水污染防治原理与实务 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书由浅入深解说水体或流域水污染防治所需具备之知识、调查方法、管制规划、控制策略与应用工具，兼具原理与实务内容，适合大学相关课程与水污染防治从业人员参考。

　　全书由水污染防治的基础与流程介绍开始，进而到水文水力的概念，逐渐深入至水质水量的调查与污染负荷推估；最后，针对现今国内水污染现况与用水需要，说明废水处理方法，受污染排水或河水再净化及水体内水质净化方法等控制技术，并分析比对美日对污染源的管制历史和方法，以作为台湾污染管制之参考。


 

科技前沿：人工智能在复杂系统优化中的应用与展望 书籍简介 作者： 华东理工大学 计算机科学与技术学院 教授 史文博、 深圳综合研究院 资深研究员 李明远 出版社： 机械工业出版社 出版日期： 2024年10月 定价： 98.00元 --- 内容概要 本书深入探讨了人工智能（AI）技术在处理和优化复杂系统问题中的前沿应用、理论基础与实践案例。面对当前社会、工业、生态等领域日益增长的复杂性挑战，传统优化方法往往显得力不从心。本书聚焦于如何利用机器学习、深度学习、强化学习以及复杂网络理论，构建高效、鲁棒且具有自适应能力的智能决策系统。 全书结构清晰，从基础理论的梳理，到高级算法的剖析，再到具体行业的落地应用，层层递进，旨在为读者提供一个全面且实用的知识框架。 --- 第一部分：复杂系统与AI基础（第1-4章） 第1章：复杂系统的本质与挑战 本章首先界定了什么是复杂系统，阐述了其非线性、涌现性、自组织性等关键特征。通过分析物理、生物、社会和工程系统中的复杂性来源，揭示了传统控制论和运筹学在应对大规模、高维度、动态变化系统时的局限性。本章强调，理解复杂系统的内在结构和演化规律是应用AI技术的前提。 第2章：从经典优化到智能决策 本章回顾了经典的组合优化、连续优化方法（如线性规划、非线性规划、启发式算法），并引出人工智能算法在求解NP难问题上的优势。重点介绍了进化算法（如遗传算法、粒子群优化）与元启发式算法在搜索空间探索中的作用。 第3章：深度学习在系统表征中的应用 本章深入探讨了深度学习模型（如卷积神经网络CNN、循环神经网络RNN、图神经网络GNN）如何用于从海量数据中提取高维、非线性的系统状态表征。特别关注了如何利用自编码器和变分自编码器（VAE）进行系统的降维与潜在空间学习，为后续的预测和控制奠定基础。 第4章：强化学习：智能体的决策核心 本章是本书的核心理论部分之一。详细介绍了马尔可夫决策过程（MDP）的数学框架，并系统讲解了无模型强化学习（如Q-Learning, SARSA）和基于模型的强化学习方法。重点剖析了深度Q网络（DQN）、策略梯度方法（如REINFORCE, A2C, A3C）以及Actor-Critic框架的最新进展，强调其在序列决策和时序控制中的强大能力。 --- 第二部分：高级算法与模型融合（第5-8章） 第5章：图神经网络（GNN）与关系推理 复杂系统本质上是相互关联的实体网络。本章聚焦于GNN在处理具有明确结构关系的数据时的优势。内容涵盖了图卷积网络（GCN）、图注意力网络（GAT）等模型，并展示了如何利用GNN对交通网络、能源电网或生物分子网络进行状态预测和结构敏感的优化。 第6章：贝叶斯方法与不确定性量化 在实际工程问题中，系统模型和观测数据总伴随不确定性。本章结合贝叶斯推断、高斯过程（GP）和贝叶斯深度学习方法，讲解如何量化和管理决策过程中的不确定性。内容涉及贝叶斯优化在昂贵实验或模拟中的高效搜索策略。 第7章：可解释性人工智能（XAI）在系统分析中的作用 “黑箱”模型在关键基础设施领域的应用受到严格限制。本章致力于介绍XAI技术，如SHAP值、LIME方法以及归因分析，帮助工程师理解AI模型做出特定决策背后的物理或逻辑依据，从而建立对智能系统的信任，并确保控制策略的安全性与可追溯性。 第8章：模型预测控制（MPC）与强化学习的集成 本章探讨了将传统精确控制框架（MPC）与数据驱动的AI方法相结合的前沿趋势。介绍了如何利用强化学习训练出高效的非线性模型替代（Surrogate Model），或者如何将学习到的策略嵌入到MPC的求解器中，以提高实时优化和鲁棒性。 --- 第三部分：前沿应用与案例分析（第9-12章） 第9章：智能电网的优化与弹性控制 以现代电力系统为例，展示AI如何应对大规模可再生能源并网带来的波动性。案例包括：基于深度强化学习的区域负荷预测与调度、电网拓扑故障的快速隔离与恢复策略，以及分布式能源系统的协同优化。 第10章：智能制造与供应链韧性 本章聚焦于工业4.0背景下的复杂生产调度。内容涵盖：利用图神经网络对多工序流程进行瓶颈识别；基于强化学习的动态资源分配优化；以及如何构建预测性维护系统，提前规避设备故障导致的生产中断。 第11章：自动驾驶与交通流管理 复杂交通系统是典型的多智能体交互场景。本章详细分析了多智能体强化学习（MARL）在协调自动驾驶车辆路径规划和避免“幽灵堵塞”中的应用。同时，探讨了AI在宏观城市交通信号灯配时优化中的实时决策框架。 第12章：新兴领域的探索：机器人协同与生物信息学 本章扩展了AI在更具挑战性系统中的潜力。涵盖了柔性制造中机械臂的复杂抓取与操作策略（基于视觉反馈的深度模仿学习），以及在基因调控网络建模中利用复杂网络分析与序列模型来预测系统响应。 --- 总结与展望 全书末章总结了当前AI优化面临的工程化挑战，如数据效率、泛化能力、实时计算约束等，并对未来五年内AI在自主决策系统中的发展方向进行了展望，重点关注自监督学习、因果推断在系统优化中的深度融合。 本书特色： 理论与实践并重： 理论推导严谨，配有大量Python代码示例和真实数据集分析。 前沿性强： 涵盖最新的GNN、XAI、MARL等技术在复杂系统中的集成应用。 面向工程应用： 案例选择贴近电力、制造、交通等关键工业领域，指导性强。 目标读者： 本书适合从事人工智能研究的科研人员、高校研究生，以及在航空航天、能源、交通、先进制造等领域从事系统优化、过程控制和智能决策的工程师和技术专家。具备一定的线性代数、概率论和机器学习基础的读者将获益最大。

