环境工程学科当前的研究范式，存在着系统性思维不足的问题，主要局限于系统中单一环节单一过程的精确描述和调控，忽略了它们之间相互依赖的动态关系。这种研究范式，阻碍了环境工程系统的信息挖掘和利用，并导致学术成果与工程实践彼此脱节。因此，有必要从系统性思维出发，运用数据科学和人工智能的最新理论和技术方法，变革现有的研究范式，构建相应的基础理论、技术方法和解决方案，从而开启环境工程学科创新发展新阶段。
水污染控制科学，作为环境工程学科的重要组成部分，其研究范式同样面临着上述突出问题。以水污染控制科学的研究范式变革为切入点，探索环境工程学科的创新发展，不失为切实有效之举。
近年来，重庆研究院水污染过程与防治研究中心积极探索环境工程学科发展的学术前沿和未来制高点，建立水质系统新概念：将传统的数据参数型水质概念，发展为时间函数型水质概念。这一新概念，反映了人们对水质本质属性在认识上的飞跃，为推导出水质系统微分方程和状态空间表达式等数学操作、发展水质系统控制新技术方法体系等奠定了理论基石。
最近，该中心联合同济大学、清华大学、复旦大学、南京大学相关团队，提出“水质系统信息学”（Water Quality System Informatics，WQSI）新兴交叉学科，是环境工程学科在信息化时代的创新发展。该学科深度融合了水质工程、信息工程和控制工程的理论与方法，革新了水质系统的研究范式，描述了水质系统信息学的基本架构，包括基本概念、研究内容、技术方法、学科特征、前景展望等，相关成果发表在国际期刊《Engineering》上，题为“Water Quality System Informatics: An Emerging Inter-Discipline of Environmental Engineering”。该论文还指出，在我国率先建设和发展水质系统信息学，是国家产业形态数字化与智能化转型赋能的内在要求，有助于抢占环境工程学科发展的国际制高点，具有十分重要的战略意义。
上述工作得到了国家自然科学基金、重庆英才·优秀科学家等项目资助。
相关论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.03.018
图1 WQSI研究内容及方法的关系
图2 WQSI学科交叉特征