界空化数，孔隙率小于1.8的孔板临界空化数随孔隙率的增大迅速减小，当孔隙率大于1.8，初生及持续空化数随孔隙率增速变缓，阻塞空化数基本不变，即适当增大孔隙率有利于延缓空化的发生。根据空化流阻曲线，未发生空化时孔板流阻系数基本不变，空化初生时流阻系数略有减小，而后随着空化不断加剧，流阻系数迅速增大，孔隙率越大，流阻越大，流阻受空化数的影响越大。综合考虑孔板的振动和流阻特性，建议孔板孔隙率应保持在1.8～2.0之间。

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。

回流孔是外混式自吸泵结构中重要的辅助装置，是影响泵自吸性能与外特性的主要因素之一。为了解决自吸泵运行中自吸效率低、耗时长的的问题，依据经验公式设计出不同面积方案的回流孔，基于数值模拟对各方案泵内部流动进行仿真计算，将计算结果与试验结果进行对比，分析不同方案下自吸泵内部流动的差异和规律，预估改造后泵的能量特性，确定了模型泵的最佳回流孔面积。结果表明：回流孔大小影响流体在流道内的流动和泵内部流场分布，其与泵自吸性能呈正相关、同水力性能负相关，改造后回流孔回流量增加，泵效率下降了2.2%，扬程下降了7.6%，运行高效点偏向大流量工况区。研究结果可为类似自吸泵结构的改造设计提供参考。

通过不同含水量下南水北调中线工程高填方渠堤的改性土、膨胀土和渠基土的直剪试验，研究含水量对3种土体剪应力-剪切位移以及抗剪强度的影响规律。结果表明：3种土体的基质吸力随着含水量增加而显著减小；当含水量较低时，剪应力-剪切位移曲线呈剪切软化型；而随含水量的增加，剪应力-剪切位移曲线转化为剪切硬化型。不同土体的抗剪强度随含水量增加均呈现先增大后减小的变化规律，且含水量达到土体的塑性含水量以后，抗剪强度降低较小。含水量对改性土、回填膨胀土和渠基土的黏聚力及内摩擦角存在着显著影响，黏聚力与含水量满足二次多项式关系；土体的内摩擦角随着土体含水量的增加呈现出非线性减小的变化规律，且渠堤改性土内摩擦角随含水量的降低幅度较渠堤膨胀土和渠基土大。

多水源灌区中的灌溉回归水重复利用是普遍存在的现象，分析了灌溉回归水重复利用的机理并结合改进SWAT模型的特点概化了灌溉回归水及其重复利用量的计算方法，并说明了实际灌溉用水量的计算方法。进一步以浙江省浦江县通济桥水库灌区为实例，利用改进SWAT模型构建其水文循环模型，利用长系列实测逐月径流及实测渠首灌溉取水量率定模型参数，并进行验证。其中率定期及验证期的纳什效率系数均大于等于0.85，4条干渠灌水量模拟值与实测值的平均相对误差低于5%，表明改进SWAT模型具有良好的模拟效果且可用于模拟灌区不同水源类型的灌水量。进一步根据模型模拟结果计算得到通济桥水库灌区灌溉回归水及其重复利用量、以及灌区实际灌溉用水量，结果表明，该灌区灌溉回归水重复利用率达到40%，考虑扣除灌溉回归水重复利用量后，灌区灌溉用水量将降低约5.4%，灌区骨干水源灌溉用水量占总用水量的63%，不能代替整个灌区的灌溉用水量。进一步说明灌区实际灌溉用水量统计时应考虑扣除灌溉回归水重复利用量，尤其针对大型灌区或大范围区域，灌区灌溉用水量减少的绝对值将十分可观，可提高灌区灌溉用水量统计精度。对于有监测设施的灌区，不能仅仅以监测水量作为灌区的灌溉用水量，应模拟统计灌区内来源不同水源类型的实际灌溉用水量。

通过对目前水利信息化建设中面临的问题和需求进行分析，提出一种多网聚合通信的组网方案，根据水利信息化不同业务场景和承载要求，主链路，选择聚合通信CPE的WIFI传输为主，备用链路选择聚合通信的4G/5G通信或有线的应用组合，以补充智慧水利建设中偏远地区无线通信困难问题，实现大容量、高带宽、高安全、易建设和低成本特性的数据传输要求。

通过建立多目标渠系优化配水模型，优化渠系配水过程，为新疆农业节水灌溉提供科学依据。以新疆五家渠灌区新东干渠作为研究对象，采用多目标粒子群优化算法以配水渠道的渗漏损失量最小，水流稳定为优化目标，建立多目标渠系优化配水模型，并与回溯搜索算法就配水时间和渗漏损失量进行比较。研究表明，多目标渠系优化配水模型能将配水时间从15 d缩短至约11 d，渠系配水量为71.58 万m³，与回溯搜索算法相比，配水时间从14 d缩短至11 d，渗漏量减少了8.39 万m³。采用多目标粒子群优化算法对新疆五家渠灌区新东干渠进行配水过程优化，不但满足了优化目标，减少了渠系渗漏，缩短了配水时间，且比回溯算法更具有实用性。