作者简介

温清光

　　现任：
　　国立成功大学环境工程系兼任教授
　　国立成功大学土木工程系学士、硕士、博士，国家工学博士

　　经历：
　　国立成功大学环境工程系讲师、副教授、教授、特聘教授暨系主任
　　国立成功大学工学院副院长

　　荣誉：
　　国立成功大学名誉教授（2010）
　　中华民国环境工程学会工程奖章（2005）
　　国立成功大学教学特优教师奖（2004）
　　国立成功大学工学院优良教师奖（1994）
　　中国环境工程学会工程论文奖（1994）
　　中国工程师学会优秀青年工程奖（1983）
　　中国土木水利工程学会工程论文奖（1983）

　　专书：
　　《废水工程学——集水工程和抽水工程》（1989）
　　《废水工程学——收集、处理及处分》上、下册（1984）

张智华

　　现任：
　　国立成功大学环境工程学系副教授
　　国立成功大学环境工程学系学士、硕士、博士

　　经历：
　　国立成功大学环境工程系专任助教、助理教授、副教授
　　永续环境实验所环境资源研究管理中心主任
　　永续环境实验所国际水质研究中心副主任
　　澳洲水质研究中心博士后研究

　　荣誉：
　　行政院环保署八八水灾环境辅导与建言工作杰出贡献奖（2010）
　　中华民国环境工程学会八八水灾环境辅导与建言工作杰出贡献奖（2009）
　　斐陶斐学会荣誉会员（2008）

导读

1 水污染防治概论
1.1 　水污染防治的定义
1.2 　水污染防治的过程
1.3 　水污染防治规划内容
1.4 　国家推行污染防治时应考虑的因素

2 水文及水力基本概念
2.1 　水文循环
2.2 　河川流量
2.3 　水文事件发生的机率
2.4 　河川水力学
2.5 　降雨迳流量模式
2.6 　废水河川排放与混合长度
2.7 　感潮河段水力现象特性

