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湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 版權信息
- ISBN：9787568076777
- 條形碼：9787568076777 ; 978-7-5680-7677-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 本書特色
1.本書為湖北省學術著作專項資金資助項目《水電科技前沿研究叢書》中的一本，叢書主編為我國水電能源領域的專家周建中教授和張勇傳院士。 2.本書也是基于水利部公益性行業科研專項的研究成果，對讀者研究湖泊水環境的演化過程模擬及優化調控具有很好的參考價值和現實意義。
湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 內容簡介
本書以多學科綜合交叉研究為手段，采用理論研究、建模仿真與工程應用驗證相結合的技術路線，運用水文學、水資源、運籌學、系統科學、環境與生態學和經濟學原理與方法，同時借鑒和發展復雜性科學理論在其他領域中的研究成果，以生態修復與保護背景下湖泊生態水網調度為主線，多方面揭示了生態友好環境下湖泊水網系統在社會經濟發展過程中的演化規律，發展湖泊群水質水量優化調度的理論與方法體系，突破湖泊群生態水網調度所面臨的關鍵理論與技術瓶頸，預期實現符合生態安全、滿足社會經濟綜合效益*優的湖泊水資源開發與保護。本書可作為湖泊科學、環境科學、水資源、水環境等相關專業院校的本科生和研究生學習用書，也可以作為相關學科的科研工作者或從事湖泊環境工作的管理者和風險評估者等的參考資料。本書以生態修復與保護背景下大東湖生態水網構建工程為背景，系統地研究了生態友好環境下大東湖水系湖泊群水環境多維演化過程模擬及優化調控等相關內容。本書總體目標旨在針對城市湖泊水環境改善、水體污染物控制、飲用水安全保障和生態系統修復與持續改善中水生生物群落結構和水體環境容量相關的科學與技術需求，為建立連通湖泊水質水量多目標聯合優化調度的方法、體系與決策支持系統提供生態和環境相關的技術支撐。本書可作為湖泊科學、環境科學、水資源、水環境等相關專業院校的本科生和研究生學習用書，也可以作為相關學科的科研工作者或從事湖泊環境工作的管理者和風險評估者等人的參考資料。
湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 目錄
第1章緒論(1)
1.1湖泊水環境現狀(1)
1.1.1湖泊治理與生態修復(2)
1.1.2湖泊水動力過程與水環境模擬(3)
1.1.3湖泊水網水質水量聯合優化調控(3)
1.2武漢大東湖水系概況(4)
1.3主要內容(10)
參考文獻(13)
第2章湖泊水網復雜背景場特征分析(18)
2.1大東湖水網氣象水文環境概況(18)
2.1.1大東湖區域水文氣象概況(18)
2.1.2大東湖生態環境概述(19)
2.1.3大東湖水系水污染現狀概述(22)
2.1.4大東湖生態水網工程簡介(24)
2.2大東湖生境現狀調查研究(24)
2.2.1調查區域與研究方法(24)
2.2.2大東湖水網生態系統現狀(27)
2.2.3大東湖生態系統退化原因(40)
2.3湖泊水環境現狀調查研究(41)
2.3.1實驗方法(41)
2.3.2實驗地點及設備(42)
2.4水環境在線監測系統設計(45)
2.4.1系統整體設計(46)
2.4.2系統硬件電路設計(50)
2.4.3系統軟件設計(61)
參考文獻(65)
第3章湖泊流域分布式水文建模及預報(67)
3.1具有物理機制的流域分布式水文模型建模(67)
3.1.1集總式概念性流域水文預報模型(68)
3.1.2具有物理機制的分布式柵格新安江模型(73)
3.1.3大東湖區域分布式水循環演變規律分析(80)
3.2流域分布式水文模型參數自適應高效智能優化方法(86)
3.2.1水文預報模型優化率定的數學描述與表達(86)
3.2.2流域分布式水文模型多目標高效智能優化率定方法(89)
3.2.3基于多目標優化框架的水文預報模型優化率定(100)
3.3基于貝葉斯理論的分布式水文模型不確定性分析(103)
3.3.1流域水文模型不確定性分析方法(103)
3.3.2耦合貝葉斯推理和馬爾科夫蒙特卡羅的分布式水文模型不確定性分析
(105)
