胶结颗粒料坝是本文第一作者于2009年提出的一种环境友好的新坝型，分为胶凝砂砾石坝、胶结堆石坝（包括堆石混凝土坝）和胶结土坝，其强调"宜材适构"和"宜构适材"的筑坝理念，具有安全经济、环境友好、漫顶不溃等优点。与碾压式土石坝、混凝土坝等相比，胶凝砂砾石坝施工有自身特点，控制要素不尽相同。本文提出了胶凝砂砾石坝的碾压质量监控系统的总体架构和功能设计，研发了基于自主组网的超宽带三维定位技术，开发了适用于胶凝砂砾石坝的碾压监控算法和软硬件平台，并用于山西守口堡工程和四川顺江堰工程施工质量监控，实践表明该系统既适合于中小工程，也可应用于大型工程。

防裂是混凝土坝建设中的一个重要任务。绝大多数混凝土坝裂缝都与温度应力有关，因此温度控制是防裂的主要手段。本文在总结国内几十座混凝土坝温控防裂实践经验的基础上，以现有温控防裂理论为技术支撑，紧密结合大体积混凝土温控防裂工作中的关键技术问题，采用理论分析、数值计算、软硬件研发、室内试验、现场试验等多种手段，通过深入研究形成了智能化监控感知-分析-控制的三步曲架构，开发了一套具有完整自主知识产权的大体积混凝土防裂智能化监控系统。该系统在鲁地拉、藏木、锦屏一级等工程获得成功应用，以混凝土温控施工监控的智能促进温控施工的精细化，达到大体积混凝土防裂的根本目的。

汛限水位动态控制域是水库汛限水位动态控制研究的关键内容，亦是动态控制方案实施的基础。预泄能力约束法是确定汛限水位动态控制域的主要方法，但该方法主要考虑洪水预报信息进行预蓄预泄，并不适用于洪水汇流速度快、依据洪水预报信息决策时效短的水库，因此，本文提出了考虑未来48 h降雨预报信息的改进预泄能力约束法，并结合水库分期汛限水位，研究了水库汛限水位分期动态控制域确定方法。以山西省漳泽水库为例，结合现有分期汛限水位，采用改进预泄能力约束法确定了水库汛限水位分期动态控制域，成果在2013-2016年的水库调度实践中取得了较好的应用效果。

基于Saint-Venant方程组的守恒形式，重构了各物理变量在单元格边界的黎曼状态值，实现了各变量在计算区域内的二阶精度分布。在此基础上，构造了对流通量项的具有标量耗散特征的有限体积法，并在地表水位相对高程梯度离散式中引入额外空间离散项，该项在有水区域为零，并在无水区域能与地表水位相对高程梯度项相互抵消，从而正确描述地表水位相对高程梯度的真实作用。采用双时间步法对Saint-Venant方程组的空间离散式进行全隐式离散，实现了无条件稳定求解。选取了2个典型算例，采用数量呈倍数递减的3种时间步长进行数值模拟，通过与解析解和实测结果进行对比，验证了数值解法的模拟效果和收敛性。结果表明，建立的数值解法能以优良的拟合度模拟不同断面几何约束下的溃坝过程，模拟结果表现出了良好的收敛性。

2017年2月，美国加利福尼亚州奥洛维尔水库出现了严重的溢洪道冲刷破坏事故，引起国际水利水电工程界强烈关注。本文分别介绍了美国地方政府所属大坝的安全管理基本情况和加利福尼亚州所辖大坝安全管理情况，探讨了奥洛维尔工程安全管理存在的问题，分析了工程应急响应的组织模式。从工程安全管理上看，奥洛维尔水库事故出现事故的原因，核心在于安全管理权责不匹配、责任缺位与越权管理并存；监督检查流于形式、运行维护费用投入不足、风险评估不科学等，也是导致事故出现的管理方面原因。

本文以两江电站为研究对象，针对传统洪水预报方案中没有考虑洪水分级的问题，将洪水分为大、中、小3个等级，编制了基于洪水分级的洪水预报方案。方案中，以泰森多边形对流域进行分块，预报模型采用三水源新安江模型和实时校证算法；采用人工经验与粒子群算法结合的方法，利用2000-2015年的资料，率定了不同类型洪水的模型参数。采用2016年洪水资料对预报模型和实时校正算法进行了验证。结果表明，本文洪水预报方案优于洪水不分级方案，率定出的模型参数适合不同等级的洪水，采用的实时校正算法可以提高预报精度。

控制幕取水方式能够有效地减缓温度分层型水库下泄低温水对下游生态环境的不利影响，但目前缺乏控制幕运行方式下泄水温规律的试验研究以及对下泄水温成因的分析。本文基于某水库水温资料，首先通过试验探讨不同控制幕运行方式对下泄水温的改善效果，总结下泄水温规律。其次，利用三维数学模型进行精细模拟，分析控制幕表层和底层同时过流运行方式的流动规律，探讨下泄水温成因。结果表明：控制幕表层过流运行方式能够显著提高下泄水温；采用控制幕表层底层同时过流运行方式时，主流区位于控制幕顶部和底部，下泄水体主要由表层高温水与底层低温水掺混而成，下泄水温取决于所取表层高温水和底层低温水的掺混比例。研究成果对温度分层型水库控制幕取水的运行调度具有重要意义。

为进一步提高洪水预报精度，扩展产流误差平稳矩阵的系统响应修正方法的应用范围，首先通过理论推导，比较了产流误差动态系统响应曲线修正方法与产流误差平稳矩阵的系统响应修正方法的特点，比较结果表明后者具有更强的修正稳定性以及更好的修正效果；然后通过理想案例和实际案例对该方法应用效果和参数选取进行讨论，应用结果显示产流误差平稳矩阵的系统响应修正方法应用于达开水库流域具有较好的修正效果，明显提高了洪水预报精度；参数分析结果显示存在一个最优的权重系数使得修正效果达到最佳，并且在实际流域上权重系数取值幅度较大。

针对蒙特卡罗随机有限元方法求解土石坝边坡小概率失效问题计算时间过长这一弊端，提出了基于链表筛分法和Kriging代理模型的混合子集模拟法。首先，利用链表筛分法计算初始样本点，并以初始样本点作为Kriging代理模型的训练样本点。然后在子集模拟法的分层模拟中采用Kriging代理模型预测条件样本点的响应值，从而可计算出土石坝边坡失效概率。最后，通过一个土石坝边坡算例来说明本方法相比其他方法所需要的计算时间更少，更适合计算土石坝边坡小概率失效问题。

从一、二、三维起始有限分布源和瞬时平面源、线源、点源相应维度扩散浓度分布的解析解出发，通过对污染物浓度分布随扩散时间变化规律的分析与比较，提出了以起始有限分布源与相应维度瞬时源扩散的最大浓度相对误差5.0%作为分类临界点；定义了Wu's数Wu_x、Wu_y和Wu_z，分别给出了一、二、三维起始有限分布源与瞬时平面源、线源、点源分类的临界Wu's数Wu_k1=0.77、Wu_k2=0.55、Wu_k3=0.44；给出了起始有限分布源简化为瞬时平面源、线源、点源扩散的判别条件Wu_max ≤ Wu_ki。其结果为水质模型的分类应用和水环境风险影响预测与评价，提供理论支持。