3 水质
3.1 　传统性水质参数
3.2 　传统之物理性水质参数
3.3 　传统之化学性水质参数
3.4 　生物性污染物
3.5 　微量有害污染物
3.6 　水体用途分类及其水质基准
3.7 　各种用水水质标准
3.8 　河川水质指数
3.9 　水库、湖泊水质优养之评量方法
3.10  水体底质

4 水体水力与水质调查
4.1 　河川调查前的准备
4.2 　水体流量测量方法
4.3 　流量直接量测法
4.4 　流量测量─流速面积法
4.5 　感潮河川水力调查
4.6 　河川水质调查
4.7 　湖库水质调查
4.8 　海湾水质调查
4.9 　水质自动监测
4.10 　远端水质观测技术
4.11 　调查数据之评估、统计与解释

5 污染负荷调查与估计
5.1 　点源产生污染负荷
5.2 　排出污染负荷
5.3 　流达污染量的调查与推估
5.4 　事业废水污染量调查
5.5 　非点源污染
5.6 　非点源污染负荷的调查
5.7 　非点源污染负荷的估计方法
5.8 　非都市区非点源负荷估计方法
5.9 　市区非点源污染负荷之估计方法
5.10 　湖库底泥与内部负荷调查

6 水污染控制方法
6.1 　点源污染源头控制
6.2 　点源废水之处理
6.3 　废水、污水再净化
6.4 　废水再利用
6.5 　非点源污染之控制法
6.6 　湖库水质改善策略与方法

7 水质模式及其应用
7.1 　模式简介
7.2 　污染物传输模式
7.3 　水质模式选择及分析程序
7.4 　承受水体水质模式(以WASP为例)
7.5 　集水区管理模式(以暴雨迳流管理模式SWMM为例)
7.6 　全流域性模式(BASINS)

8 水污染管制
8.1 　污染源的管制方法
8.2 　美国水污染防治的演进与策略
8.3 　日本水污染管制方法
8.4 　台湾水污染管制方法
8.5 　水环境容量
8.6 　总量分配

附表
参考文献
索引

导读

　　根据我国《水污染防治法》施行目的「为防治水污染，确保水资源清洁，以维护生态体系，改善生活环境，增进国民健康」，作者将其解读为「透过水污染防治策略的实行来管理水质，使水质能符合所有用水对象之有利用途 (beneficial uses)」，为达成此目的而需具备的专业知识即为水污染防治，本书主要目的是协助大学环工／水利／土木科系学生与水污染防治工作者了解此专业知识之原理，以及相关实务工作的推动方式。

　　陆域表面水体在形成或传输过程中受到人为污染及自然作用的影响，造成物质与能量的介入，也构成了水的化学、物理及生物特性，这些特性统称为水质。水质优劣取决于水中生物之生存需求与人类使用目的，例如水中溶氧太低鱼类无法生存、灌溉用水盐度太高会影响作物产量与土壤品质、湖水混浊或水色不佳会降低游憩意愿、水库有机物太多会提高饮用水含致癌性消毒副产物的风险。水污染改变了天然水质，水质受损需借由流入水体污染负荷之「控制」或「管理」手段予以改善。末端水处理科技的演进虽使人类能以高级处理技术降低饮用水安全风险，但需耗费庞大的成本且仅能获取极少的可用水量，并不是一种永续的作法；况且，对河川及湖库等表面水主要利用者如生态、水生物及农产养殖而言，要利用水处理技术将其水质控制到合乎使用需求也不是一种务实的手段，因此，环境工程除了水处理外，水污染防治的原理与实务也是环境工程师不可不了解的一门学问。

　　水污染防治包含水污染源头的预防与后端的处理，是以各种产生端、排出端及流达端的水污染控制方法 (water pollution control) 达成流入水体污染负荷减量与水质改善的目标。因此，本书第一章〈水污染防治概论〉，先讲述水污染防治的定义及过程，简介水体的污染来源、污染负荷的控制目标与方法及防治工作的规划步骤。本书后续章节採先原理后实务方式编排，并以污染源为因水质为果的因果关系进行铺陈。首先，污染物透过排放口或水循环过程进入水体，因水力条件的差异而使污染物有不同的传输方式，并使水体产生不同的水质时空分布与反应条件，为使后续科学调查与控制实务能正确的执行，本书第二、三章着重于与水污染有关之水文与水力，以及各种水质参数与其机转原理之说明，以利读者了解污染物的传输过程与水质反应。为完整理解前述章节内容，作者建议读者曾修习大专以上物理、化学、生物、水文学及流体力学等相关课程。若以本书做为相关科系教材，建议对象为大二以上学生。

