气候变化与能源电力供需关系密切。2022年夏季长江上游出现历史同期最高气温、历史同期持续最长高温天数、历史同期最少降水的“三最”叠加局面，导致水电大省——四川日缺电力1700万kW、日缺电量3.7亿kW?h，对社会经济发展和人民生活造成了重大影响。研究建立极端天气下的电力保供规划机制，对于保障能源电力安全具有重要意义。本文分析了2022年夏季四川极端天气对四川电力的影响，辨析了四川电力发展存在的短板，提出了电力转型过程中先立后破、水风光火储多能互补、电源和电网协调发展的有关对策措施建议。

本文基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第五代大气再分析数据集ERA5，定义了两类复合高温干旱事件（即气象干旱或农业干旱与高温同时发生的事件），对长江流域2022年春夏复合高温干旱事件演变过程进行了分析，评估了其持续时间及覆盖面积等特征及变化规律。研究结果表明，长江流域2022年复合高温干旱事件时间上自6月开始，8月最严重，9月有所缓解，空间上由中下游开始，然后扩大到全流域，9月又缩小至中下游地区；与流域历史典型事件相比，2022年夏季复合高温干旱事件的各特征值均为最大；1979—2022年期间，两类复合高温干旱事件7—8月份的特征值呈现显著增加趋势。本文结果可加深对流域复合高温干旱事件的认识，对于应对气候变暖背景下的极端事件具有重要意义。

为提高生态流量预警预报精度及水利工程生态调度效率，本文以浙江省椒江流域为研究对象，采用水文学法计算断面生态流量及预警阈值，利用主成分分析法筛选模型预报因子，并提出了基于深度学习和概念水文模型的河湖生态流量预报预警新方法。结果表明：柏枝岙和沙段断面最适宜的生态流量核算值分别为2.89 m3/s和1.92 m3/s；选取降雨和蒸发作为输入因子，采用网格搜索法寻找最优参数，极值梯度提升算法（XGBoost）在所有年份的生态流量预警等级信息预报合格率都达到100%；基于XGBoost和新安江水文模型的耦合预报模型能够很好地完成生态流量预警预报和水库生态流量调度工作。研究成果可为河湖水资源保护和监管提供决策依据。

以发电效益最大为目标，探究适应极端枯水条件的金沙江下游和三峡梯级水库蓄水策略。结合蓄水效益最大规则和三峡供水调度需求，提出了极端枯水条件下梯级水库蓄水调度方式，以蓄水位目标为控制边界拟定不同水量分配原则的蓄水方案，选择典型极端枯水进行模拟调度和效益分析。结果表明：梯级水库蓄满的临界天然来水条件为8月—9月上旬来水不少于97%频率的典型来水（1994年），9月中旬—11月来水不少于90%频率的典型来水（1992年）；极端枯水条件下，梯级水库通过开展联合补水调度，能够满足三峡向下游供水的调度需求；梯级水库无法全部蓄满情况下，优先蓄满金沙江下游梯级水库可使发电效益更大，推荐优先蓄满白鹤滩水库，其次溪洛渡水库。

为量化径流预报的不确定性所产生的供水风险，本文以引汉济渭跨流域调水工程为研究对象，基于来水不确定性的概率分布定义了供水风险，以此建立与求解了供水调度模型，获得了不同预报误差的多尺度供水风险值，厘清了风险升级的预报临界误差，揭示了来水不确定性对跨流域调水工程供水风险的影响。研究表明：产生供水风险的径流预报误差阈值为15%，且预报误差与供水风险呈二次幂函数关系；三河口水库可利用其多年调节水库的性能，缓解预报误差带来的供水风险；将供水风险分为轻险、中险和重险，确定了风险升级的阈值分别为0.117、0.190，对应的预报误差分别为24.0%、32.7%。研究成果将为保障陕西省引汉济渭工程等跨流域调水工程的调水安全提供决策依据。

