流域管理是有效应对目前全球范围内水资源短缺、水环境污染和水生态退化等问题的可行模式，但在目前的流域管理研究与决策中，存在着一些亟待解决的关键问题，如无效信息收集、模型滥用等。为此，如何构建一个高效的流域管理决策模式，就成为国内外的研究热点。《智能流域管理研究》基于仿生学原理，提出了智能流域管理概念，构建了包含大脑篇因果关系之机理表达、智慧篇优化之决策和感官篇流域信息的获取、集成与反馈等在内的关键技术体系，并结合案例展示了模型方法在国内外流域决策中的应用。
　　《智能流域管理研究》可供环境科学、生态学、流域科学、湖沼学等学科的科研人员、高等学校师生及政府部门有关人员阅读和参考。全书由刘永、邹锐、郭怀成总体设计并主笔。

更多科学出版社服务，请扫码获取。

《智能流域管理研究》可供环境科学、生态学、流域科学、湖沼学等学科的科研人员、高等学校师生及政府部门有关人员阅读和参考。

序言 近几十年来，全球范围内的水资源短缺、水环境污染和水生态退化趋势加剧，湖泊富营养化、河口与湖泊低氧、有毒藻类水华暴发等已成为亟待解决的全球性环境问题。在我国，随着20世纪80年代后期快速的工业化、城镇化和农业现代化进程，水环境问题已经从陆域延伸到近海水域与河口、从单一污染发展到复合型污染，常规污染物、有毒有机物、重金属、藻毒素等水污染衍生物相互作用，形成复杂的流域性污染态势，对公众健康与经济社会可持续发展造成巨大障碍。在此背景下，自20世纪80年代开始，在全球范围内开展了大量针对不同尺度流域的综合管理研究与实践。但分析大量的流域综合管理案例后发现，在目前的流域管理研究与决策中，普遍存在着无效信息收集、模型滥用以及决策非最优化的问题；大量的模型开发与构建却无法回答流域管理与决策中的根本问题。在此前提下，究竟如何构建一个流畅高效的流域管理决策模式，成为摆在流域管理研究者与决策者面前的一个共同问题。
　　自20世纪90年代以来，本研究团队一直在中国与美国从事流域模拟、水质模型及流域管理优化决策等方面的研究，在此过程中也一直在思考与探索合适的流域管理与决策模式。最近几年来，在充分反思现有流域研究的基础上，经过频繁讨论、逐步酝酿，明确提出了智能流域管理（intelligent watershed management，IWM）的概念与思想，并开展了相关的理论构建、关键技术研发与案例应用研究，希望能通过提出的理念与关键技术回答目前流域管理中亟待解决的难点和决策模式问题。2009年11月，在中国武汉召开的第13届世界湖泊大会（The13th World Lake Conference）上，由邹锐博士代表本团队首次完整地诠释了智能流域管理的提出缘由、理论体系与方法框架。此后，我们开始在中国和美国开展系统的理论完善、集成技术研发及应用推广研究，如水体污染控制与治理科技重大专项滇池项目和美国LosAngeles流域非线性模拟一优化研究，均取得了显著成果；在后者的研究过程中所开发的非线性区间数映射重构（NIMS）算法及其在大规模流域模拟一优化方面的成功应用，带来了流域管理智能化领域的重大技术突破。
　　为系统梳理和展示本团队这些年对智能流域管理科学体系探索的阶段性研究成果，本书第1章首先对智能流域管理（IWM）的概念作了界定；提出智能流域管理是以流域整体为对象，模仿人在决策中由感官至大脑的形成智慧的行为过程.因此，它实际上是仿生学原理在流域管理中的一种延伸。智能流域管理基于仿生学原理、以最优化为目标并以流域中人类活动与水体水质的响应因果关系为纽带；其主要步骤包括流域信息获取、输入一输出因果关联模拟以及优化与适应性决策。在第1章绪论所介绍的智能流域管理总的框架体系下，本书接下来又分3篇11章逐步展开概念讨论、模型技术与算法以及案例研究等相关内容。
　　（1）第一篇界定为大脑篇因果关系之机理表达，主要探讨智能流域管理的因果关联及输入一输出响应、流域层面的因果关联定量表达、水体层面的因果关联定量表达、模型参数估值及不确定性分析、流域一水体因果关系的集成等方面的内容。
　　（2）第二篇界定为智慧篇优化之决策，主要分析了形成智慧型最优流域决策的主要步骤，探讨了流域管理的智慧型决策框架、流域智慧型决策之线性规划模型、流域智慧型决策之模拟一优化模型、流域智慧型决策之适应性最优演化模型等方面的内容，并结合案例分析探讨了相关的新算法与模型开发。
　　（3）第三篇界定为感官篇流域信息的获取、集成与反馈，主要分析了流域数据信息获取与集成以及流域数据库设计与开发等方面的内容。
　　尽管智能流域管理是一个探讨性的新尝试，但在最近的研究中却日益发现了其重要的价值。新概念的提出总会存在不足，希望本书的工作能够推动流域管理与决策领域的深入讨论与思考，并促进更多相关问题的提出、发掘、探讨与解决，从而更好地为未来科学流域管理决策提供坚实的支撑。
　　本书是团队集体智慧的结晶。全书由刘永、邹锐、郭怀成总体设计并主笔，参与本书各章节写作的还有：周璟（第3、6、11章）、董菲菲（第7、9、12章）、张祯祯（第2、5章）、刘年磊（第8章）、颜小品（第4、11章）、盛虎（第1章）、阳平坚（第10章）、朱翔（第4章）、赵磊（第2章）、毛国柱（第8章）。在团队的共同努力下，几经修改并由邹锐、董菲菲、郭怀成、刘永最终定稿。
　　本书的研究与出版得到了国家水体污染控制与治理科技重大专项（编号：2008ZX07102-001）、国家自然科学基金（41101180）与北京大学百人计划专项经费的资助。在本书的写作与相关研究的开展过程中，得到了美国TetraTech公司的3个研究案例（Lake Maumelle、Lake Clear流域、River Wissahickon）的支持，在此表示由衷的感谢！本书的部分案例基础数据来自于云南省环境科学研究院的调研与监测，感谢贺彬院长所给予的帮助与支持！
　　本书是北京大学环境科学与工程学院流域科学实验室（Peking University Watershed ScienceLab）的成果之一，敬请访问我们的主页（http：//www.pkuwsl.org/），以了解更多的内容、本书补充材料及流域科学最新研究进展。由于作者的知识和经验有限，加之相关研究尚处于起步阶段，书中难免出现疏漏，殷切希望各位同行能不吝指正。