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| 編輯推薦： |
本教材具有以下特点：
1. 本书涵盖了环境工程领域气、液、固三大领域中的工业废气、室内控制质量、污水处理、水环境修复、垃圾填埋、混合堆埋等方面的模拟仿真应用，全面阐述了模型在环境工程改造、污染控制以及政策制定等方面所发挥的重要作用。
2. 随着国民经济的发展，新兴污染物的监测和治理受到广泛关注，为了体现地表水中新污染防治的重要性，从污染控制、降解转化、吸附沉淀等多个方面介绍了PPCPs、微塑料和全氟化合物治理方面的模型应用。
3. 人工智能领域的机器学习与深度学习、人工智能与生态环境耦合模型、LSTM水质预测模型、垃圾识别分类算法、智慧管控综合应用等代表智慧环境发展趋势的技术方法，也是本教材重点补充的内容。
4. 响应国家“双碳”战略绿色、环保、低碳的需求，从污水处理碳减排、废弃物碳减排、大气碳捕获、微藻固碳等多个方面阐述建模方法，填补了以往教材中碳核算模型的空白。
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| 內容簡介： |
《智慧环境仿真与管控》共十章，系统介绍了：智慧环境与数模仿真的基本概念、发展、构成；数学建模仿真方法与数学基础；环境数模仿真管控的环境专业基础——污水处理、水环境生态修复、大气环境污染控制、固体废物处理、土壤环境污染控制等方面的数模仿真；人工智能技术、数据可视化、机器学习等环境智慧化管控技术；人工智能赋能与环境智慧管控应用及案例。
本书可用作高等院校环境工程、环境科学、市政工程、给排水工程、智慧环境、环境信息、环境生态等专业本科生、研究生的课程教材或教学参考，也可供有意了解或从事智慧环境仿真管控的科研人员、工程师、管理人员等作为参考。
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| 關於作者： |
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周雪飞：同济大学环境科学与工程学院教授，博导。国际水协(IWA)会员。 近年来一直从事污染物环境行为、水环境保护的机理、技术及数学模型等方面的研究，并对水体中典型污染物的降解机理与处理技术、农村应急水处理技术开展了较为系统的前期研究。作为完成人之一的项目“小城镇环境保护关键技术研究与设备开发”获2006年度教育部科技进步二等奖，“小城镇一体化水处理关键技术研究与设备开发”获2007年度上海市科技进步二等奖，“耦合式城市污水处理新技术及应用”获2008年度国家技术发明二等奖。
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| 目錄：
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第一章智慧环境与数模仿真 1
1.1 智慧环境的发展背景与构成 1
1.2 系统、 系统分析与环境数学模型 5
1.2.1 系统、环境系统 5
1.2.2 系统分析、环境系统分析 5
1.2.3 模型、数学模型、环境数学模型 6
1.3 数学建模与数模仿真 6
1.3.1 仿真建模的基本原则 7
1.3.2 仿真建模的一般步骤 7
1.3.3 仿真建模的典型方法 10
参考文献 10
第二章数模仿真的常用数学方法 12
2.1 蒙特卡罗算法 12
2.2 数据拟合法 13
2.2.1 最小二乘法 13
2.2.2 插值法 16
2.3 数学规划法 16
2.3.1 线性规划 17
2.3.2 多目标规划 20
2.3.3 整数规划 21
2.3.4 非线性规划 22
参考文献 22
第三章污水处理系统数模仿真 24
3.1 物理处理单元数模仿真 24
3.1.1 沉淀过程数学模型 24
3.1.2 点沉降模型 26
3.1.3 Takacs模型 27
3.1.4 CFD模型 28
3.1.5 高效澄清池数模仿真 32
3.2 生物处理单元数模仿真 34
3.2.1 活性污泥处理过程数模仿真 34