为提高径流预报的准确性，对黄河唐乃亥站和兰州站实测月径流序列，分别采用梯度提升树回归（GBDT）、反向传播算法（BP）、差分进化-灰狼算法（HGWO）优化的支持向量回归（SVR）算法，结合变分模态分解方法（VMD）和极点对称模态分解方法（ESMD），建立组合预报模型。结果表明，组合模型VMD-HGWO-SVR预测效果最好，与ESMD-HGWO-SVR、VMD-BP、VMD-GBDT相比，两站的预测结果的平均绝对误差分别平均降低53.38%、14.27%、6.8%，均方根误差分别平均降低53.66%、22.0%、11.54%，平均相对误差分别平均降低54.92%、12.0%、3.67%，纳什效率系数分别平均提高17.09%、3.26%、1.36%。可以看出，该方法在月径流时间序列预测中具有较好的效果。

山洪灾害风险预警过程中各组分（数据、水文模拟、预警方法）的不确定性对山洪风险预警不确定性的影响机制尚不明确，缺乏定量组合分析理论与方法。本文提出了一种针对山洪灾害风险预警的耦合不确定性分析方法。该方法基于水文模型模拟及动态量临界雨量进行山洪灾害风险预警，并对预警过程中降水输入、水文模拟及山洪预警方法的不确定性及其组合不确定性进行分析。在福建闽江下游流域的应用结果表明，降水输入、水文模型径流模拟、临界雨量量化方法所导致的不确定性占总体不确定性的36%、24%及40%。在耦合不确定分析下，不同风险等级（Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ四个风险等级）对应的山洪灾害的发生概率平均分别为58%、65%、79%、81%。本研究发展的不确定性分析方法对于精准预报及科学防灾抗洪有着重要的实践意义。

水利工程施工过程中施工人员不安全行为是引发安全问题的关键因素，施工现场大多采用现场安全巡检、可穿戴式装备、实时监控等方法进行不安全行为识别，存在费时费力、成本高、信息化水平低等问题，不利于危险行为的及时发现、预警。针对上述问题，本文基于计算机视觉、深度学习，提出了适用于水利工程施工大场景下的不安全行为识别方法。首先，针对大场景下施工人员机械中的小目标漏检、错检问题，提出YOLOv5改进方法，并构建了施工人员机械多对象目标检测模型；其次，基于目标检测模型，分别提出了靠近静态危险区域、动态施工机械、安全帽未佩戴等常规不安全行为的识别方法；最后通过工程实例验证，本文所提出的识别方法增加了施工现场管控手段和力度，有效提升水利工程施工安全智慧化管控水平。

青藏高原是受气候变化影响最为明显的地区之一，气候变化驱动下的径流变化趋势及其原因备受关注。该研究采用Mann-Kendall检验和Pettitt突变点检验，分析了西藏自治区11个水文站1980—2016年径流深的变化规律；并采用基于Choudhury-Yang方程的气候弹性法，量化了年降水、年潜在蒸发以及下垫面变化对年径流深的影响。结果表明，研究区年径流深总体呈不显著上升趋势，多个流域在1997年左右发生突变；雅鲁藏布江下游地区年径流深对气候变化和下垫面变化的敏感性明显低于其他地区；年降水量的变化是年径流深变化的主要影响因素，导致所有站点的年径流深增加，但区域差异较为明显，其中对拉萨河流域的影响最大。

日益严峻的城市洪涝灾害严重威胁着城市安全和可持续发展，准确评估城市洪涝风险对于保护人民群众生命财产安全至关重要。本研究基于元胞自动机洪水模拟模型构建深圳河流域洪涝仿真模型，采用综合主观层次分析法和客观权重赋权法的博弈论组合赋权法对各指标赋权，评估和预测不同降雨情景下深圳河流域城市洪涝风险。结果表明：深圳河流域城市洪涝高风险区存在典型的时空差异，随着暴雨重现期的增加，面积占比从2年一遇的0.20%增加到100年一遇的0.82%；中低风险区面积占比从2年一遇的67.4%减少到100年一遇的64.7%。研究结果可有效识别深圳河流域洪涝风险分布，为完善深圳河流域洪涝综合防治体系，提升城市洪涝防御能力和韧性提供借鉴与参考。

