1专着：电站与泵站中的水力瞬变及调节，中国水利水电出版社，2000年出版

本书系统的论述电站、泵站有压和无压引排水系统中的水力瞬变过程，同时还研究了水轮机调节系统的瞬变过程，以及调速器参数最优调整等问题。

全书共分十章：一、管道水力瞬变基础，二、调压室中的不恒定流动，三、泵站水力系统的瞬变，四、水电站的水力瞬变，五、气液两相瞬变流，六、复杂管系水力瞬变分析方法，七、水轮机调节系统的线性化模型，八、水轮机调节系统的稳定性，九、水轮机调节系统的参数最优化，十、明渠非恒定流。在内容方面，不仅介绍了描述各种瞬变现象的基本理论，而且介绍了一些新课题及其最新研究成果。在分析方法的选择方面，强调了计算方法的实用性和易编程性，给出了一些实用的FORTRAN计算机程序。此外，为了便于理解，在每一章都给出了工程计算实例或计算和模型实验的对比结果。

本书可供从事水电站、核电站和输水泵站规划、设计、运行等方面的工程技术人员参考，也可供科研人员、相关专业的大专院校师生参考。

该书获1997年度水利部科技专着出版基金资助，共35万字左右。

2项目：南水北调中线一期北京段管涵输水方案的优化及可靠性研究

南水北调中线工程北京段全长80km左右，可以采用全段明渠自流输水和泵站加压管涵输水。长期以来，北京市水利规划设计院对前者进行了详细设计。

北京段输水线路基本属于平原地带，在平原地区长距离采用泵站加压管涵输水方式是一个新概念。有压管涵输水的问题比较复杂，它涉及输水线路、泵站位置、管材、管径、水泵扬程、泵站装机容量的技术经济比较。解决输水系统的优化设计问题的一个有效途径从优化水力控制的观点出发，全面考虑水工、机电、自动监测监控系统的相互影响，采用系统工程的分析方法，通过多种方案的经济技术比较确定。

在研究方法上，本报告提出了可供调水工程进行技术经济比较的非线性规划的优化模型，全面考虑了影响工程投资的各种因素。提出了新的求解方法：在采用广义拉格朗日乘子法的基础上，引入数学变换方法，将给水管网不等式约束非线性规划问题转化为无约束规划问题，然后采用无约束非线性规划方法-PRP共轭梯度法求解管网的最优设计参数。然后，通过水力控制研究，选择经济可靠的机电和自动监测监控系统配置。

    对南水北调中线北京段管涵输水方案的研究可分为两个阶段。

在第一阶段，主要是对管涵输水的4条可行线路进行优化，确定各方案的最优方案的解，为采用全段明渠输水或全段管涵输水的科学决策提供可靠依据。经过研究，将管涵输水方案从原来的90多亿元降低到66亿元。建立在此基础上，设计院最后推荐采用北京段西线全段PCCP管涵输水方案，目前已经获北京市、水利部工程主管部门的正式批准。

在第二阶段，对北京段西线全段PCCP管涵输水方案深入论证。建议采用PCCP管结合钢筋混凝土方涵输水，并对此开展深入研究。结果表明，在80km的输水线路上，在 80km 的输水线路上，如果采用 PCCP 管结合钢筋混凝土方涵，则总投资将大大减少。该阶段的研究是受北京市水利规划设计研究院委托。

3项目：河道中冰塞和冰坝形成机理研究

冰塞是北方河流最严重的事件。伴随着冰塞的形成、发展、消融，河渠中水力摩阻或能量坡度将发生很大改变，从而将导致流量和水深发生很大变化，特别是在冰塞消融或突然崩溃时，河渠的水力阻力突然减小，将导致河渠中流量和水位的急剧增加，其大小可能超过夏季最大洪水流量和洪水水位，导致冰凌灾害的发生，对水工设施和两岸人民的生命财产带来造成严重威胁。例如，内蒙古自治区乌海市乌达区乌兰水头段2001年17日上午9时25分发生凌讯决口，决口宽度38米，受灾区域为50平方公里，为一镇一乡，5个行政村，3个养殖场，2所学校，13个加工厂，灾区900农户，近4000村民紧急疏散，造成直接经济损失1.3亿元。因此，研究河渠中冰塞的形成，发展、消融过程及河渠流量和水位的变化，对于工程设计和运行管理具有十分重要的意义。

