金菊良、丁晶著《水资源系统工程》1绪论

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1、第1章绪论1.1水资源系统工程与遗传算法从系统的组成角度看，系统是由两个或两个以上相互联系的要素组成的、具有整体功能和综合行为的集合[1-5]。该定义规定了组成任何系统的3个条件：①组成系统的要素必须两个或两个以上，它反映了系统的多样性和差异性，是系统不断演化的重要机制；②各要素之间必须具有关联性，系统中不存在与其它要素无关的孤立要素，它反映了系统各要素相互作用、相互激励、相互依存、相互制约、相互补充、相互转化的内在相关性，也是系统不断演化的重要机制；③系统的整体功能和综合行为必须不是系统各单个要素所具

2、有的，而是由各要素通过相互作用而涌现（emerge）出来的。与系统要素相关联的其它外部要素的集合称之为系统的环境，它是研究对象全空间R中系统集合S与非系统集合F的过渡集合E，它们之间存在如下关系：R=SEF，SF=（空集）。系统的边界把系统与系统的环境区分开来，环境的边界把系统的环境与非系统集合区分开来。系统的边界和环境的边境具有弹性和动态性，是不断变化的，反映了不同的研究时间、研究条件和研究要求，由此决定了系统的层次性，即一个系统既可以向下分解为一系列子系统，又可以向上隶属于更大的系统。从系统与系统环

3、境的相互作用的角度看，系统是由系统输入、系统转换和系统输出组成的集合。系统输入是环境对系统的作用或激励，系统输出是系统对环境的作用或响应，系统转换是以系统输入为定义域、系统输出为值域的映射。系统输入可以是物质变量、能量变量或者信息变量，相应的系统输出也可以是这三类变量。例如[6]：可以把到达流域地面的降雨作为系统输入，把流域的下垫面的作用作为系统转换，把水向大气中蒸发、水向深层地下水渗透、水进入河网作为系统输出，这三者组成流域产流系统，而把水在大气中的运动、在深层地下水的运动和在河网中的运动视作流域产流

4、系统的环境；可以把降雨经过下垫面的截留、填洼、下渗和蒸发等损耗后所剩余的“净雨过程”作为系统输入，在流域出口断面的流量过程作为系统输出，把由净雨过程到流量过程的转换过程作为系统转换，这三者组成流域汇流系统，而把水在流域下垫面上的截留、填洼、下渗和蒸发过程等视作流域汇流系统的环境。根据系统与系统环境的相互作用，运用系统输入—系统输出不同的关系分析，形成了系统优化、模拟、预测、评价和决策分析等一系列处理系统问题的一般方法。“工程”的本义是指服务于特定目的的工作程序[2，7]，因此，系统工程（systems3

5、4engineering）就是服务于一般系统的开发设计、组织建立或者运行管理的工作程序的一门工程技术学科，它包括运筹学（operationsresearch）、系统分析（systemsanalysis）、系统研究（systemsresearch）、费用效果分析（cost-effectivenessanalysis）和管理科学（managementscience）等中可用于工程实践的各种定量方法和定性定量集成方法。系统工程的研究对象是任何一种物质系统或任何一种概念系统，包括自然系统、工程技术系统、社会经济

6、系统、管理系统、军事指挥系统等。在现代科学技术的四层次体系结构中[2，5]，系统工程属于工程技术层次，它的技术科学是运筹学、一般系统论、信息论、控制论等，它的基础科学是尚在建设中的系统学，它的哲学是辨证唯物主义和历史唯物主义。系统工程是介于哲学方法论和专门科学方法论之间的一般科学方法论，它一端与哲学方法相连结，另一端又与其它专门科学方法紧密结合，推动了科学方法论向整体性、深刻性和普适性方面不断发展[3]。系统工程思考问题的一般方式（系统观点）是，任何研究问题都可作为有关研究对象组成的一个系统，必须从时间

7、上动态长期的、空间上普遍联系的和属性上整体协调的观点来最佳地分析、设计、组织、管理该系统。这种系统观点可以用“白日依山尽（青山依旧在，几度夕阳红：时间上动态长期的），黄河入海流（黄河之水天上来，奔腾到海还复来：空间上普遍联系的），更上一层楼（登高望远：属性上整体协调的），欲穷千里目（把问题看清楚：最佳地处理问题）”来简单概括。系统工程处理问题的一般方法称之为系统工程方法论，目前最有代表性的有两类方法论[1，5]：一类是以“最优化”为核心的霍尔（A.Hall）系统工程方法论，按照“明确问题目标选取方案设计

8、建立数学模型最优化计算决策分析决策实施”的方式展开，适用于各种复杂的工程技术问题；另一类是以“比较学习”为核心的切克兰德（P.Checkland）系统工程方法论，按照“说明问题现状确定与改善现状有关的因素建立描述问题现状的概念模型改善概念模型模型和现状的比较决策实施”的方式展开，适用于各种复杂的社会经济问题。系统工程和水利工程、电子工程、机械工程等传统工程技术一样，都是从实际问题和条件出发，运用相应的基础科学和技术科学的基本理论和方法，以改