针对自膨胀高聚物材料在土体中劈裂扩散仿真手段尚不完备的现状，初步建立了一种模拟高聚物对土体劈裂压密作用的仿真方法。该方法采用扩展有限元离散求解区域土体介质，用修正剑桥模型描述土体力学特性，利用高聚物密度-围压关系迭代计算作用于裂缝面的浆液膨胀压力，实现了对土体劈裂缝扩展过程的数值模拟，通过与试验结果的对比验证了该方法的适用性。算例分析表明，应用该方法能够模拟膨胀力作用下土体裂缝启裂过程、扩展走向和浆脉厚度变化，获得裂缝周围土体变形模量、孔隙比、应力场和密度场分布特征，为深入研究膨胀性高聚物注浆材料对土体劈裂压密机制奠定了基础。

随着风光并网规模不断增加，仅在电源侧利用水电等调峰资源难以满足大规模风光并网需求。为此，本文在负荷侧引入价格型需求响应技术优化日负荷曲线，以源荷匹配度最高，弃电量最小为目标，建立了考虑价格型需求响应的水风光多能互补短期优化调度模型。同时为降低模型求解难度，将其解耦为两个单目标优化问题分阶段求解，最后将模型应用于金沙江下游乌东德水电站和昆明、玉溪两地风光电站互补联合发电研究中。结果表明：价格型需求响应技术对负荷曲线具有明显的削峰填谷效果，不仅可以提高水风光多能互补系统的源荷匹配程度，还能促进风光消纳，增加水风光联合总发电量。该结果论证了模型的有效性，为提高电网大规模消纳新能源提供了新思路。

已有特高拱坝分区变形预测模型不能辨识趋势性、周期性和波动性的空间差异性。提出一种改进的模型，应用变分模态分解将变形分解为趋势性、周期性和波动性分量；通过基于主成分的分层聚类方法确定温度因子，将库水位、温度和谷幅等影响因子分解为趋势性、低频和高频成分。采用基于形状距离的优化动态时间规整算法进行变形分量分区，计算分区质心序列，利用灰色关联度确定主要影响因子成分。构建基于实测温度的统计模型以及随机森林、最小二乘支持向量机和增强回归树等算法的分区预测模型，叠加各分量得到变形预测值。利用溪洛渡特高拱坝运行初期的变形数据验证改进分区模型的有效性，结果表明，模型精度较高，且同时识别了位移的空间关联性和差异性。

针对确定性水库优化调度模型难以直接应用于实际操作的局限性，建立雅砻江流域“三库七级”梯级水库电站联合优化调度模型，采用Gaussian径向基函数提取各水库的调度规则，并率定和检验拟合效果。结果表明，雅砻江梯级水库电站联合优化调度运行的年均发电量为983.19亿kW?h，比设计多年平均发电量增加78.94亿kW?h（+8.73%）；两河口、锦屏I级和二滩水库的优化调度过程呈现一定规律，Gaussian 径向基函数拟合调度过程的决定系数R2均大于90%，能有效拟合其调度规则，且模拟调度结果相比设计值增发电量51.27亿kW?h（+5.67%）。

高精度的变形预测对大坝安全运行和长期维护具有重要意义。针对当下方法预测精度低、数据信息挖掘不充分的问题，通过将变形序列进行变分模态分解，构建大坝变形影响因子与分量之间的关系，进而搭建不同结构参数的长短期记忆神经网络，最终提出了一种大坝变形分析模型。该模型综合灰狼算法、最小能量误差标准、最小冗余最大相关性方法等策略，从前端分解、信息提取和时序预测三方面对模型进行了改进，实现了最优化建模。实例分析表明，相较于常规监控模型，所提出的变形分析模型能够准确模拟坝体形变过程，具有较高的预测精度和泛化性能，可以为大坝变形安全分析提供参考。

