具体描述
《海河流域城市水系优化调度》基于科学配置城市水资源、不断改善城市水环境的思想，系统、全面地介绍了水资源联合调度方法、模型及技术，阐述了国内外研究进展及其理论基础和研究框架；把握了联合调度这一领域的国际前沿和最新研究动态，在理论研究、方法应用等方面取得了突破。根据大量的数据与资料，以海河流域城市水系为案例，研究了城市水质水量联合高度技术及其在城市水环境改善中的应用，并提出了生态健康评价技术、藻类生长控制技术和联合调度技术模型。
图书名称：《海河流域城市水系优化调度》 图书简介 本书深入探讨了海河流域复杂水系网络背景下，城市水资源管理与水环境安全所面临的重大挑战与前沿解决方案。全书以严谨的科学态度和系统性的工程思维，构建了一套多目标、多约束条件的城市水系优化调度理论与技术框架，旨在为海河流域内特大型、超大城市群的水资源可持续利用提供坚实的理论支撑和可操作的技术路径。 第一部分：海河流域水资源系统特征与挑战 本部分首先对海河流域的自然地理、水文气候特征进行了详尽的梳理。流域内河流众多，水系分布复杂，且受季风气候影响显著，水资源时空分布极不均衡。重点分析了特有的“九河下海”水系结构对城市防洪排涝、供水安全构成的独特挑战。 随后，本书聚焦于流域内城市化进程加速带来的水资源压力。随着城市规模的不断扩张，硬化地表增加，城市内涝风险显著上升；同时，工农业和生活用水需求的刚性增长，与区域水资源承载力的矛盾日益尖锐。特别指出，区域间水资源调配的复杂性，以及跨行政区划协调难度的增加，是当前水系管理亟待解决的核心难题。 第二部分：城市水系统多目标优化调度理论基础 本书的理论核心在于构建多目标耦合的优化调度模型。我们摒弃了传统的单一目标（如仅追求供水保障率或仅关注防洪标准）的局限性，提出了一种集成水安全、水生态和水环境效益的综合评价指标体系。 1. 水文情景模拟与不确定性分析： 详细阐述了如何利用高精度水文模型，结合长期气象数据和遥感信息，对流域未来水资源可供量进行精确预测。特别引入了蒙特卡洛模拟和情景分析方法，量化了极端天气事件（如特大暴雨、长期干旱）对城市供水系统的冲击和风险水平，为调度决策提供了概率支持。 2. 优化目标函数构建： 提出了一个包含“最大化城市供水可靠性”、“最小化城市内涝损失”、“优化水环境水质目标实现度”和“最小化跨区域水资源调配成本”的帕累托前沿优化框架。通过引入模糊集理论和熵权法，对难以量化的生态需水和水环境质量指标进行了科学的权重分配。 3. 约束条件集的精确界定： 详细分析了城市水系调度涉及的各类约束，包括工程约束（水库库容、管道输水能力、泵站功率）、水文约束（河流流量、水位限制）、水质约束（污染物排放标准、生态基流要求）以及社会经济约束（不同用水户的优先级）。 第三部分：城市水系优化调度的数学规划方法 本书系统介绍了求解复杂优化问题的数学工具。针对水系调度的非线性和大规模特性，本书主要采用以下高级算法： 1. 混合整数线性规划（MILP）与非线性规划（NLP）： 阐述了如何将水库调度、渠道输水等具有明确线性或可线性化特征的部分转化为MILP模型，并结合非线性（如水头损失计算）部分采用NLP求解策略。 2. 启发式与元启发式算法的应用： 针对传统数学规划在处理大规模、高耦合度问题时的局限性，重点介绍了遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）以及模拟退火（SA）等元启发式算法在寻找全局最优解或满意解方面的有效性。书中通过海河流域某典型城市群的案例，对比了不同算法在计算效率和解的质量上的优劣。 3. 实时在线调度框架： 针对城市水系动态变化快的特点，提出了基于“预测—修正—执行”的实时在线优化框架。该框架结合了卡尔曼滤波技术对实时水文数据的平滑处理，实现了调度指令的快速生成与调整。 第四部分：海河流域典型应用场景与案例分析 本部分将理论与实践紧密结合，提供了针对海河流域特定问题的解决方案案例。 1. 城市群供水安全协同调度： 针对京津冀地区跨流域调水与区域内水库群联合调度的需求，设计了基于需求响应的协同调度模型。该模型着重于平衡上游水库的生态基流维持与下游城市的可靠供水，确保在枯水年限下供水风险最小化。 2. 城市内涝风险的雨洪资源化调度： 结合海绵城市理念，探讨了城市低影响开发（LID）设施与区域性蓄滞洪区、城市水库的联动调度。模型目标是利用城市调蓄空间，将暴雨径流转化为可利用的水资源，同时将城市防洪标准提高一个等级。详细分析了如何通过优化闸门开度、泵站启停时序，实现快速汇集、有效削峰和安全排放。 3. 水环境质量的生态调度策略： 针对河流污染负荷季节性变化大的特点，提出了基于水质目标控制的生态流量保障调度。通过模拟不同调度方案下河段水体的自净能力和稀释能力，确定了最优的生态补水时机和补水量，以保障主要河流出境水质达标。 第五部分：政策建议与未来展望 基于研究成果，本书最后提出了针对海河流域城市水系管理的政策建议，包括建立跨行政区水资源共享的激励机制、推广基于效益评估的精细化调度技术、以及建设集成化的流域智慧水务管理平台等。展望了未来在人工智能、数字孪生技术应用于城市水系管理方面的潜力，旨在推动海河流域水资源管理的现代化和可持续发展。 适用对象： 本书适合水利工程、环境工程、城市规划、地理信息系统等相关领域的科研人员、高校师生，以及水利管理部门、城市防洪抗旱指挥部、供水集团等一线规划与管理工作者参考使用。
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