为了经济合理地充分发挥水电站水库的调节能力，促进风光资源的高效消纳，基于微观经济学生产产品时存在的边际产量递减规律，以水电站水库调节能力为可变要素，将风光资源消纳视为“固定要素”的充分发挥，建立了水风光联合发电效益最大模型，可求解得到促进风光资源经济消纳的水电站水库优化调度方案。算例分析结果表明：在入库流量、负荷需求以及水库运行状态等因素一定的条件下，模型可充分反映水电站水库参与风光出力调节时对风光资源的消纳和水风光联合发电效益的贡献，给出了不同情景下水电站水库参与风光出力调节的优化调度方案，对于在保障电力系统安全的前提下充分发挥水电站水库的调节能力和提升水风光联合发电效益具有一定的参考价值。

本文聚焦于三峡电站厂内经济运行的关键问题——实现以最小化耗水量为目标的大规模机组实时负荷分配。鉴于传统动态规划方法在处理三峡电站大规模水电机组群时面临维数爆炸问题，进而无法满足调度决策实时性要求，本文提出基于深度强化学习的多时段机组负荷分配模型训练和决策框架。采用深度强化学习方法训练深度神经网络，通过预训练网络模型决策生成机组负荷分配计划。将群论应用到深度强化学习的状态和动作特征处理中，显著压缩了状态和动作空间，从而提升模型训练效率。研究结果表明，相比于动态规划法，基于深度强化学习的三峡电站机组负荷分配方法在保证优化解精度的同时，以不到1%的效益损失为代价，将决策耗时降低了2个数量级，为水电站大规模机组负荷分配提供了一种快速、高效的解决方案。

床沙组成的变化影响悬沙沿程恢复及河床阻力变化。本文基于黄河下游7个水文站1999—2020年的实测床沙资料，计算了各水文断面不同粒径组床沙占比的年际变化，分析了近二十年持续冲刷过程中不同河型河段床沙的时空粗化特性，讨论了河床冲淤过程对床沙粗化的影响。从时间来看，小浪底水库运用后，不同时期床沙的粗化特点不同，拦沙初期（2000—2006年）急剧粗化，拦沙后期（2007—2020年）粗化放缓，高村站及上游各站床沙呈波动粗化，高村站以下则变化不大，且粗化程度最强处由游荡段向下游过渡段转移；从空间来看，床沙沿程细化，游荡段以极粗沙为主，过渡段以粗沙和极粗沙为主，弯曲段的中细沙不可忽视。拦沙初期各河段床沙组成的调整表现为中细均冲；拦沙后期则表现为中粗均冲，极粗沙占比增大，利津以上各站细沙占比不足5%，对悬沙的补给受限，中沙和粗沙仍经受冲刷，极粗沙对相应悬沙有较好补给作用。河段汛后床沙中值粒径与河床累计冲刷量呈良好的幂函数正相关关系，但拦沙后期床面已粗化到相当程度，河床冲淤对床沙粗化的影响受限。研究结果有助于掌握近期整个黄河下游床沙的粗化现状及预测下游河道冲淤变形规律。

湖泊营养状态直接反映了水环境质量，但在复杂环境因素影响下，全面且准确评估大型湖泊的营养状态是一项挑战。为应对这一难题，综合运用卫星遥感数据和现场实测数据等多源信息，并采用光谱曲线和四分位距原则（IQR）清洗数据异常值，以反演湖泊营养状态表征指标：叶绿素a浓度（Chl-a）和营养状态指数（TSI）。通过统计分析选取关键环境因子，包括pH、温度（T）、平均风速（AWS）和含沙量（SC），基于反向传输神经网络（BP-NN）和麻雀搜索算法（SSA）构建营养状态反演模型SSA-BP-NN。结果表明：基于BP-NN模型的Chl-a和TSI反演精度分别为0.843和0.834，而经SSA算法优化后，二者反演精度提高至0.918和0.936。以洪泽湖为例，运用该模型阐明了大型湖泊营养状态的时空分布特性，即西、北部湖区高于东部湖区。此外，栅格点数据分析表明Chl-a和TSI具有较强的相关性，且TSI的变化范围更稳定。水华因其高度瞬态性而复杂，TSI作为综合性指标可反映水体富营养化的基本情况，为水华风险预警提供背景参考。本研究表明，通过引入与湖泊营养状态相关性较强的环境因子，可以显著提升遥感反演模型评估精度，为大型湖泊生态系统健康状况评估和风险预警提供参考。

