环境系统分析教案

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1、第一章概述一.系统：由两个及两个以上要素组成，它们相互独立又相互作用与联系，构成能完成特定功能的完整有机体。从系统的定义可知系统具有以下四个基本特征：1.集合性各要素所构成的具有特定功能的集合体。（根据逻辑统一性要求来构成）各要素不完善也可能构成良好功能的系统，要素良好也可能作为整体却不具有某种良好的功能。（例如球队组成）2.相关性系统内各要素既相互作用又相互联系，构成有机整体。3.目的性系统特别是人造系统都具有目的性，要达到规定的目的，系统都具有一定的功能，目前一些尚不能控制和改造的自然系统不属于此。4.环境适应性(自身调节）任何一个系统都存在于一定的物质环境中，必须适应外部环境

2、（信息、物质、气象等等）的变化。二.系统分析与系统模拟1.系统分析它研究系统中各要素的具体性质，解决系统要素的具体问题之外（分解），还着重研究和揭示各个要素的有机联系，特别是研究如何使得系统中各个要素的关系协调融洽，达到系统总目标最优的目的。（综合）2系统分析过程系统分解--系统综合--运用系统工程方法求解举一个浅近的例子：一个人，只有一个炉子，准备一顿饭菜。目标是耗费时间最少。①系统分解，初估各单项任务所需时间如：淘米洗菜切菜烧水烧饭炒菜5分钟6分钟5分钟7分钟12分钟7分钟②系统综合：找出各部分的相互联系及制约如：先后次序的限制；工作转换的间隙；人手的忙闲；炉子的忙闲等。③运用

3、系统工程方法求解：（作图法）只需26分钟完成全部工作，若6件事连着做，则需42分钟，未增加劳动强度及先进设备就节省38%的时间。更重要的是，系统分析的结果还揭示提高效率的关键所在，这方面的意义远远超过前者。通过上面系统分析，可提出进一步缩短总时间的可能性，如：烧水和淘米要同步加快，洗菜、切菜要和烧饭同步加快，炒菜可单独加快，以免盲目加快无效果，如：单纯地提高洗菜速度就不能节省总时间，仍需26分钟。环境系统问题也与此类同，只是由于条件、任务、目标不同，对某一治理单元设备盲目要求高的处理指标未必能改善环境效益，也许是徒劳。对于标准的制定也同样有系统问题。系统分析的过程是对系统的分解和综

4、合，系统分解和综合的过程都要建立和运用数学模型，定量分析是必要的。例2环境中的系统工程决策问题，如污水处理厂的选址城镇污水厂河3、环境系统工程的思路结构环境系统分析==环境科学+系统分析方法学（1）数据的收集---污染源数据、浓度数据、水文数据气象数据、社会经济数据（2）系统与过程的模型化----用数学模型描述系统的过程及其相互关系（3）系统模拟-----验证模型再现真实情况的程度，使模拟的结果与试验监测数据相符（4）方案优化-----根据建立的数学模型或定量关系对系统中各种可能的状态，进行预测，提出方案，并采用适当优化的方法对方案进行评价决策。(5)系统评价，主要包括：①系统的功

5、能（所起作用与所应完成的任务）②系统的费用（寻求低费用）③系统的可靠性（系统的各层次和组成部分，在预定期限和正常条件下，运行成功的概率）。④系统实现的时间（建立一个系统所需的时间）⑤系统的可维护性（长期运行过程中应便于维护管理）⑥系统的外部影响（对诸如生态平衡影响、资源和能源消耗等）(6)设计实施：根据最优化结果进行实施控制，包括建立具体实施方案和具体实施行动。数学模型是主要工具主要参考书目：（1）[美]列奇著《环境系统工程》，水利出版社，1981（2）[日]高松武一郎，内藤正明[美]林三方合著《环境系统工程》，中国环境科学出版社，1985。（3）付国伟、程声通主编，《水污染控制系

6、统规划》，清华大学出版社，1985。（4）程声通等编，《环境系统分析》，高等教育出版社，1990。（5）孟繁坚，杨汝均编，《环境系统工程导论》，烃加工出版社1987年。（6）韦鹤平，编著，《环境系统工程》，同济大学出版社，1993.4。第二章数学模型概述§1模型定义、分类、建立一、基本概念：1、原型：客观事物本身，其状态(由许多状态参数决定)在不断变化之中。2、模型：用少数(主要)状态参数描述、模拟客观事物状态变化的工具。（数学模型，物理模型）二、模型分类：（一）模型分类（1）物理模型：用物体本身或者按比例放大或缩小的实物做实验,模拟客观事物(原型)状态变化。（遵循相同的物理、化学

7、变化规律）如：太阳系九大行星运行（对应万有引力公式），葛洲坝室内比例缩小模型；（2）数学模型：用一系列图表、数学公式通过计算描述客观事故(原型)主要状态的变化。数学公式可以是统计的——统计模型，可以是描述物理(化学)运动的——机理模型。y=f(x1,x2,x3,……)（3）文字模型：如技术报告、说明书等（在物理、数学模型度很难建立时使用）（二）数学模型分类（1）按认识程度分：A）黑箱模型：因果关系不明，只有输入、输出统计关系；仅在一定区间内基本正确；例：污水处理厂提供