環境工程學科當前的研究范式，存在著系統性思維不足的問題，主要局限于系統中單一環節單一過程的精確描述和調控，忽略了它們之間相互依賴的動態關系。這種研究范式，阻礙了環境工程系統的信息挖掘和利用，并導致學術成果與工程實踐彼此脫節。因此，有必要從系統性思維出發，運用數據科學和人工智能的最新理論和技術方法，變革現有的研究范式，構建相應的基礎理論、技術方法和解決方案，從而開啟環境工程學科創新發展新階段。

水污染控制科學，作為環境工程學科的重要組成部分，其研究范式同樣面臨著上述突出問題。以水污染控制科學的研究范式變革為切入點，探索環境工程學科的創新發展，不失為切實有效之舉。

近年來，重慶研究院水污染過程與防治研究中心積極探索環境工程學科發展的學術前沿和未來制高點，建立水質系統新概念：將傳統的數據參數型水質概念，發展為時間函數型水質概念。這一新概念，反映了人們對水質本質屬性在認識上的飛躍，為推導出水質系統微分方程和狀態空間表達式等數學操作、發展水質系統控制新技術方法體系等奠定了理論基石。

最近，該中心聯合同濟大學、清華大學、復旦大學、南京大學相關團隊，提出“水質系統信息學”（Water Quality System Informatics，WQSI）新興交叉學科，是環境工程學科在信息化時代的創新發展。該學科深度融合了水質工程、信息工程和控制工程的理論與方法，革新了水質系統的研究范式，描述了水質系統信息學的基本架構，包括基本概念、研究內容、技術方法、學科特征、前景展望等，相關成果發表在國際期刊《Engineering》上，題為“Water Quality System Informatics: An Emerging Inter-Discipline of Environmental Engineering”。該論文還指出，在我國率先建設和發展水質系統信息學，是國家產業形態數字化與智能化轉型賦能的內在要求，有助于搶占環境工程學科發展的國際制高點，具有十分重要的戰略意義。

上述工作得到了國家自然科學基金、重慶英才·優秀科學家等項目資助。

相關論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.03.018

圖1 WQSI研究內容及方法的關系

圖2 WQSI學科交叉特征