　　了解前述概论及原理之后，本书逐步导入水污染防治工作的执行方式。第四章讲述水体水力与水质调查方法；第五章说明内生及各种外来污染负荷（点源、类点源及非点源）之调查与估计；第六章则介绍各种污染源的减量技术，其中包含废水处理后再回用的技术。若以本书做为相关科系教材，建议对象为大三以上，曾修习给水工程、废（污）水处理或卫生工程之学生。

　　在水污染管制策略拟定与防治工作正式实施前，需评估水体涵容能力、解析污染负荷进入水体后可能造成的水质问题、以及透过污染负荷的削减可使水质达到何种程度的改善，方能建立具体可行之规划方案。因此，本书最后两章乃整合水污染防治原理与实务，第七章〈水质模式及其应用〉介绍用以量化污染负荷与承受水体水质间因果关系的数值工具、说明常用水质模式的原理，以及协助实务工作者选用适合的水质模式套装软体进行水污染防治规划；第八章〈水污染管制〉，简介台湾与美、日先进国家的水污染防治策略与演进、行政管制方法与案例，并说明以环境容量为目标的水污染管制原理与逻辑、执行步骤与方法。除了教学外，第七、八章也适合在顾问业、政府及学界从事水污染防治实务工作者阅读。

1 水污染防治概论

1.1水污染防治的定义

许多水聚集在一起成为水体(water body)，接纳废水、雨水之水体称为承受水体(receiving body)。水污染研究者将自然界的水体大致分为地面水体和地下水体两大类。聚集在地表面上的称为地面水体，有河水、湖沼(含水库)水和海水；聚集在地面下的称为地下水体。地下水的污染常来自土壤污染，所以归为另外一类，本书中所述水污染是指地面水体的污染。

水污染不同于水质，所以「水污染防治(water pollution control)」也不同于「水质管理(water quality management)」。水质是一些自然作用或过程加诸于水，水产生反应所呈现出来的性质，这种性质是天然性质。自然作用有物理、化学、生物等作用，如阳光照射水产生温度反应；又如大气的氧气从水表面传送到水中成为溶氧，照射和传送这两种物理过程，使水有水温和溶氧这两种天然性质。水质管理的基本要求是保护水体的健康，以维护水中生态，使鱼类、植物、湿地和鸟类在自然状态下永续生存。此外也要求维护各种水资源的永续利用。所以水质管理是有关水各种用途的水质问题管理，包括订定法规、管理办法和行动，以保护水体水质、环境、生态健康和水的合理使用；而水污染是水受到某些物质的入侵改变了它的天然性质，使下游使用者不能得到天然水质。所以水污染防治的重点在于移除水中的污染物，或控制污染物进入水体。因此水污染防治是水质管理中最重要的工作，是环境工程师不可不学的课程。世界卫生组织(WHO)认为，由于人的活动直接或间接影响到水的成分，使水丧失一部分或全部原有的自然性质，而不适合使用，称为水污染；本书定义任何物质或热能介入水中称为水污染，前者称为物质污染，污染物质包括物理性、化学性和生物性三大类，有来自自然界和人为，但主要来自人为；后者称为热污染(thermal pollution)，主要来自火力发电厂、核能发电厂和工厂热废水。依《水污染防治法》将水污染定义为：指水因物质、生物或能量的介入，而变更品质，导致影响其正常用途或危害国民健康及生活环境。