提出了河道冰塞发展过程的数学模型，可以模拟冰塞发展过程中水深和流量、水温和冰花含量的沿程分布，水面冰块的输运、冰盖的形成、冰盖厚度的热增长或热衰减，以及冰盖或飘浮冰块底部冰花的堆积和冲蚀。在下述方面有新创新：（1）提出了水面冰盘和冰块在冰盖下均匀分布，采用冰花含量当量化的理论及其分析方法；（2）将明水和冰盖条件下的冰花的扩散方程在形式统一起来；（3）将水面浮冰和冰盖厚度的热增长、热衰减、冰花和冰块的堆积和冲蚀方程在形式统一起来。与实测松花江白山河段冰塞的形成发展过程水位、流量、冰塞厚度、冰封率等的计算结果对比表明，计算水位、流量和冰塞厚度与实测值具有较好的一致性。

国家自然科学基金重点项目：“河冰海冰的形成机理、危害及其防护措施”专题，项目批准号：59739170

2002年5月，国家自然科学基金专家会议验收结论：A级。

4项目：水电站长输水道管流汽泡动力特性研究

具有长引水隧洞或尾水隧洞的水电站、抽水蓄能电站，通常需要设置调压室。在启动机组时，上游调压室水位将迅速下降，当水位降低到接近或低于调压室下游压力钢管进口顶部高程时，空气将被吸入压力钢管，形成气泡，产生气液两相流。如果这时机组因事故突甩负荷，随着水轮机导叶的迅速关闭，压力钢管内的水压将急剧上升，可能导致空气泡溃灭（突然破灭），产生巨大的冲击压力，危及水电站的安全。这种现象在下游调压室中，机组突甩负荷时也可能发生。不过，迄今为止尚无这方面的研究成果。因此，此项研究不仅具有重要的科学意义，而且具有广泛的应用前景。

在实验结果分析的基础上，发展了新的模拟调压室进气的气液两相瞬变流的数学模型。由流动的连续性，导出了瞬变过程中计算调压室进气流量的计算公式；为了模拟空气在压力管道中的运动，确定任意时刻空气在管道中的分布，引入了气团质点的新概念，将每一时间步长内进入压力管道的空气视为一个质点，然后采用拉格朗日研究质点运动的方法确定一系列气团质点在管道中的运动轨迹，并以此确定任意瞬时气体质量在管道中的分布；采用了自由气体-离散布置模型数值模拟气液两相瞬变流压力的变化过程。

为了检验所提数学模型，采用计算机数值模拟了几种典型情况下调压室进气的气液两相瞬变流，绘出了阀前水压、调压室底部测压管水头和进入压力管道的空气流量的过渡过程，以及在阀门开始关闭时刻空气质量在管道中的分布。计算表明计算与实测结果基本一致。

国家自然科学基金项目（批准号59479008）。水利部科技司成果鉴定结论为："成果达到了国际领先水平"。获99年度院一等奖。

5项目：万家寨引黄入晋工程全系统运行计算机仿真系统

万家寨引黄晋工程属大流量、高扬程、长距离输水工程。全年连续供水10个月，全线设6座泵站，设计流量 采用有压隧洞及无压隧洞输水，沿线设分水闸。全系统运行计算机仿真就是将整个工程（包括沿线水库控制闸门、各级泵站水泵机组、南北干分水口和取水口闸门等）作为一个大系统，对工程建成投入运行后的各种运行水力控制调节动态过程进行数值仿真，预测不同运行调节方式下的特性。该课题的创新是：提出了变速泵控制水位的自动调节数学模型；管道水击和无压隧洞非恒定流的耦合计算数学模型；无压隧洞的充水数学模型；含沙水流、无压隧洞的坍塌和泄漏数学模型。

专家会议审查验收结论：国内首创，国际先进水平。获2000年度院一等奖。