深埋隧洞往往会穿越复杂的地质结构，隧洞在穿越富水断层面临严重的涌水突泥问题，其中围岩内的渗流过程以及应力状态是隧洞围岩稳定的关键影响因素。以雾渡河段为研究对象，基于数值模拟方法研究了富水断层内隧洞开挖过程中的渗流过程以及隧洞围岩的稳定性。结果表明，隧洞开挖会导致隧洞围岩内渗流过程改变，隧洞衬砌会承受较大的外水压力；灌浆圈有效地阻隔了地下水，水流通过排水孔流出，二者组合能降低衬砌70%的外水压力；断层围岩物理力学性质较差，开挖后变形明显，水平向的位移大于铅直向；采用超前灌浆与超前支护处理后，围岩位移降低50%~60%，衬砌应力显著降低；综合比选后，推荐使用长4.5 m、搭接长度1 m、外插角为15°的小导管和长30 m、搭接长度3 m、外插角3°的管棚进行超前支护。

以云南省元谋县金沙江光伏提水工程的第一级浮船泵站供水系统为例，开展了浮船泵站水锤防护的研究。在参考相关设计规范的基础上，确定了停泵水锤防护标准；通过比较不同水源水位和停泵台数对过渡过程的影响，确定水锤防护的控制工况为水源水位最低、运行机组全部停泵的工况；根据管道沿线地形和浮船泵站的特点，在分析泵出口阀关闭程序、中间气压罐防护效果、罐前逆止阀作用的基础上，提出了“泵出口轴流式逆止阀+中间气压罐+罐前逆止阀”的水锤防护方案。该方案通过泵出口轴流式逆止阀完全防止机组倒转，通过中间气压罐控制管线中的正负水锤压力，通过罐前逆止阀防止倒泄水流对浮船和摇臂联络管的冲击。该防护措施对类似工程有较好的参考意义。

测量机器人在水库大坝自动化监测中应用广泛，为确保监测结果的可靠性，需对原始观测值进行折光修正。结合测量机器人自动化监测可提高监测频率、提供大量观测数据的特点，在分析观测值折光影响因素的基础上，构建了神经网络折光修正模型来对原始观测值：垂直角、斜距、水平角进行修正。并利用某水电大坝自动化监测系统展开了试验与验证，选取评价指标对模型修正后观测值精度进行分析。结果表明，对于以垂直角为基础的垂直位移修正，基于神经网络的方法相对于传统的 K值修正公式效果明显，最高可提升垂直位移的精度约2 mm。对于斜距修正，基于神经网络的方法有一定的效果，显示出距离越远效果越明显的趋势。对于水平角修正，数据结果表明水平角观测值受折光影响较小，使用神经网络进行修正并不能进一步提高观测值的精度。

针对水电机组难以利用实时监测数据对机组劣化状态进行有效评估，以及水电机组不同运行工况对运行状态指标趋势预测模型参数影响显著的问题，提出一种基于参数自适应支持向量回归机（SVR）、变分模态分解（VMD）和时间卷积网络（TCN）的水电机组劣化趋势预测方法；首先按照功率和水头将机组运行工况细化为若干典型工况，在此基础上采用改进天鹰算法建立SVR模型，对各个工况下的预测参数进行寻优，建立起工况与最优参数的数据；再通过神经网络对工况和最优预测参数进行拟合，构建出映射两者复杂关系的非线性函数，然后将构建出的映射关系加入到传统的SVR中，实现适应于水电机组工况变化的自适应SVR健康模型；其次，根据健康模型输出的标准值和监测数据，计算出劣化趋势序列；最后，考虑到劣化趋势序列的非线性因素，建立了一个基于VMD-TCN的时间序列预测模型，以实现对劣化趋势的准确预测。并设计多组对比实验，验证所提出模型的精度更高，时间更快。

随着风电、光伏等随机能源大量接入，电网结构变得复杂。在此背景下，水电机组将根据需要经常处于变工况运行，运行环境日趋恶劣，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H _∞理论应用于水电机组，并基于改进樽海鞘算法（ISSA）和综合ITAE指标对其参数进行优化，实现了基于ISSA-H _∞的水电机组自适应鲁棒控制。仿真结果表明，相比传统的PID控制器，设计的基于ISSA-H _∞的自适应鲁棒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。

针对水电站闸门水封存在密封性能在运行过程中裂化、密封性能预测困难、水封更换时螺栓预紧量的确定缺乏理论依据等问题，提出基于多元线性回归的螺栓预紧量补偿模型。结合工程实例，通过Ogden公式建立方头P型水封橡胶超弹性本构模型，建立复杂工况下水封密封结构非线性有限元计算模型。基于Ansys计算了4种影响因素下的水封接触应力，分析了多种影响因素与水封密封性能之间的独立影响和综合影响规律，在有限元分析的基础上，基于多元线性回归建立了接触应力计算公式，构建了螺栓预紧量补偿模型，实现了水封密封性能反演和螺栓预紧量补偿计算。结果表明，基于螺栓预紧量补偿模型得到的接触应力与预期值的平均相对误差为7.6%，最大相对误差为16.9%，模型能够实现在水封安装工况改变时对螺栓预紧量进行修正，从而得到预期水封密封性能，为实际工程中水封结构的设计、安装提供了可靠依据。