混合抽蓄-风-光多能互补系统具有广阔应用前景，其容量配置需面临复杂水力水量、电力电量关系表征问题，同时其经济性评价需考虑电力市场规则。本研究提出了运行优化与容量配置决策两阶段优化思路，首先提出了适应中长期市场的月度统一电力送出模式，其次构建了混合抽蓄-风-光多能互补系统中长期运行多目标优化模型，然后基于海量容量情景模拟获取离散决策空间，最后从中优选得到最优新能源容量配置及运行方案。黄河上游清洁能源基地算例结果表明：失负荷风险接受度高、中、低分别对应新能源容量配置为混合抽蓄容量的3.2 ~ 3.9倍、2.4 ~ 3.0倍、1.6 ~ 2.1倍；系统月尺度打包并网电量峰谷比介于1.36 ~ 1.45，说明系统内各电源在中长期尺度的互补性较好。

混凝土是我国水利水电工程建设的关键基础材料。然而，作为一种典型的多孔介质材料，其在水工环境下易发生离子侵蚀、产物腐蚀、基体开裂等问题，导致钢筋锈蚀、结构承载力下降，难以满足西部高原、南部沿海等地区水利水电工程长寿命设计与高质量建设的发展需求。本文首先总结了严酷环境下传统水工混凝土结构材料损伤劣化机理和面临的问题与挑战。进一步地，详细介绍了水工混凝土结构材料长寿命设计方法与性能提升材料。最后，本文展望了人工智能在水工混凝土结构材料长寿命设计与应用方面的发展前景，为国家重大水利水电工程的安全运维与长效服役提供新方法和新思路。

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏，严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验，采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明：材料受到冲击磨损和磨蚀的累积失重量均随泥沙浓度变化呈近线性增长；当泥沙浓度小于60 kg/m3时，3种材料累积失重量随泥沙浓度增长较缓；当泥沙浓度大于60 kg/m3时，材料失重量增长较快。随着泥沙浓度的增大，冲击磨蚀对材料造成更严重的破坏，但空蚀损伤呈减弱趋势，材料表面硬度越高，抗空蚀性能越好，磨损和磨蚀失重量相等的临界泥沙浓度越低。空蚀作用会影响沙粒撞击材料表面的角度，导致颗粒水平冲击载荷更大，磨痕呈现切削唇边和堆积，在更高泥沙浓度下沙粒切削破坏占据主导作用。

水利水电工程施工安全隐患体量大、形式多元、类型多样，同一隐患可能涉及多个类型，且隐患类型的界定存在模糊不清的现象。隐患分类多以人工经验为主导，极易导致隐患管理混淆，增加了隐患管理的难度。针对上述问题，本文提出了一种水电工程施工安全隐患文本多标签智能分类方法。首先，利用ALBERT模型对文本信息进行编码，实现非结构化安全隐患文本的高精度量化；然后，以文本量化结果为基础，考虑安全隐患中文本内容权重，利用Attention机制改进的双向门控循环单元（Bi-GRU），构建安全隐患文本多标签智能分类模型，提升施工安全隐患识别效率；最后，利用水电工程施工安全隐患文本，测试方法性能，得到方法的F1值达到了92.11%，证明了该方法的适用性，有望为水电工程施工的安全管理、事故隐患排查和分析提供信息支撑。

针对梯级泵站系统运行效率普遍偏低、能耗损失较大等问题，建立了梯级泵站优化调度模型，引入了寻优能力强、搜索精度高的麻雀搜索算法（SSA），对算法中安全阈值和侦察者占比两参数进行了比选；据此提出了基于SSA算法的梯级泵站优化调度方法，并将其应用于密云水库调蓄工程中的三级泵站优化调度研究。结果表明，三种不同流量工况下，相较于现状方案，PSO及GA算法所得优化方案其系统运行效率可提升0.03% ~ 0.18%，年运行成本可节省￥9,700 ~ ￥69,500。利用SSA算法所获优化方案在两项指标改进方面更为突出，可达到0.98% ~ 1.20%的效率提升及￥369,000 ~ ￥443,900的年运行费用的节省，验证了SSA算法在梯级泵站优化调度中的可行性和高效性，可为梯级泵站优化调度提供一种合理可靠的方法。

