湖泊水環境多維演化過程模擬與最佳化調控研究

湖泊水環境多維演化過程模擬與最佳化調控研究

《湖泊水環境多維演化過程模擬與最佳化調控研究》是一本2022年華中科技大學出版社出版的圖書,作者是周建中。

基本介紹

  • 中文名:湖泊水環境多維演化過程模擬與最佳化調控研究
  • 作者:周建中
  • 出版社:華中科技大學出版社
  • 出版時間:2022年3月
  • 頁數:460 頁
  • 開本:16 開
  • 裝幀:平裝
  • ISBN:9787568076777
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,

內容簡介

本書以多學科綜合交叉研究為手段,採用理論研究、建模仿真與工程套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,同時借鑑和發展複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,全方位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最佳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最佳化調控等相關內容。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最佳化調度的方法、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。

作者簡介

周建中,教授、博士生導師,華中科技大學水電與數位化工程學院院長。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,獲軟體著作權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。

圖書目錄

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最佳化調控(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章湖泊水網複雜背景場特徵分析(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水環境線上監測系統設計(45)
2.4.1系統整體設計(46)
2.4.2系統硬體電路設計(50)
2.4.3系統軟體設計(61)
參考文獻(65)
第3章湖泊流域分散式水文建模及預報(67)
3.1具有物理機制的流域分散式水文模型建模(67)
3.1.1集總式概念性流域水文預報模型(68)
3.1.2具有物理機制的分散式柵格新安江模型(73)
3.1.3大東湖區域分散式水循環演變規律分析(80)
3.2流域分散式水文模型參數自適應高效智慧型最佳化方法(86)
3.2.1水文預報模型最佳化率定的數學描述與表達(86)
3.2.2流域分散式水文模型多目標高效智慧型最佳化率定方法(89)
3.2.3基於多目標最佳化框架的水文預報模型最佳化率定(100)
3.3基於貝葉斯理論的分散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散式水文模型不確定性分析
(105)
參考文獻(113)
第4章湖泊水系分散式流場數值計算(115)
4.1二維淺水動力學理論基礎(115)
4.1.1三維NavierStokes方程(116)
4.1.2二維淺水方程(117)
4.2格線自適應加密與稀疏技術(121)
4.2.1格線密集化(122)
4.2.2格線稀疏化(122)
4.2.3格線自適應準則(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大東湖水網分散式流場模擬(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水位加權變數重構技術(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徵分析(198)
參考文獻(257)
第6章湖泊水質水量多維聯合最佳化調控(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最佳化調度方法(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基於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回響關聯性評價(349)
7.2.1投影尋蹤指標函式研究(349)
7.2.2投影尋蹤多項式函式模型(350)
7.2.3大東湖水網調度工程套用(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多重循環調度工程套用(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套用(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基於統一平台的海量多源異構數據集成、組織與共享方法研究
(377)
8.2.2網路分散式多模型環境下決策支持模型庫構建方法研究(380)
8.2.3基於GIS的開放式決策支持系統互動平台動態生成技術研究
(384)
8.3城市湖泊三維可視化仿真(390)
8.3.1基於虛擬現實技術的城市湖泊建模基礎(390)
8.3.2基於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套用實例(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水文信息管理模組(406)
8.4.3分散式水循環模擬模組(407)
8.4.4典型情景分析模組(408)
8.5湖泊分散式流場模擬子系統(410)
8.5.1系統總體結構(410)
8.5.2大東湖基礎數據查詢模組(410)
8.5.3湖泊流場模擬模組(411)
8.5.4死水區分析模組(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納污能力計算模組(414)
8.6.3典型情景模擬模組(414)
8.6.4突發污染物模擬模組(415)
8.6.5暴雨情景模擬模組(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工程信息管理模組(419)
8.7.3調水方案模組(419)
8.7.4湖泊水網調度模組(425)
8.7.5調度效果影響分析模組(428)
8.8水網調度評價子系統(431)
8.8.1模糊聚類疊代評價模型(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套用示範(433)
8.9.1示範系統在大東湖生態水網調度決策中的套用(434)
8.9.2項目取得的重大工程套用成果(447)
參考文獻(447)

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