參考文獻(113)
第4章湖泊水系分布式流場數值計算(115)
4.1二維淺水動力學理論基礎(115)
4.1.1三維NavierStokes方程(116)
4.1.2二維淺水方程(117)
4.2網格自適應加密與稀疏技術(121)
4.2.1網格密集化(122)
4.2.2網格稀疏化(122)
4.2.3網格自適應準則(122)
4.3湖泊水流數值計算模型及驗證(123)
4.3.1黎曼問題及近似黎曼求解器(123)
4.3.2梯度限制器(124)
4.3.3高階時間格式(125)
4.3.4摩阻項處理(126)
4.3.5底坡源項處理(127)
4.3.6邊界處理(127)
4.3.7穩定性條件(128)
4.3.8模型驗證(128)
4.4湖泊三維水動力與水溫模型(132)
4.4.1垂向σ坐標系下的控制方程(132)
4.4.2邊界條件(136)
4.4.3二維垂向積分方程(138)
4.4.4紊流閉合模型(139)
4.5大東湖水網分布式流場模擬(141)
4.5.1風驅動力湖泊分布流場模擬(141)
4.5.2不同引水情形下湖泊流場及滯水區分析(144)
參考文獻(148)
第5章湖泊水質變化時空模式分析及預測(150)
5.1湖泊水環境容量計算(150)
5.1.1水環境容量計算模型(150)
5.1.2水環境容量模型參數確定(153)
5.1.3東湖水環境容量計算(154)
5.2湖泊水流水質的高精度數學耦合模型及驗證(157)
5.2.1二維水流水質控制方程及有限體積離散(158)
5.2.2高階格式與水深水位加權變量重構技術(158)
5.2.3數值通量計算(159)
5.2.4水流水質模型驗證(161)
5.3湖泊多指標水質模擬及時空分析(164)
5.3.1湖泊綜合水質及模擬(164)
5.3.2不同背景場下大東湖水系水動力水質變化特征分析(198)
參考文獻(257)
第6章湖泊水質水量多維聯合優化調控(259)
6.1面向湖泊群水質改善的水網調度策略(259)
6.1.1大東湖水網引水調度連通方案研究(259)
6.1.2不同引水流量下水網調度效果分析(285)
6.1.3考慮湖泊間污染物遷移風險的水網調度策略設計(295)
6.1.4大東湖水網調度湖泊運行水位優選(309)
6.2考慮綜合效益的湖泊水網水質水量聯合優化調度方法(311)
6.2.1水質模型與水量水質模型耦合調度關鍵技術研究(312)
6.2.2面向湖泊水質改善的水質水量耦合調度(313)
6.2.3兼顧調水經濟成本的大東湖多目標水質水量調度(315)
6.3大東湖水網調度效果分析與調度效果改善措施(318)
6.3.1面向死水區水質改善的波動調水技術研究(319)
6.3.2不同引水流量分配方案對大東湖水網調度效果的影響分析(329)
參考文獻(335)
第7章湖泊生態水網調度綜合評價(336)
7.1湖泊生態水網調度多屬性決策優選及評價理論(337)
7.1.1基于模糊層次分析法的指標權重計算(337)
7.1.2模糊折中型多目標多屬性決策方法(341)
7.1.3多屬性決策評價逼近理想解法(346)
7.1.4TOPSIS方法的多目標調度方案集評價(348)
7.2湖泊水質變化對引水調度時空響應關聯性評價(349)
7.2.1投影尋蹤指標函數研究(349)
7.2.2投影尋蹤多項式函數模型(350)
7.2.3大東湖水網調度工程應用(352)
7.3多重循環調度對水質改善的多級模糊綜合評價(353)
7.3.1加權模糊核聚類模型原理(353)
7.3.2運用WFKCA與ADE相結合的水質改善評價方法框架及流程
(356)
7.3.3多重循環調度工程應用(357)
7.4湖泊群水網連通對水環境生態影響評價(358)
7.4.1湖泊群生態系統健康評價指標體系研究(358)
7.4.2湖泊群連通工程模糊相似性矩陣聚類分析模型(362)
7.4.3大東湖水網連通工程生態系統健康評價(363)
參考文獻(365)
第8章湖泊水環境模擬及調控決策支持系統開發集成及應用(367)
8.1決策支持系統建模與設計方法(367)
8.1.1松耦合模型驅動的湖泊水網調度系統特性分析(368)
8.1.2松耦合模型驅動的湖泊水網調度決策機理研究(372)
8.1.3松耦合模型驅動的湖泊水網調度系統架構研究(372)
8.1.4松耦合模型驅動的湖泊水網調度決策支持系統的持續集成策略(374)
8.2湖泊水網調度決策支持系統關鍵技術(376)
