裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前，重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的，对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型，用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型，模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂，数值结果与试验结果吻合很好，验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上，采用该耦合模型，进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟，数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明：本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟，评估表面裂缝的危险程度。

横断山区水系发达，河流众多，岭谷高差悬殊，复杂的地质环境造就了鱼类物种的多样性，同时丰富的水能资源形成了目前我国最大的水电能源基地。近年来，梯级电站密集建设改变了该区域水流、水温、水质、水域空间等多方面生态水文条件，对当地鱼类种群资源造成深远影响。本文基于横断山区水电开发及鱼类资源的现状，系统归纳了水电开发引起的生态水文要素变化和鱼类栖息过程受到胁迫的内在关系，回顾了国内外研究者在鱼类资源保护各个角度上提出的研究方法和应对措施，并提出了下一阶段研究的重点和具体方向。研究可为梯级水电开发下的鱼类资源保护提供理论支撑。

基于改进后的Mann-Kendall趋势检验方法（MMK）对东北三省1949—2015年各省主要作物种植时序变化特征进行研究。利用1949—2015年该地区典型气象灾害（干旱、洪涝、低温、风雹、台风）的受灾、成灾及绝收面积构建对应灾害类型的灾害减产成数，并利用趋势分析、脱钩关系评价模型评价识别各类灾害对东北三省粮食生产的影响特征。研究结果表明：1949—2015年东北三省粮食作物种植面积比例降低趋势显著，典型作物产量由高到低为：玉米、稻谷、小麦及大豆，且四种作物产量均呈增加趋势。东北三省受灾害影响程度由高到低分别为：旱灾、洪涝、风雹、低温及台风。粮食种植面积和粮食产量与典型气象灾害间的脱钩关系相似，2000年以来东北三省旱灾和洪涝灾害与种植面积间以绝对脱钩关系为主。

水资源管理系统中储存着海量的取用水量数据，通过筛选数据中的异常值定位异常取水行为，是水资源监管的重要手段。对取用水量数据中的异常值普遍缺乏明确定义，传统的异常值检测算法在实时性和稳定性方面存在不足。在总结归纳现阶段取用水量异常数据种类、特点的基础上，首先运用平均插值法对可直观识别异常值进行预处理，在预处理后的数据中随机取样训练，建立多个孤立二叉树形成孤立森林，以此为工具对数据样本进行异常值检测。对某供水公司连续两年日取水量监测数据的实证分析结果表明，基于孤立森林算法的异常值检测方法将数据样本的特征通过非监督学习方式存储在森林中，具有更高的稳定性；能够准确检测出数据样本中的异常值，相比于传统最小二乘拟合方法具有更高的检出率。

卫星实时降雨产品的出现为开展大范围干旱监测提供了可能。然而，卫星遥感降雨通常存在误差大、数据序列短等问题，限制了卫星降雨自身在干旱监测诊断方面的应用。本文通过误差矫正，将TMPA-RT卫星降雨数据无缝“拼接”具有长期历史序列（1961—2016年）的地面观测产品（CN05.1），以弥补卫星遥感数据序列短的不足。借助上述“拼接”的实时降雨序列，通过估算不同时间尺度下的标准化降雨指数（SPI）来实现干旱的实时监测诊断。以干旱频发的辽宁省为研究区，对比评估了矫正前后TMPA-RT产品在干旱识别方面的表现。结果表明，在辽宁省近半数地区，TMPA-RT原始数据与CN05.1地面观测两者存在明显的降雨误差（>10 mm/月）；经过误差矫正，TMPA-RT数据能够重现同期地面观测的降雨量及年际变化。基于3个典型干旱月的评估结果表明，基于TMPA-RT矫正数据与CN05.1“拼接”得到的序列能够重现观测的干/湿空间分布，准确监测辽西地区的干旱状况；而原始的TMPA-RT数据难以提供准确可靠的干旱信息。将上述框架实际应用于2011—2016年干旱监测，评估发现该框架不仅能合理地重现辽宁省干旱情况，还能提供不同等级干旱的面积分布信息。

絮凝是水处理工艺中的重要环节，从水力条件方面优化絮凝工艺有利于提升水处理构筑物的处理效果。本文基于计算流体动力学（CFD）数值模拟对机械搅拌澄清池内部流场和流态的特性进行分析，以涡旋速度梯度G₀、湍动能耗散率ε作为絮凝评价指标，针对八种不同规模的机械搅拌澄清池，研究导流室直径变化对絮凝效果的影响，给出了对应的最优导流室直径，得出八种规模的机械搅拌澄清池清水区液面负荷为3.4~3.6 m³（/m²·h），比室外给水设计规范中机械搅拌澄清池清水区的液面负荷的取值范围小。可为实际工程设计提供一定的参考。

以桃河阳泉小流域为例，探索了HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用可行性。产流模块采用Green-Ampt模型、坡面汇流模块采用SCS单位线、河道汇流模块采用运动波，通过流域DEM、土壤、土地利用等下垫面信息获取了主要参数，构建了山洪预报模型。在1970—2015年的流量系列中筛选出14场典型洪水场次，对模型进行了验证。结果表明，验证期洪峰流量相对误差均小于10%，平均纳什效率为0.88，对于起涨和退水速度快的单峰型洪水，模拟效果较好，通过下垫面信息获取的模型参数准确有效，达到了山洪预报的技术要求。

通过对双层堤基异常渗漏险情作用下的温度场进行分析计算，结果表明，渗流场对堤防内部的温度场分布具有重要影响，当覆盖层中薄弱环节的渗透系数超过粉砂以后，即可在渗漏通道出口观测到明显的低温区，并且该低温区受气温变化的影响较小，因此，通过监测堤防背水侧地面温度的异常变化进而探测出异常渗漏险情在技术上具有一定的可行性，并且在异常渗漏险情发生和发展的早期即可成功探测到，有利于实现“抢早抢小”的目标。研究成果可以为堤防渗漏险情快速遥感探测技术的进一步研发提供一定的理论支撑。

针对圩区众多的平原河网区域，基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型，引入“小蓄水面”的概念，将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面，并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响，对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型，利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算，与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明，模型对区域的概化合理，能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征，模拟结果可靠，模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。