平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因，引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例，基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型，采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证，并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位，共28种模拟工况，模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明：构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响，河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比，高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大，污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时，不同引调水路径的引水流量上升28.00% ~ 64.70%，断面氨氮浓度削减了0.85 ~ 5.50 mg/L，削减比例达到28.89% ~ 67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路，为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。

本文以百万千瓦混流机组为研究对象，使用ANSYS软件进行三维全流道稳态数值分析。探究在额定工况下，当转轮出现Y轴负方向0.1 mm、0.3 mm、0.5 mm、1.5 mm、2.5 mm的径向安装偏差时，间隙分布不均匀对于百万千瓦大型水轮机组内部流动特征的影响。研究发现，在一定偏差数值内，随着间隙的减小，该区域压力逐渐上升，但超过该数值以后，流体无法流入则变为了低压区。另外，上冠腔和下环腔均出现了相同数量的旋涡演变周期，但旋涡的发生位置不同，上冠腔旋涡较剧烈，且数量与叶片数呈非整数倍关系。最后阐明了下环腔内壁面受到的旋涡流动冲击程度要大于上冠腔内壁面。因此，本研究可以应用于其他大中型混流式水轮机的设计与安装，对于提高水轮机运行质量、降低运行成本和提高水电站效益具有重要意义。

为解决专家决策的主观性造成的风险评价不确定性和不同风险参数权重下考虑多种风险因子评价问题，这里提出一种基于IT2FS-MARCOS法的水利工程施工风险评价方法。首先确定水利工程施工风险指标评估体系，运用最优最劣法（BWM）融合基于层间相关性的客观赋权法（CRITIC）的组合赋权法对各风险参数的权重进行分析；然后引入区间2型模糊集（IT2FS）改进多准则决策中的基于折衷方案的备选方案排序法（MARCOS）计算各风险因素的效用函数值，基于效用函数值进行风险因素分析和评价。结合工程实例应用，表明：地质、天气条件和作业计划安排等风险因素危险程度较高，其中地质条件对该施工项目安全威胁最大，为水利工程施工需重点管理的风险因子。该模型的特点是不仅考虑了专家评价的模糊性，而且采用多准则决策方法避免对风险参数简单加权，与优劣解距离法（TOPSIS）相比，本方法与工程实际符合得更好，有望为处理水利工程不确定信息下的风险评价提供一种新的思路。

随着安全监测技术的发展，柔性智能位移计、管道机器人等新型监测技术逐步被用于堆石坝的安全监测。高堆石坝在其生命期内中积累了海量的监测数据，充分利用这些数据，开展参数反演分析，可以提高堆石坝数值模拟的准确性，有助于合理评估堆石坝安全性态。论文基于时间序列聚类从海量监测数据选择有代表性、多样性的测点组合，提取时序特征构造目标函数，反映堆石坝变形的时空演化特性，采用多目标优化算法进行堆石坝各分区的材料参数反演。与现有参数反演方法相比，本文方法能合理利用堆石坝大量监测数据，充分反映其在填筑、蓄水和运行过程中的变形发展和空间分布特性，基于反演分析的材料参数其计算沉降值与实测值吻合良好，能够显著提升参数反演的精度。

大型河道型水库在发挥水电效益的同时，其特有的水温分层对水环境的影响不容忽视。现有研究多偏重于水温垂向差异及时间演变规律研究，对于其形成过程的水动力影响研究尚不够深入。本研究利用数学模型模拟分析西南地区典型河道型水库—乌东德水库水温结构变化过程，发现水动力条件是水温结构形成的决定性因素，主温跃层的形成和演变取决于温差异重流导致的水动力机制。2—3月来水下潜于水库底部，二者界面形成主温跃层，并不断向库区下游发展；4—6月来流形成中间流，其上和其下分别形成两个温跃层；7月入库水流为上浮流，其下形成主温跃层；坝前局部区域水体主温跃层因取水孔口动力抽吸作用等温线出现局部收缩。