水风光多能互补系统大多聚焦协同调度和提高新能源消纳研究，却忽略了风光能源消纳对水库水位的潜在影响。构建了考虑短期弃电特征的水风光互补系统中长期优化调度模型。首先，根据实际水风光出力模拟可能的弃电情景，拟合弃电损失函数，将其嵌套在中长期优化调度模型中；其次，模拟接入风光前后的水库调度运行过程；最后，分析风光消纳对梯级水库群年际、年内、月运行水位的影响。以黄河上游龙羊峡至刘家峡梯级水电站水风光互补系统为实例，研究表明：①接入风光后，梯级水库群的年均出力降低约0.5%，可促进风光消纳，保证系统总出力更大，可提高风光上网出力和系统总出力约2.2%；②风光消纳导致梯级水库群的年际和月水位波动增加，龙羊峡和刘家峡水库的年末消落水位和年均水位的波动范围分别增加2.5%、101.6%、0.8%和78.9%，龙羊峡的月水位波动变幅为0，刘家峡月水位下限降低14.7%；③在丰水年，接入风光后梯级水库水位显著下降；平水年，龙羊峡水库水位稍有降低，刘家峡水库的水位表现为汛前春季水位降低，汛后秋季水位升高；枯水年，风光消纳对水库水位几乎没有影响。这些研究结果对于更好地理解风光能源与水库运行之间的复杂关系以及优化水风光互补系统的运行策略具有重要的实际意义。

梯级水电站开展负荷有效调度对于提高水电站的供电能力具有重要作用。为了最大程度发挥出梯级水电站的优势，实现对其优化调度并保证稳定运行，研究以提高联合调度效益和峰谷调节能力为目标，通过协调不同水电站之间的发电量、出力调整以及蓄水量等多种参数，再结合各个水电站之间的相互影响和依赖关系等因素，以整体性能优化为目标，协调梯级水电站的运行计划和调度策略，使梯级水电站达到更高效、经济且稳定可靠的电力供应。还在引入模糊半梯形隶属度函数的基础上，利用模糊识别模型划分出峰谷时段，分别以发电效益最高、电网余荷均方差最小为目标函数，利用差分进化算法求解约束条件下满足目标函数的最优解，最终得到了梯级水电站的负荷联合调度方案。实验结果表明：在应用该方法后，可以使电网余荷均方差更小，发电总效益也得到显著提高，说明该方法的联合调度效果更优。

为了研究抽水蓄能机组特性曲线对过渡过程的影响，采用三组比转速接近的已建电站的特性曲线对某电站进行了水力过渡过程计算分析。通过对比计算发现：减小飞逸曲线与机组运行轨迹线交点的单位转速，有助于降低机组最大转速上升率。初始工况点应选在特性曲线相对平滑的地方，有助于减小机组在过渡过程中的流量变化，降低蜗壳进口最大压力。“s”特性斜率变化率越小，整体越平滑，尾水管进口最小压力越高。可以为项目前期选择合适的转轮提供理论依据。

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。

渗流分析是土石坝设计、安全评价中的一项重要工作内容，目前国内外较成熟的专业软件如理正岩土软件渗流模块、AutoBank、GeoStudio\SEEP/W模块、ANSYS软件等，侧重于渗流计算，对于多方案拟定、成果提取、报告编写及后期处理均需设计人员二次加工，导致整体工作效率不高。为解决该问题，笔者利用VBA语言结合API函数，将Excel、Word、AutoCAD和渗流软件进行融合，实现了土石坝渗流多方案自动分析计算、成果提取、报告编写于一体的功能，对土石坝多断面、多工况的渗流分析成果能够一键生成，降低了计算、制图与编写报告的门槛，实现了计算分析的标准化生产，极大地提高了效率和成果质量。

土石坝是水电行业应用最广泛的坝型之一，而堆石坝是其最优选择，其坝料颗粒级配对施工质量和运行安全具有重要影响。由于人工筛分具有很大的缺点，图像识别技术正在成为热点。基于图像识别对堆石料开展原位级配检测，针对石料颗粒的形状及分布特点，采用分层法将堆石料分为上、中上、中下、下总共4层，将4层级配曲线根据各自占比进行加权合并，合并曲线与筛分曲线误差在10%左右，相比之前减少了10%，检测结果更为为准确；同时建立了坝料粒径级配评价模型，统计已有堆石坝的分形维数，通过对比模型分形指标和筛分指标，验证了运用分形维数D来评价坝料级配分布的可行性。该方法可为类似工程中颗粒级配的快速、准确检测提供借鉴。

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。