1.2水污染防治的过程

水质污染来源及控制方法如图 1.1 所列，说明如下：

评分☆☆☆☆☆

这本书，我真的抱持著非常大的期待购入的。毕竟现在环境议题这么受重视，而且我住的地方离河川也不远，平常就很有感触，尤其看到新闻报导一些地方的水质出了问题，真的会让人很担心。我一直希望能了解更多关于水污染的成因，像是工业废水、生活污水，甚至是一些农业的农药残留，到底是怎么一步步影响我们的生活环境的。这本书的书名听起来就很扎实，像是会把所有可能遇到的状况都一一剖析，然后提出实际的解决方案。我尤其好奇书中会怎么解释各种不同的污染物，它们各自的特性，以及对生态和人体健康的长期影响。我期待书中能有详尽的图表或案例分析，让我能更直观地理解这些复杂的科学原理。毕竟，了解了根源，才能真正做到有效的防治，而不是治标不治本。希望这本书能带给我系统性的知识，让我对水污染防治有一个更全面、更深刻的认识，不只是停留在表面的关心，而是能真正理解背后的科学与技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“实务”部分，真的给了我很多启发，尤其是关于地方政府在水污染防治上的角色和责任。我一直觉得，光有技术是不够的，还需要有完善的法规和有效的管理机制。书中详细列举了几个地方政府在处理工业废水排放、畜牧业污染以及生活污水处理厂建设上的案例，让我看到了实际操作中的挑战和可能遇到的阻碍。我尤其欣赏书中对于“社区参与”的论点，觉得这部分非常重要。毕竟，水污染防治不是政府单方面的事情，也需要民众的配合和支持。书里提到了一些通过宣传教育、鼓励居民参与河川巡守、甚至是一些激励措施，来提升社区居民的环保意识和行动力。我个人觉得，这部分的内容非常贴合台湾的实际情况，很多地方都有类似的社区团体在默默付出，这本书的出现，就像是为他们的努力提供了理论支持和方法指导，让我觉得非常受用。

评分☆☆☆☆☆

当我翻到书中关于“新兴污染物”的部分时，我感到非常震撼。过去我对于水污染的认知，大多停留在重金属、有机污染物这些比较传统的概念。但这本书却提到了像微塑料、药品残留、以及一些化妆品中的化学物质，这些都是我们日常生活中接触到的东西，却没想到它们也可能成为水体健康的隐形杀手。书中解释了这些新兴污染物在水环境中的累积效应，以及它们对生态系统和生物体内分泌的潜在影响。虽然科学上的研究还在不断深入，但这本书已经能让我们窥见未来水污染防治可能面临的挑战。我特别好奇书中对于这些新兴污染物，有没有提出一些比较具有前瞻性的防治策略，例如在源头控制、或者是一些新型的去除技术。我希望它能提供一些更具体的、可行性的建议，而不是停留在对问题的描述上，让我觉得这本书在观念上是比较新颖的。

评分☆☆☆☆☆

整体而言，这本书的内容是扎实的，但它并没有像我一开始期望的那样，对于“原理”的阐述到极尽细致。比如，我原以为它会花很多篇幅去讲解各种复杂的化学反应机理，或者针对不同的污染物，提供非常具体的量化分析模型。但实际读下来，它更像是一本“问题导向”的教科书，它更侧重于介绍水污染的实际情况，以及目前在防治上所采用的各种方法和技术。书中对一些处理工艺的介绍，像是曝气、沉淀、过滤等，都相对比较笼统，并没有深入到其工作原理的细节。当然，这也不能说是缺点，或许作者是希望让更广泛的读者群能够理解。我倒是对书中关于“政策与法规”的部分比较满意，它列举了台湾目前在水污染防治方面的一些法律条文和管理制度，让我对现有的框架有了更清晰的认识。只是，我还是希望能看到更多针对“解决之道”的深入探讨，而不仅仅是现状的描述。

评分☆☆☆☆☆

读了这本书的开头，我发现它对于“原理”的部分，并没有像我想象中那样，直接深入到高深的化学方程式或物理公式。相反地，它像是从一个比较宏观的角度切入，先带我们回顾了水在自然界中的循环过程，以及人类活动是如何从中扮演了“干扰者”的角色。我蛮喜欢这种循序渐进的教学方式，不会一开始就吓跑读者。书中解释了水污染的几个主要来源，像是点源污染和面源污染的区分，还有不同产业在产生污染时的具体表现。我特别有兴趣的是关于“面源污染”的章节，因为我觉得这部分常常被大家忽略，但影响却无所不在。例如，城市中的雨水径流，会把路面的油污、垃圾带入河流，这部分的处理确实是难题。书中似乎有提到一些关于初期雨水截留的技术，我等著看它后面会怎么详细介绍。整体来说，这部分的“原理”介绍，比较像是建立一个基础的概念框架，为后续的“实务”打下基础，让我觉得它很适合初学者，或者想系统性了解水污染议题的非专业人士。