高陡边坡变形与稳定性分析是水利水电工程建设与运行的关键技术难题。近二十年来，我国建设了一批大型水利水电工程，成功解决了许多高坝大库的关键技术难题，在库坝高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制方面取得了显著进展。本文紧扣高陡边坡变形和稳定性演化这一主题，以西南水电工程高陡边坡性能评价为研究主线，阐述了高陡边坡稳定性影响因素和破坏模式、稳定性评价与变形分析方法、渗流分析与控制等研究进展，重点聚焦严格三维极限平衡方法、修正Hoek-Bray楔形体法、刚体弹簧法、基于监测数据的参数反演方法以及边坡渗流分析等方面的研究成果，论述了水电工程高陡边坡全生命周期变形与稳定性演化分析的学术思路与技术路线，讨论了未来面临的一些挑战性难题。

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物，以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体，以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料，通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料，并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明：掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大，作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物；偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料，其包覆的微生物14 d存活率为86.63%，有效保证了固载微生物的长期活性；对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆，修复养护90 d裂缝最大修复宽度为0.616 mm，高于直接内掺的0.453 mm，有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。

竖井式进出水口是抽水蓄能电站水道系统两端控制水流的常用进出水口型式之一。竖井式进出水口双向过流，水流在短距离内经历两次90°流向转变（水平-竖直-水平），流向变化剧烈，水力条件复杂，深入研究竖井式进出水口水力特性，进而优化其体型结构，对抽水蓄能电站设计及施工具有重要意义。首先，介绍竖井式进出水口应用背景及体型特点，分析竖井式进出水口水力特性存在的问题；其次，对竖井式进出水口孔口流量分配、拦污栅断面流速分布、漩涡和水头损失等方面研究进展进行总结；最后，归纳了竖井式进出水口水力特性研究方法，探讨了今后研究应聚焦的主要方向。

梯级大坝建设阻隔了自然河流水温的连续性，导致明显的水温累积效应，产生系列的生态效应。本文通过分析金沙江下游及三峡库区沿程水温的时空变化特征，揭示了建坝前后不同尺度水温的变化特征及累积效应，并分析了水温变化对鱼类产卵的影响。研究结果表明，金沙江下游在溪洛渡和向家坝建成后沿程年均水温差变小，沿程水文站年最大水温呈下降趋势，而年最小水温显著抬升，其中1月和12月最为明显。建坝后年水温变幅缩小且水温分布天数有“聚拢”趋势，水温分布天数由M型转为V型。累积效应指标发现建坝后时间拥挤效应显著，极值水温出现时间滞后，水温推迟达1 ~ 2个月，统计了攀枝花段27种和向家坝下游段46种鱼类产卵习性，发现水温变化导致受高度影响的鱼类分别占比48%和44%。本文丰富了梯级大坝建设的水温累积效应及对鱼类产卵的影响研究，对加强管理大型梯级运行引起的温度变化与保障下游生态恢复具有一定的科学意义。

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用，试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中，测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明，当纤维掺量为1.5 kg/m3时，混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%；修复养护28 d后，平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10-5 m/s降至3.40×10-6 m/s，降幅达89.9%；能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能，增强裂缝自修复效果。

为探究脉冲磨料水射流的破岩效果，选用五种不同强度的硬岩，开展了脉冲纯水/磨料水射流破岩试验，并以冲蚀孔尺寸为指标，将脉冲纯水/磨料水射流的破岩效果同连续纯水/磨料水射流进行了对比。结果表明：连续磨料水射流冲蚀岩体过程主要依赖磨料粒子的磨削作用，而脉冲磨料水射流则是连续的水锤效应和磨料粒子磨削作用的叠加；无磨料粒子时，连续水射流破岩主要依赖射流初期的单个水锤效应，而脉冲水射流则是多个连续的水锤压力持续冲击岩石，导致岩体表面出现破碎区。