8.2.1基于統一平臺的海量多源異構數據集成、組織與共享方法研究
(377)
8.2.2網絡分布式多模型環境下決策支持模型庫構建方法研究(380)
8.2.3基于GIS的開放式決策支持系統交互平臺動態生成技術研究
(384)
8.3城市湖泊三維可視化仿真(390)
8.3.1基于虛擬現實技術的城市湖泊建模基礎(390)
8.3.2基于OSG的城市湖泊三維可視化仿真系統實現方法(394)
8.3.3城市湖泊三維可視化仿真系統應用實例(400)
8.4湖泊群水文水循環分析子系統(405)
8.4.1系統總體結構(405)
8.4.2水文信息管理模塊(406)
8.4.3分布式水循環模擬模塊(407)
8.4.4典型情景分析模塊(408)
8.5湖泊分布式流場模擬子系統(410)
8.5.1系統總體結構(410)
8.5.2大東湖基礎數據查詢模塊(410)
8.5.3湖泊流場模擬模塊(411)
8.5.4死水區分析模塊(413)
8.6湖泊水質水環境分析子系統(413)
8.6.1系統總體結構(413)
8.6.2納污能力計算模塊(414)
8.6.3典型情景模擬模塊(414)
8.6.4突發污染物模擬模塊(415)
8.6.5暴雨情景模擬模塊(416)
8.7湖泊水質水量調度子系統(417)
8.7.1系統總體結構(418)
8.7.2工程信息管理模塊(419)
8.7.3調水方案模塊(419)
8.7.4湖泊水網調度模塊(425)
8.7.5調度效果影響分析模塊(428)
8.8水網調度評價子系統(431)
8.8.1模糊聚類迭代評價模型(432)
8.8.2投影尋蹤評價模型(432)
8.8.3TOPSIS模型(432)
8.9大東湖生態水網調度決策系統應用示范(433)
8.9.1示范系統在大東湖生態水網調度決策中的應用(434)
8.9.2項目取得的重大工程應用成果(447)
參考文獻(447)
1.1湖泊水環境現狀(1)
1.1.1湖泊治理與生態修復(2)
1.1.2湖泊水動力過程與水環境模擬(3)
1.1.3湖泊水網水質水量聯合優化調控(3)
1.2武漢大東湖水系概況(4)
1.3主要內容(10)
參考文獻(13)
第2章湖泊水網復雜背景場特征分析(18)
2.1大東湖水網氣象水文環境概況(18)
2.1.1大東湖區域水文氣象概況(18)
2.1.2大東湖生態環境概述(19)
2.1.3大東湖水系水污染現狀概述(22)
2.1.4大東湖生態水網工程簡介(24)
2.2大東湖生境現狀調查研究(24)
2.2.1調查區域與研究方法(24)
2.2.2大東湖水網生態系統現狀(27)
2.2.3大東湖生態系統退化原因(40)
2.3湖泊水環境現狀調查研究(41)
2.3.1實驗方法(41)
2.3.2實驗地點及設備(42)
2.4水環境在線監測系統設計(45)
2.4.1系統整體設計(46)
2.4.2系統硬件電路設計(50)
2.4.3系統軟件設計(61)
參考文獻(65)
第3章湖泊流域分布式水文建模及預報(67)
3.1具有物理機制的流域分布式水文模型建模(67)
3.1.1集總式概念性流域水文預報模型(68)
3.1.2具有物理機制的分布式柵格新安江模型(73)
3.1.3大東湖區域分布式水循環演變規律分析(80)
3.2流域分布式水文模型參數自適應高效智能優化方法(86)
3.2.1水文預報模型優化率定的數學描述與表達(86)
3.2.2流域分布式水文模型多目標高效智能優化率定方法(89)
3.2.3基于多目標優化框架的水文預報模型優化率定(100)
3.3基于貝葉斯理論的分布式水文模型不確定性分析(103)
3.3.1流域水文模型不確定性分析方法(103)
3.3.2耦合貝葉斯推理和馬爾科夫蒙特卡羅的分布式水文模型不確定性分析
(105)
參考文獻(113)
第4章湖泊水系分布式流場數值計算(115)
4.1二維淺水動力學理論基礎(115)
4.1.1三維NavierStokes方程(116)
4.1.2二維淺水方程(117)
4.2網格自適應加密與稀疏技術(121)
4.2.1網格密集化(122)
4.2.2網格稀疏化(122)
4.2.3網格自適應準則(122)
4.3湖泊水流數值計算模型及驗證(123)
4.3.1黎曼問題及近似黎曼求解器(123)
4.3.2梯度限制器(124)
4.3.3高階時間格式(125)
4.3.4摩阻項處理(126)
4.3.5底坡源項處理(127)
