实验简介：
流域河网水环境保护与治理是我国全面提升水环境质量，形成良好水生态系统，实现“人水和谐”目标的关键举措。团队依托河海大学环境科学与工程“双一流”建设学科，面向我国流域水网环境保护教育事业发展需求，以培养创新应用型人才为目标，坚持“学生为本、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，本着“宁实不虚、虚实结合、以虚补实”的原则，以受人工干预较为强烈的滨江水网为切入点，开发了控源改善滨江水网环境质量虚拟仿真实验，面向行业和社会开放。实验以滨江水网水质改善为问题导向，围绕“滨江河网污染源调查→环境现状与问题诊断→控源方案设计→效果模拟优化”任务线索展开，旨在对滨江河网地区水环境综合治理与效果评估提供安全性、综合性、全面性、强交互性的情景模拟，以解决当前环境专业实践教学中的瓶颈问题。可用于环境科学、环境工程、生态工程、水处理工程等专业的课程实验，满足包括《环境水力学》、《环境影响评价》、《环境规划与管理》、《水资源利用与保护》等多课程的实验需求。
实验背景：
1.流域水网环境治理对跨专业人才培养提出了新需求，符合新工科专业建设的发展方向。
流域水网环境治理是当前生态环境保护修复领域的研究热点与工程技术前沿，它高度融合了环境、水文、生态等不同学科方向，涉及环境科学、环境工程、生态工程、水处理工程、水利工程等传统工科专业，对具备实践能力的跨专业人才培养需求非常迫切；同时，依托具体情境，在开展开放式、启发式和探究式教学过程中，全面融入“立德树人”课程思政理念，使学生通过沉浸式体验，不仅能充分理解流域水环境治理在生态环境保护领域的重要价值，更能够潜移默化地激发投身环保行业的情怀和使命感，符合新工科专业建设的发展方向。
2.流域水网环境治理实验成本极高、实验风险大，相关实验教学必须依托虚拟仿真技术展开。
目前水环境治理相关实验教学手段以小型操作实验为主，这种传统实验教学手段在实践过程中存在以下问题：
（1）环境类许多专业课程面向整个流域或区域，空间尺度和时间尺度均较大，影响因素极端复杂，难以在实验室有限空间、有限时间范围内开展实践教学；
（2）河网水环境模拟与综合治理是当前水环境保护的重要手段，其内容分散于环境水力学、环境影响评价、环境规划与管理、水资源利用与保护、生态工程学、水处理工程等各门课程中，学生知识学习碎片化，缺少应用情景，综合应用训练不足；
（3）野外参观与实习虽然可以给学生提供一个现场学习的真实场景，一定程度上弥补室内实验的不足，但往往走马观花，很难去实际操作，缺乏对学生动手能力的培养；而选取现实流域水网进行水环境模拟与综合治理的教学实验，其实施成本极高，实验风险大且后果难以控制，技术、经济均不具备可行性。
因此，开展控源改善滨江水网环境质量虚拟仿真实验教学具有极强的必要性和迫切性。
设计原则：
流域水环境治理融合了环境、水文、生态等多学科，是当前水环境保护领域的研究热点，涉及河网水系岸上、水下、上下游等各方面，对具备实践能力的跨专业人才需求非常迫切。然而，流域水环境实验耗资巨大，开展难度大，学生无法进行实际操作与深入了解，学习效果非常有限。针对上述问题，团队以相关科研和教学成果为基础，本着“宁实不虚、虚实结合、以虚补实”的原则，以受人工干预较为强烈的滨江水网为切入点，自主研发了控源改善滨江水网环境质量虚拟仿真实验项目。
（1）坚持以学生为本、问题导向的教学理念。实验方案采用了问题导向的设计方法，实验情景吸引力强，有利于调动学生的学习兴趣和积极性。
（2）培养学生独立解决复杂问题的综合设计与创新思维能力。本实验按三大环节设计，分别体现虚拟仿真实验的滨江水网水环境调查与污染行为认知，污染源调查与水环境问题诊断、区域控源措施应用以及水网环境质量改善效果模拟评估等。不同环节既相互独立又相互关联，各环节的上一层测验结果也会直接影响下一层实践的结果，并相互制约。通过环环相扣的实验环节，将知识学习和能力提升有机融合，引导学生通过容错探究式的实验过程得到个性化的实验结果。
（3）本实验的挑战度高。本实验内容来源于实际河网环境治理案例，实验仿真程序和模拟数据均来源于科研中的实际程序和实测数据。在实验前，学生需要通过本实验提供的“在线知识角”，对相关领域的知识进行学习。
（4）立德树人融入教学全过程。河网水环境质量改善与综合治理是当前我国根本提升水环境质量与水生态功能的关键手段，其成效与人民健康安全和生活质量息息相关。我们把相关学习资料均收录在实验项目的在线“知识角”中。学生通过自主学习，深入理解河网水环境模拟与综合治理技术在生态环境领域的重要价值。然后进一步通过情景体验式的实验教学过程，潜移默化的激发学生投身环保行业的情怀和使命感。
实验目标：
本实验根据水环境调查、模拟与综合治理关键知识点，结合滨江水网水环境保护的应用背景，构建了基于控源改善水网环境质量的虚拟仿真实验情景。以“污染源调查→环境现状与问题诊断→控源方案设计→效果模拟优化”为任务线索，开展自主容错探究式虚拟仿真实验，达到以下实验目的。
（1）掌握滨江水网点、面污染源的调查方法，能够应用点、面源污染负荷模型，核算区域入河污染负荷；
（2）掌握滨江水网水环境质量现状调查与评价方法，能够依据污染源和水环境质量现状评价结果，诊断滨江水网主要的环境问题；
（3）掌握滨江水网水环境数学模型基本原理，掌握滨江水网水环境状况模拟、预测与分析的方法和流程；
（4）能够灵活应用所学专业知识，设计滨江水网控源治理方案，并对水质改善效果进行预测评估，提出优化方案；
（5）培养探究式的思维方式和解决复杂问题的综合能力，为进一步学习后续课程以及从事相关专业的科学研究、工程技术及管理工作提供必备的理论基础。
实验要求：
（1）专业与年级要求
高等学校环境科学与工程、环境工程、给排水工程、水利工程、水文学等相关专业的大三或大四学生。
从事环保、水利等行业的从业人员，以及对流域水环境模拟与综合治理有浓厚兴趣的一些非专业人员。
（2）基本知识和能力要求
河网水环境模拟与综合治理是一个融合了环境、水文、生态等多学科的研究方向。本课程教学内容跨专业、跨学科，先修课程包括《环境水力学》、《环境影响评价》、《水资源利用与保护》（或其他相关课程）。
学习本门课程之前所需掌握的主要能力和知识结构包括：掌握水环境污染源调查、环境质量现状调查与评价的基本方法；了解点、面污染源控制的基本方法和原理；对污染负荷模型、水量水质模型有一定的了解且熟练运用。
值得一提的是，由于本项目的知识角提供了大量文献、视频学习资料，因而上述先修课程的学生通过自主学习，也都能较好的完成本实验所有环节的实验任务。
