本书系统探讨数字孪生技术在湖库水质管理中的应用，通过分析我国湖库水环境现状及治理挑战，指出传统方法的局限性，并介绍数字孪生技术如何通过实时监测、分析和预测，提升水质管理的精度和效率。本书涵盖湖库水质管理的多个方面，包括系统框架设计、监测感知与数据底板、专业模型构建、知识库及业务应用等。详细介绍水质专业模型、智能模型、遥感反演模型及可视化模型的构建方法，并搭建一个综合的水质安全模型平台。通过丹江口水库秋汛170m蓄水事件和数字孪生南水北调中线工程等实际案例，展示数字孪生技术的实际应用效果和潜力。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
2001.9-2005.6 华中科技大学环境工程专业本科学习；主要学习环境科学、环境工程、分析化学、高等数学等课程；
2005.9-2007.6 华中科技大学环境科学专业硕士研究生学习；
2007.9-2010.6 华中科技大学环境工程专业博士研究生学习。2010.06-2013.1，水环境所环境室。主要从事流域水污染治理、蓝藻水华控制等方面的研究工作；
2013.2-2014.2，水环境所环境室，室副主任。主要从事流域水环境保护与治理、蓝藻水华控制等方面的科研工作、科室管理工作；
2014.3-2019.6，水环境所环境室，室主任。主要从事流域水环境保护与治理、水利工程运行的生态环境效应等方面的科研工作、科室管理工作；
2019.7-2021.12，水环境所，正高/副所长。主要从事流域水环境保护与治理、水利工程运行的生态环境效应等方面的科研工作、所内市场经营管理工作；
2021.12-至今，水环境所，正高/所长。主要从事数字孪生、流域水环境保护与治理、水利工程运行的生态环境效应等方面的科研和管理工作。环境水利发表学术论文70余篇，其中在国际权威期刊发表SCI论文40余篇。兼任流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室副主任、长江技术经济学会流域环境保护专业委员会副主任委员、中国水利学会青年委员会委员。《南水北调与水利科技》青年编委。
目录
第1章 湖库水环境与数字孪生技术概述 1
1.1 湖库水环境现状及治理挑战 1
1.1.1 当前湖库水质状况 1
1.1.2 湖库主要污染源及特点 3
1.1.3 水环境主要治理措施及成效 5
1.1.4 水环境治理面临的主要挑战 8
1.2 数字孪生技术概述 9
1.2.1 数字中国建设 9
1.2.2 数字孪生水利建设 10
1.3 湖库水质管理现状及数字化转型需求 12
1.3.1 湖库水质管理现状 12
1.3.2 湖库水质管理数字化转型需求 13
参考文献 14
第2章 数字孪生水质安全建设挑战与需求 16
2.1 数字孪生水质安全建设挑战 16
2.1.1 客观条件的复杂性 16
2.1.2 管理思路与技术瓶颈 18
2.1.3 模型精度和计算效率有待提升 19
2.1.4 平台集成滞后 21
2.2 数字孪生水质安全建设需求 22
2.2.1 国家与行业对数字化的需求 22
2.2.2 实际工程管理需求 27
参考文献 29
第3章 数字孪生湖库水质管理系统框架 31
3.1 总体架构 31
3.1.1 信息化基础设施 31
3.1.2 数字孪生平台 33
3.1.3 业务应用 35 3.1.4 网络安全体系 36
3.1.5 保障体系 36
3.1.6 系统用户 36
3.2 应用架构 36
3.3 数据架构 37
3.4 技术架构 38
3.4.1 技术架构图 38
3.4.2 软件体系架构 38
3.4.3 主要软件平台选型 39
3.5 网络及安全体系架构 41
3.5.1 网络总体架构 41
3.5.2 安全体系架构 42
第4章 监测感知与数据底板 43
4.1 监测感知 43
4.1.1 水文监测 43
4.1.2 水质监测 48
4.2 数据类型 52
4.2.1 基础数据 52
4.2.2 监测数据 52
4.2.3 业务管理数据 52
4.2.4 外部共享数据 53
4.2.5 地理空间数据 53
4.3 数据结构 53
4.3.1 数据汇集 53
4.3.2 数据处理 54
4.3.3 数据存储 55
4.3.4 数据服务 55
参考文献 56
第5章 水环境专业模型 57
5.1 水质分析评价模型 57
5.1.1 模型概述 57
5.1.2 模型原理与构建流程 57
5.1.3 实际应用场景 60
5.2 机理模型 63
5.2.1 河流一维水动力水质模型 63
5.2.2 湖库三维水动力水质模型 68
参考文献 103
第6章 水生态专业模型 104
6.1 湖库藻类富营养化生态动力学模型 104
6.1.1 模型概述 104
6.1.2 模型分类与机理 104
6.1.3 模型构建流程 107
6.2 应用案例 111
6.2.1 项目概况 111
6.2.2 模型构建 112
6.2.3 情景模拟方案 118
6.2.4 模拟结果与讨论 120
参考文献 130
第7章 水生态环境智能模型 131
7.1 水质水生态智能预报模型 131
7.1.1 基于长短期记忆算法的水质指标预测模型 131
7.1.2 藻类预测预警模型 141
7.2 视频图像智能识别模型 149
7.2.1 模型原理 149
7.2.2 模型构建流程 150
7.2.3 应用场景 152
参考文献 153
第8章 知识库 156
8.1 水质预警规则库 156
8.1.1 监测告警规则 156
8.1.2 预测预警规则 156
8.2 水质预演历史场景库 156
8.3 水质预案知识库 157
8.4 知识管理平台 158
8.4.1 知识管理方式 158
8.4.2 平台管理 159
8.4.3 业务场景驱动 159
第9章 业务应用 160
9.1 水质监测分析 160
9.1.1 功能描述 160
9.1.2 功能划分 160
9.1.3 业务流程 161
9.1.4 功能设计 161
9.1.5 界面设计 164
9.2 水质在线推演 166
9.2.1 功能描述 166
9.2.2 功能划分 166
9.2.3 业务流程 168
9.2.4 功能设计 168
9.2.5 界面设计 170
9.3 水质预警分析 172
9.3.1 功能描述 172
9.3.2 功能划分 172
9.3.3 业务流程 173
9.3.4 功能设计 173
9.3.5 界面设计 174
9.4 水质安全态势预演 176
9.4.1 功能描述 176
9.4.2 功能划分 176
9.4.3 业务流程 180
9.4.4 功能设计 182
9.4.5 界面设计 184
9.5 水质安全预案管理 187
9.5.1 功能描述 187
9.5.2 功能划分 187
9.5.3 业务流程 187
9.5.4 功能设计 188
9.5.5 界面设计 189
参考文献191
第10章 应用实例 192
10.1 丹江口水库秋汛170m蓄水 192
10.2 旱涝转化条件下丹江口水库磷浓度分布及趋势变化 195
10.3 数字孪生南水北调中线 197
10.3.1 南水北调中线简介 197
10.3.2 数字孪生南水北调中线水质安全简介 197
10.3.3 数字孪生南水北调中线水质安全应用 200
书单推荐
