水信息学概述

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1、Ó科技信息综述Ó水信息学概述李树平提要水信息学是一门崭新的学科,它是信息技术与传统水环境科技相结合的产物,其研究和应用领域广泛,内容丰富。从计算模型、决策支持系统、人工智能、地理信息系统和软件工程5个方面简要阐述了信息技术对水环境科技所带来的巨大作用。关键词水信息学信息科学技术水环境0引言学、水文学、湖沼学、海洋学、水利工程学、给水排水地球上的水在太阳能的作用下,不断蒸发而形工程学等。几乎在所有这些与水相关的科学和工程成水汽,上升到高空,随大气运动而散布到各处。这技术中,还存在着许多经验方程式,有些

2、是理论性种水汽如遇适当条件与环境,则凝结而成降水,下落的,有些是由试验数据拟合的。水环境科技人员可到地面。到达地面的雨水,除部分为植物截留并蒸以通过选择合适试验方法和最优量测过程,对原始发外,一部分沿地面流动成为地面径流,一部分渗入量测数据进行再加工,从而最大限度地提取物理、化地下沿含水层流动成为地下径流,最后,它们之中的学、生物、地理、气象、水文、地质等方面的相关信息,大部分都流归大海。然后又重新蒸发,继续凝结形用于水科学的研究和水工程的运行、调度、优化和预成降水,运转流动,往复不停。这种过程,称

3、为自然测。随着计算机科学、应用数学和统计学方法在水界的水分循环。良好的水分循环为地球上的生物提环境管理中应用的日益广泛和深入,一门崭新的水供了赖以生存的水环境。但是以往,在认为“水是用环境分支学科———水信息学(Hydroinformatics)诞[1]之不尽、取之不竭”的观念下,人类对水过分索取和生了。无休止的开发利用,加上其它环境问题,使得水环境水信息学出现于20世纪80年代初期,直到出现了不利于生物生存的恶劣情况。例如降水中的1989年,才出现Hydroinformatics的名称。1991年

4、酸雨、湖泊的富营养化、河流的水质恶化、近海的赤M.B.Abbott教授的专著《Hyroinformatics:Informa2潮现象等。幸运的是,现在已从这些惨痛的教训中tionTechnologyandtheAquaticEnvironment》的出意识到了保护和改善环境,尤其是水环境的重要性。版标志了水信息学的正式诞生。到目前为止,水信为了保障社会、经济和环境的可持续发展,对水环境息学已在亚洲、欧洲和北美的11所大学讲授。水信已从局部治理发展为区域治理、从单项治理发展为息学具有自己的专门期刊《J

5、ournalofHydroinfor2综合整治,即对区域规划、资源利用、能源改造和有matics》(1999年创刊,由IWA和IAHR联合出版),害物质净化处理等多种因素进行综合考虑,以便求以及两年一次的国际学术会议“InternationalCon2得整体上的最优整治方案。在区域水环境治理过程ferenceonHydroinformatics”。目前已召开了4次有中,需要运用系统工程的理论和方法及电子计算机关水信息学的国际学术会议,它们分别是:1994年9技术,从整个河流、湖泊、海洋和给水排水系统

6、的范月19日～23日在荷兰代夫特、1996年9月9日～围出发,将区域规划、水资源的有效利用和污水治理13日在瑞士苏黎世、1998年8月24日～26日在丹等诸因素进行综合的系统分析,建立各种模拟试验麦哥本哈根,以及2000年7月23日～27日在美国[2,3]的数学模式,寻求水污染控制的设计和管理的最优衣阿华。化方案。一般意义上,水信息学是研究与水环境相关数在水的研究和利用中,存在着许多彼此独立而据的收集、处理、存储、传布、分析和图形显示等的学又相互联系的科学和工程学科,例如水力学、冰川科,它通过综合数

7、学、计算机科学和传统水环境科学90给水排水Vol128No142002和工程学的方法,来揭示大量复杂的水环境科技奥繁多,很难甚至无法用试验方法来模拟。例如,与给[2]秘,解决水环境科技难题。水信息学的研究和应水有关的水源及与排水有关的受纳水体的水质模用领域极为广泛,内容非常丰富,包括数据的获取和型、城市给水排水系统的规划模型等,由于它们的开分析(例如SCADA、遥感、遥测、数据模型、数据管理放性、庞大性、复杂性和随机性,用缩小比例尺的实和数据库技术)、先进的数值分析方法和技术(例如物模型的模拟试验方

8、法显然是不现实的,并且也难[9]一维、二维和三维计算机水力、水质和水生生态模以达到相当的真实性。型,参数估计和过程识别)、控制技术和决策支持(例为使这种非实物的数学模型能够尽可能真实而如基于模型控制、不确定性处理、决策支持系统、分准确地描述真实体,必须用计算机进行模拟和求解,布影响评价和决策、Internet和Intranet)、标准软件最后配合必要的现场和实物的测试分析加以验证,的开发(例如海岸和河口污染扩散的过程分析、水资建立起能够代替真实系统的模型。源的流域管理