3.2.2 生物膜处理过程数模仿真 53
3.2.3 厌氧消化过程数模仿真 56
3.3 深度处理单元数模仿真 63
3.3.1 消毒过程数模仿真 63
3.3.2 生物活性炭滤池数模仿真 66
3.3.3 臭氧-活性炭深度处理系统数模仿真 68
3.4 污水处理系统数模仿真案例 68
3.4.1 基于ASM2d模型开发的模拟程序ASM2G 68
3.4.2 臭氧接触池深度处理数模仿真 69
参考文献 69
第四章水环境与水生态数模仿真 71
4.1 水环境系统的数模仿真 71
4.1.1 水环境模型概述 71
4.1.2 河流数模仿真 77
4.1.3 湖、库数模仿真 80
4.1.4 河口数模仿真 89
4.1.5 海洋系统的数模仿真 89
4.1.6 地下水系统的数模仿真 95
4.2 水环境生态修复技术数模仿真 104
4.2.1 人工增氧生态修复技术数模仿真 105
4.2.2 水环境植物修复技术数模仿真 109
4.2.3 水环境底泥修复技术数模仿真 115
4.3 水环境生态健康评价模型及应用 117
4.3.1 基于生物完整性指数的水环境生态健康评价模型及其应用 118
4.3.2 压力状态响应模型及其应用 119
4.3.3 基于生态完整性的水环境生态健康评价模型及其应用 119
参考文献 120
第五章大气环境污染控制过程数模仿真 124
5.1 大气湍流扩散的影响因素 125
5.2 大气湍流扩散应用理论与模型 126
5.2.1 梯度输送理论 127
5.2.2 湍流统计理论 131
5.2.3 湍流相似扩散理论 133
5.2.4 湍流数模仿真 134
5.3 点源排放下的大气污染物扩散模型与仿真案例 135
5.3.1 通常模式下连续排放点源的大气污染物扩散模型 136
5.3.2 特殊条件下连续排放点源的大气污染物扩散模型 141
5.3.3 突发事故大气污染物瞬时泄漏扩散模型 145
5.4 线源排放下的大气污染物扩散模型与仿真案例 146
5.4.1 无限长线源模型 146
5.4.2 有限长线源模型 146
5.4.3 线源模型仿真案例 147
5.5 区域大气质量估算模型仿真应用 149
5.5.1 小尺度的区域大气质量估算模型 149
5.5.2 中小尺度区域大气质量估算模型 150
5.5.3 综合型区域大气质量估算模型 150
5.5.4 大尺度大气质量估算模型 151
参考文献 152
第六章固体废物污染及其处理过程的数模仿真 155
6.1 固体废物填埋处理过程的数模仿真 155
6.1.1 生活垃圾典型污染物转化过程数模仿真 155
6.1.2 生活垃圾填埋过程的产气数模仿真 158
6.1.3 垃圾渗滤液扩散过程数模仿真 161
6.1.4 生活垃圾卫生填埋反应过程的数模仿真 162
6.1.5 混合固废堆埋系统污染物迁移数模仿真 165
6.2 垃圾堆肥处理过程的数模仿真 167
6.2.1 有机垃圾厌氧堆肥过程的数模仿真 169
6.2.2 厨余垃圾好氧堆肥过程的数模仿真 171
6.2.3 垃圾堆肥工艺的数模仿真 172
6.3 垃圾焚烧处理过程的数模仿真 175
6.3.1 垃圾焚烧过程的热力学数模仿真 176
6.3.2 垃圾焚烧烟气扩散过程的数模仿真 177
6.3.3 垃圾焚烧工艺的数模仿真 180
6.4 固废污染防控系统模拟 182
参考文献 183
第七章土壤环境污染控制过程数模仿真 184
7.1 土壤环境的典型污染物及污染修复技术 184
7.1.1 土壤环境概述 184
7.1.2 土壤环境污染方式、特征与典型污染物 185
7.1.3 土壤环境污染修复技术 186
7.2 重金属污染物迁移转化及其污染修复过程的数模仿真 188
7.2.1 重金属吸附、转化过程数模仿真 188
7.2.2 重金属迁移过程数模仿真 190
7.3 有机污染物迁移转化及其污染修复过程的数模仿真 195
7.3.1 有机污染物吸附、降解过程数模仿真 195
7.3.2 有机物迁移过程数模仿真 199
7.4 胶体污染物迁移转化及其污染修复过程的数模仿真 205