4.3.6邊界處理(127)
4.3.7穩定性條件(128)
4.3.8模型驗證(128)
4.4湖泊三維水動力與水溫模型(132)
4.4.1垂向σ坐標系下的控制方程(132)
4.4.2邊界條件(136)
4.4.3二維垂向積分方程(138)
4.4.4紊流閉合模型(139)
4.5大東湖水網分布式流場模擬(141)
4.5.1風驅動力湖泊分布流場模擬(141)
4.5.2不同引水情形下湖泊流場及滯水區分析(144)
參考文獻(148)
第5章湖泊水質變化時空模式分析及預測(150)
5.1湖泊水環境容量計算(150)
5.1.1水環境容量計算模型(150)
5.1.2水環境容量模型參數確定(153)
5.1.3東湖水環境容量計算(154)
5.2湖泊水流水質的高精度數學耦合模型及驗證(157)
5.2.1二維水流水質控制方程及有限體積離散(158)
5.2.2高階格式與水深水位加權變量重構技術(158)
5.2.3數值通量計算(159)
5.2.4水流水質模型驗證(161)
5.3湖泊多指標水質模擬及時空分析(164)
5.3.1湖泊綜合水質及模擬(164)
5.3.2不同背景場下大東湖水系水動力水質變化特征分析(198)
參考文獻(257)
第6章湖泊水質水量多維聯合優化調控(259)
6.1面向湖泊群水質改善的水網調度策略(259)
6.1.1大東湖水網引水調度連通方案研究(259)
6.1.2不同引水流量下水網調度效果分析(285)
6.1.3考慮湖泊間污染物遷移風險的水網調度策略設計(295)
6.1.4大東湖水網調度湖泊運行水位優選(309)
6.2考慮綜合效益的湖泊水網水質水量聯合優化調度方法(311)
6.2.1水質模型與水量水質模型耦合調度關鍵技術研究(312)
6.2.2面向湖泊水質改善的水質水量耦合調度(313)
6.2.3兼顧調水經濟成本的大東湖多目標水質水量調度(315)
6.3大東湖水網調度效果分析與調度效果改善措施(318)
6.3.1面向死水區水質改善的波動調水技術研究(319)
6.3.2不同引水流量分配方案對大東湖水網調度效果的影響分析(329)
參考文獻(335)
第7章湖泊生態水網調度綜合評價(336)
7.1湖泊生態水網調度多屬性決策優選及評價理論(337)
7.1.1基于模糊層次分析法的指標權重計算(337)
7.1.2模糊折中型多目標多屬性決策方法(341)
7.1.3多屬性決策評價逼近理想解法(346)
7.1.4TOPSIS方法的多目標調度方案集評價(348)
7.2湖泊水質變化對引水調度時空響應關聯性評價(349)
7.2.1投影尋蹤指標函數研究(349)
7.2.2投影尋蹤多項式函數模型(350)
7.2.3大東湖水網調度工程應用(352)
7.3多重循環調度對水質改善的多級模糊綜合評價(353)
7.3.1加權模糊核聚類模型原理(353)
7.3.2運用WFKCA與ADE相結合的水質改善評價方法框架及流程
(356)
7.3.3多重循環調度工程應用(357)
7.4湖泊群水網連通對水環境生態影響評價(358)
7.4.1湖泊群生態系統健康評價指標體系研究(358)
7.4.2湖泊群連通工程模糊相似性矩陣聚類分析模型(362)
7.4.3大東湖水網連通工程生態系統健康評價(363)
參考文獻(365)
第8章湖泊水環境模擬及調控決策支持系統開發集成及應用(367)
8.1決策支持系統建模與設計方法(367)
8.1.1松耦合模型驅動的湖泊水網調度系統特性分析(368)
8.1.2松耦合模型驅動的湖泊水網調度決策機理研究(372)
8.1.3松耦合模型驅動的湖泊水網調度系統架構研究(372)
8.1.4松耦合模型驅動的湖泊水網調度決策支持系統的持續集成策略(374)
8.2湖泊水網調度決策支持系統關鍵技術(376)
8.2.1基于統一平臺的海量多源異構數據集成、組織與共享方法研究
(377)
8.2.2網絡分布式多模型環境下決策支持模型庫構建方法研究(380)
8.2.3基于GIS的開放式決策支持系統交互平臺動態生成技術研究
(384)
8.3城市湖泊三維可視化仿真(390)
8.3.1基于虛擬現實技術的城市湖泊建模基礎(390)
8.3.2基于OSG的城市湖泊三維可視化仿真系統實現方法(394)
8.3.3城市湖泊三維可視化仿真系統應用實例(400)
8.4湖泊群水文水循環分析子系統(405)
8.4.1系統總體結構(405)
