基于數字孿生的湖庫水質安全建設關鍵技術與應用

目錄
第1章 湖庫水環(huán)境與數字孿生技術概述 1
1.1 湖庫水環(huán)境現(xiàn)狀及治理挑戰(zhàn) 1
1.1.1 當前湖庫水質狀況 1
1.1.2 湖庫主要污染源及特點 3
1.1.3 水環(huán)境主要治理措施及成效 5
1.1.4 水環(huán)境治理面臨的主要挑戰(zhàn) 8
1.2 數字孿生技術概述 9
1.2.1 數字中國建設 9
1.2.2 數字孿生水利建設 10
1.3 湖庫水質管理現(xiàn)狀及數字化轉型需求 12
1.3.1 湖庫水質管理現(xiàn)狀 12
1.3.2 湖庫水質管理數字化轉型需求 13
參考文獻 14
第2章 數字孿生水質安全建設挑戰(zhàn)與需求 16
2.1 數字孿生水質安全建設挑戰(zhàn) 16
2.1.1 客觀條件的復雜性 16
2.1.2 管理思路與技術瓶頸 18
2.1.3 模型精度和計算效率有待提升 19
2.1.4 平臺集成滯后 21
2.2 數字孿生水質安全建設需求 22
2.2.1 國家與行業(yè)對數字化的需求 22
2.2.2 實際工程管理需求 27
參考文獻 29
第3章 數字孿生湖庫水質管理系統(tǒng)框架 31
3.1 總體架構 31
3.1.1 信息化基礎設施 31
3.1.2 數字孿生平臺 33
3.1.3 業(yè)務應用 35 3.1.4 網絡安全體系 36
3.1.5 保障體系 36
3.1.6 系統(tǒng)用戶 36
3.2 應用架構 36
3.3 數據架構 37
3.4 技術架構 38
3.4.1 技術架構圖 38
3.4.2 軟件體系架構 38
3.4.3 主要軟件平臺選型 39
3.5 網絡及安全體系架構 41
3.5.1 網絡總體架構 41
3.5.2 安全體系架構 42
第4章 監(jiān)測感知與數據底板 43
4.1 監(jiān)測感知 43
4.1.1 水文監(jiān)測 43
4.1.2 水質監(jiān)測 48
4.2 數據類型 52
4.2.1 基礎數據 52
4.2.2 監(jiān)測數據 52
4.2.3 業(yè)務管理數據 52
4.2.4 外部共享數據 53
4.2.5 地理空間數據 53
4.3 數據結構 53
4.3.1 數據匯集 53
4.3.2 數據處理 54
4.3.3 數據存儲 55
4.3.4 數據服務 55
參考文獻 56
第5章 水環(huán)境專業(yè)模型 57
5.1 水質分析評價模型 57
5.1.1 模型概述 57
5.1.2 模型原理與構建流程 57
5.1.3 實際應用場景 60
5.2 機理模型 63
5.2.1 河流一維水動力水質模型 63
5.2.2 湖庫三維水動力水質模型 68
參考文獻 103
第6章 水生態(tài)專業(yè)模型 104
6.1 湖庫藻類富營養(yǎng)化生態(tài)動力學模型 104
6.1.1 模型概述 104
6.1.2 模型分類與機理 104
6.1.3 模型構建流程 107
6.2 應用案例 111
6.2.1 項目概況 111
6.2.2 模型構建 112
6.2.3 情景模擬方案 118
6.2.4 模擬結果與討論 120
參考文獻 130
第7章 水生態(tài)環(huán)境智能模型 131
7.1 水質水生態(tài)智能預報模型 131
7.1.1 基于長短期記憶算法的水質指標預測模型 131
7.1.2 藻類預測預警模型 141
7.2 視頻圖像智能識別模型 149
7.2.1 模型原理 149
7.2.2 模型構建流程 150
7.2.3 應用場景 152
參考文獻 153
第8章 知識庫 156
8.1 水質預警規(guī)則庫 156
8.1.1 監(jiān)測告警規(guī)則 156
8.1.2 預測預警規(guī)則 156
8.2 水質預演歷史場景庫 156
8.3 水質預案知識庫 157
8.4 知識管理平臺 158
8.4.1 知識管理方式 158
8.4.2 平臺管理 159
8.4.3 業(yè)務場景驅動 159
第9章 業(yè)務應用 160
9.1 水質監(jiān)測分析 160
9.1.1 功能描述 160
9.1.2 功能劃分 160
9.1.3 業(yè)務流程 161
9.1.4 功能設計 161
9.1.5 界面設計 164
9.2 水質在線推演 166
9.2.1 功能描述 166
9.2.2 功能劃分 166
9.2.3 業(yè)務流程 168
9.2.4 功能設計 168
9.2.5 界面設計 170
9.3 水質預警分析 172
9.3.1 功能描述 172
9.3.2 功能劃分 172
9.3.3 業(yè)務流程 173
9.3.4 功能設計 173
9.3.5 界面設計 174
9.4 水質安全態(tài)勢預演 176
9.4.1 功能描述 176
9.4.2 功能劃分 176
9.4.3 業(yè)務流程 180
9.4.4 功能設計 182
9.4.5 界面設計 184
9.5 水質安全預案管理 187
9.5.1 功能描述 187
9.5.2 功能劃分 187
9.5.3 業(yè)務流程 187
9.5.4 功能設計 188
9.5.5 界面設計 189
參考文獻191
第10章 應用實例 192
10.1 丹江口水庫秋汛170m蓄水 192
10.2 旱澇轉化條件下丹江口水庫磷濃度分布及趨勢變化 195
10.3 數字孿生南水北調中線 197
10.3.1 南水北調中線簡介 197
10.3.2 數字孿生南水北調中線水質安全簡介 197
10.3.3 數字孿生南水北調中線水質安全應用 200