可靠的电力支撑是电力系统安全稳定运行的重要基础。各类电源的可靠电力支撑作用是指在其可靠电力范围内，可根据系统负荷需求随时满发顶峰。本文提出基于可靠电力支撑的电力电量平衡计算方法，总体计算框架为结合电源装机和系统负荷需求进行备用及机组检修安排，在此基础上通过电力平衡确定各类电源各月（或旬、或周）的可靠电力支撑，进一步进行全年8760 h的电力电量平衡模拟，模拟思路为在满足各类电源最小技术出力或强迫出力前提下，尽量为风、光让出位置，在负荷高峰且风、光出力小时发电顶峰，总体实现各时刻电力电量平衡且尽可能吸纳风光。利用本计算方法分析山西电网不同抽水蓄能规模下的电力电量平衡，并分析了风电不确定性对电力电量平衡的影响，结果显示系统抽水蓄能增加将替代部分火电容量并增加抽水电量，从而增加新能源吸纳；若过多考虑风电的电力支撑，一旦风电受天气等影响降低出力，火电、水电等满发也难以满足负荷需求，将直接影响电力系统安全稳定。

有效控制碾压混凝土压实质量是确保大坝安全稳定运行的前提。本文提出了考虑滞后相位角的碾压混凝土坝料改进刚度指标，并给出了滞后相位角的测定方法；结合耦合滞后相位角改进刚度指标、坝料特性参数、碾压参数和频域压实指标，提出了基于XGBoost算法的碾压混凝土压实质量综合评估方法。实例分析表明，改进刚度指标能够更好表征坝料压实质量，综合评估模型的决定系数约为0.86，表明模型精度较高，计算压实度与实测压实度的相对误差平均值为0.47%。本文方法为碾压混凝土坝施工压实质量控制提供了新的有效途径。

水风光多能互补系统中水电、风电和光电通过打捆的方式并入电网。传统方法通过单独预报水电、风电和光电，然后累加得到水风光系统总功率，存在误差易累积且未考虑水风光时空互补性的问题。为提高系统功率预报精度，首先考虑时空相关性与互补性，在遥相关因子及功率等中选取预报因子；然后基于长短期记忆网络与上下限估计方法构建点预报和区间预报模型；最后实现功率的联合预报。以二滩水风光多能互补系统为实例，研究表明，在检验期，对于总功率预报，联合预报法的点预报纳什效率系数达到0.908，相较于累加预报法提高了0.016，同时区间预报的覆盖宽度综合指标也减少了0.352。提出的预报方法可为水风光互补运行提供技术支撑。

合理确定地震动参数是高坝抗震安全评价的先决条件。基于《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）关于抗震设防类别为甲类的工程设计反应谱规定，本文开展了溪洛渡水电站设定地震及其场地相关反应谱研究。首先采用没有经过不确定校正的工程场地峰值加速度，确定了对场址地震动贡献最大的永善潜源，并在该区域内进一步确定设定地震；然后将发生概率最大的情景地震作为给定设防水准的设定地震；最后选用美国西部AS08反应谱预测方程，生成与设计地震和校核地震对应的场地相关反应谱。研究成果可为进一步开展基于真实动力工作性态的溪洛渡拱坝抗震研究提供基础，并可为同类工程抗震安全评价提供借鉴参考。

针对通用分割模型作用在坝面混凝土表观裂缝时出现网络深度不断增加，导致模型参数过大，有效裂缝特征丢失，提出一种基于卷积神经网络的轻量型裂缝分割方法，以减小网络内存占用和特征丢失问题。网络采用编码-解码结构，利用深度可分离卷积和轻量特征提取模块构建级联编码器，解码器则融合编码器第二阶段的跨尺度信息，重构特征提取中丢失的像素级几何信息，以提高网络分割精度。试验结果表明：网络在自制坝面混凝土裂缝数据集上训练得到的模型大小为10.8 MB，相较于U-Net减小了90.8%，验证集测试下交并比为73.30%，像素精准率为85.36%，数据结果验证了网络在坝面裂缝分割方面的可行性，为提高坝面检测效率及坝面结构后期维护提供有力支撑。