8.4.2水文信息管理模塊(406)
8.4.3分布式水循環模擬模塊(407)
8.4.4典型情景分析模塊(408)
8.5湖泊分布式流場模擬子系統(410)
8.5.1系統總體結構(410)
8.5.2大東湖基礎數據查詢模塊(410)
8.5.3湖泊流場模擬模塊(411)
8.5.4死水區分析模塊(413)
8.6湖泊水質水環境分析子系統(413)
8.6.1系統總體結構(413)
8.6.2納污能力計算模塊(414)
8.6.3典型情景模擬模塊(414)
8.6.4突發污染物模擬模塊(415)
8.6.5暴雨情景模擬模塊(416)
8.7湖泊水質水量調度子系統(417)
8.7.1系統總體結構(418)
8.7.2工程信息管理模塊(419)
8.7.3調水方案模塊(419)
8.7.4湖泊水網調度模塊(425)
8.7.5調度效果影響分析模塊(428)
8.8水網調度評價子系統(431)
8.8.1模糊聚類迭代評價模型(432)
8.8.2投影尋蹤評價模型(432)
8.8.3TOPSIS模型(432)
8.9大東湖生態水網調度決策系統應用示范(433)
8.9.1示范系統在大東湖生態水網調度決策中的應用(434)
8.9.2項目取得的重大工程應用成果(447)
參考文獻(447)
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湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 節選
“山水林田湖草是生命共同體”的論述深入人心，生態環境保護在我國受到了高度重視。湖泊作為地球水圈的關鍵組成單元，是人類賴以生存和可持續發展的自然依托。近年來，隨著全球氣候變化和人類活動的加劇，湖泊的生存與可持續發展均面臨著嚴重威脅。目前，我國大量湖泊出現一系列生態環境惡化現象，富營養化的問題普遍突出。因此，政府逐步加大了湖泊污染治理力度。河湖水系連通作為解決湖泊水環境污染問題的重要途徑，正受到前所未有的重視。2011年，中共中央、國務院在《關于加快水利改革發展的決定》中，明確將河湖連通作為“加強水資源配置工程建設”一項措施進行說明，強調“完善優化水資源戰略配置格局，在保護生態前提下，盡快建設一批骨干水源工程和河湖水系連通工程，提高水資源調控水平和供水保障能力”。 河湖連通背景下湖泊水網水質水量聯合優化調控是水資源學科的重點研究方向之一。在其發展歷程中，為滿足不斷提升的社會和工程需求，新的學科增長點不斷涌現。周建中教授所著的該書，正是在此背景下順應時代需要、引領學科發展的一本好書。全書系統介紹了作者歷經數年來在大東湖生態水網水質水量調度分析理論與方法上的眾多研究成果。 該書以多學科綜合交叉研究為手段，采用理論研究、建模仿真與工程應用驗證相結合的技術路線，運用水文學、水資源、運籌學、系統科學、環境與生態學和經濟學原理與方法，同時借鑒和發展了復雜性科學理論在該領域中的應用，是一本集大成之佳作。在內容上，該書以生態修復與保護背景下大東湖生態水網調度為主線，全方位地揭示了生態友好環境下大東湖水網系統在社會經濟發展過程中的演化規律，發展了湖泊群水質水量優化調度的理論與方法體系，突破了面向生態調控的湖泊群生態水網調度所面臨的關鍵理論與技術瓶頸，運用很多非常精彩的技術手段巧妙解決了現實存在的眾多技術難題。全書理論與實際相結合，邏輯嚴謹、內容豐富、由淺入深，既可作為相關行業專家的拜讀經典，同時也是從事水資源、水環境和相關科學研究的工作者的一本難得的參考書。 周建中教授治學嚴謹，學術水平高，且勇于創新，善于思考和解決行業內的科學、技術難題。他所著的這一專著，相信將對解決我國當前所面臨的水資源、水環境問題產生較大的推動作用。
湖泊水環境多維演化過程模擬與優化調控研究 作者簡介
周建中，教授、博士生導師，華中科技大學水電與數字化工程學院院長。華中科技大學首屆校內特聘教授、首屆華中學者（領軍崗），德國布倫瑞克理工大學客座教授。 獲國家科技進步二等獎2項、省部級科技進步特等獎3項、一等獎10項、二等獎7項。2015年獲中國大學出版社優秀學術著作一等獎1項、2017年獲第三屆湖北出版政府獎1項；獲國家發明專利27項，獲軟件著作權22項。出版專著4部，在國內外重要學術刊物發表學術論文300多篇，其中被SCI、EI收錄250多篇次。
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