7.4.1 胶体污染物吸附、降解过程数模仿真 205
7.4.2 胶体迁移过程数模仿真 208
参考文献 211
第八章环境智能化技术原理与应用 214
8.1 人工智能技术简介 214
8.1.1 人工智能概述 214
8.1.2 机器学习 215
8.2 数据可视化及异常值处理 216
8.2.1 数据可视化的理论基础与方法 216
8.2.2 异常值的定义与检测 216
8.3 机器学习在环境领域的应用 217
8.4 人工智能技术在环境领域的应用 218
8.4.1 环境数据收集与分析 219
8.4.2 环境监测与预警 220
8.4.3 环境治理 222
参考文献 223
第九章AI 赋能环境领域典型案例 225
9.1 AI用于固废管理 225
9.1.1 深度学习在城市固体废物产量预测中的应用 225
9.1.2 基于ResNet-50结合迁移学习可视化模型应用于上海城市生活垃圾四分类研究 227
9.1.3 基于动力学和热力学与深度学习多维度定量化分析筛下垃圾热化性质研究 229
9.2 AI用于大气颗粒物污染预测 232
9.2.1 机器学习用于PNSD预测 232
9.2.2 机器学习模型在PNSD预测中的表现 232
9.2.3 LSTM 预测未来PNSD 234
9.3 AI用于土壤污染控制 234
9.3.1 模型回归与拟合分析 235
9.3.2 模型可解释性分析 236
9.4 AI用于水污染控制 239
9.4.1 不同水力停留时间下MBBR的污染物去除性能 239
9.4.2 基于机器学习的水质预测 241
参考文献 243
第十章环境智慧管控 246
10.1 智慧水务 246
10.1.1 智慧排水一体化管控平台 247
10.1.2 污水处理智慧运管平台 254
10.2 智慧固废 261
10.2.1 厂网联动物流调度 261
10.2.2 物料能源平衡分析 263
10.2.3 固废安全应急处理 268
10.3 智慧大气 271
10.3.1 空气质量 “监测大脑” 271
10.3.2 空气质量 “预测大脑” 276
10.3.3 管控效果 “评估大脑” 283
参考文献 292
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随着人工智能（AI）技术的飞速发展， 智慧环境仿真与管控成为推动环保科技创新、解决全球环境问题的新动力，同时也对高等教育环境学科的人才培养提出了新的要求。鉴于此，我们编著了这本《智慧环境仿真与管控》教材用作AI 赋能环境学科发展新形势下的专业课核心教材。本书编写过程中尽可能全面地参考已有文献与案例，概括总结当前成熟的概念和方法体系，并引入自身研究成果。在内容叙述上，力求基本概念准确，机理、推导清晰易懂，反映本学科前沿进展与水平；形式上采用数字教材建设理念，将部分知识点和案例用二维码形式进行扩展，有助于加深理解和提高实操性。
全书共十章，以环境工程专业为主线，系统介绍了环境领域的数模仿真与智慧管控技术，包含以下几个方面： 环境工程领域数模仿真的常用数学方法； 污水处理、水环境生态修复、大气环境污染控制、固体废物处理、土壤环境污染控制等方向的数模仿真；环境智慧化管控技术； AI 赋能与环境智慧管控应用及案例等。本书撰写分工如下：周雪飞和张亚雷（第1、3章）， 郭亚萍（第2、5章）， 陈家斌和张劲（第4章），罗刚和赵江（第6章）， 桑文静（第7章）， 林坤森和高海萍（第8、9章），刘战广、吴曰丰、吴剑斌和蒋明（第10章）。周雪飞负责全书的统稿工作。
本书撰写过程中参考了相关资料。主要参考文献已列于各章之末，在此对各参考文献的作者表示深深的谢意。本书可作为高等院校环境工程、环境科学、市政工程、给排水工程、智慧环境、环境信息、环境生态等专业本科生、研究生的教材，也可供科研人员、工程师、管理人员等参考。
由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
编著者
2025年5月
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