水是构成地球生态环境的基本要素之一，是人类及一切生物赖以生存与发展的物质基础。随着社会经济的发展和人口数量的增加，我国城市多数的净水厂面临着水源水质的日益污染、需水总量不断地增加和出水水质标准的提高等多重压力。由环保部等部门编制的《2014中国环境状况公报》知，对全国的62个重点湖泊（水库）、423条主要河流共计968个国控地表水监测断面（点位）进行水质监测，结果表明Ⅰ类水质断面占3.4%，同比上升了1.0个百分点；Ⅱ类水质占有30.4%，同比下降了0.8个百分点；Ⅲ类占29.3%，同比下降了0.7个百分点；Ⅳ类占20.9%，同比上升0.5个百分点，其中主要污染指标为总磷、化学需氧量和五日生化需氧量。从全国有连续监测数据的4501个地下水水质监测点的监测数据知，水质同比呈稳定趋势的监测点比例为65.3%，而呈变差趋势的监测点所占的比例是18.0%，地下水的主要污染指标是铁、锰和氨氮。从全国329个地级及以上城市进行集中式饮用水水源地水质的监测结果知，取水总量为332.55亿m3，同比上升8.4个百分点，达标水量为319.89亿m3，达标率下降1.1个百分点。根据国家统计局公布的数据，2000年至2013年我国居民生活用水量从574.9亿m3增长到766.6亿m3，年复合增长率为2.08%。截至2012年末，我国城市供水综合生产能力为2.72亿m3/d，2000年以来年复合增长率为1.86%。居民生活用水需求增加的主要动力是城镇化的日益推进，随着我国城镇化率的提高、人口基数的增长和人们生活水平的不断改善，预计我国居民生活用水需求总量将会在未来一段时期内不断地增长。

就目前水环境存在的问题及用水需求情况而言，应从三个方面进行改善：一是做好水源地保护工作，保护现有的饮用水水源地、地下水源以及水质较好的水体，保证水质不退化，不受污染；二是做好治理、改善工作，针对现有已被污染的水体，进行水体水质修复，使其水质达到再利用的标准；三是对现有水厂进行改造和技术升级，优化工艺，提高出水水质和提升水厂产水量，满足用户需求。

国内外常规的净水厂的处理工艺主要包括混凝（含混合和絮凝）、沉淀、过滤和消毒等阶段，而絮凝是水处理工艺中的一个关键组成部分，具有非线性、时变性和大时滞的特点，其中絮凝效果的好坏对后续的沉淀、过滤等工艺有着重要的影响。而混凝剂投药量是混凝过程中一个重要环节，投药量的准确与否直接影响着净水厂供水水质和制水的成本。同时，现有水厂大部分是通过检测沉后水的浊度、高锰酸钾指数和氨氮等指标来表征絮凝效果和控制混凝剂投药量，这在时间和反馈上具有时滞性，不能快速反映出絮凝效果和调节控制投药量。选择在絮凝区末端或过渡段采用浊度、高锰酸钾指数和氨氮等指标来检测水质情况，此时水体中分散着大量的絮体，检测得到的结果不能够很好地反映出实际絮凝效果。因此，如何有效地解决混凝过程中存在的滞后性问题，更为精确地控制混凝剂的投药量，达到供水水质标准和降低制水成本的研究是水处理和计算机领域研究的一个重要方向。