环境系统分析小结

环境系统分析小结

环工卓越班章雷1302031005

摘要：系统分析是对研究对象进行有目的、有步骤的探索和研究过程，它运用科学的方法和工具，确定一个系统所应具备的功能和相应的环境条件，以确定实现系统目标的最佳方案。

关键词：环境系统分析；环境生态；环境质量模型.

环境系统分析是以环境质量的变化规律、污染物对人体和生态的影响、环境自净能力以及有关环境工程技术原理为依据，运用系统工程学的理论和方法，研究如何建立起一个合理的环境污染预防控制系统的数学模型，并研究如何利用它来分析各种污染控制过程可调因素（或各种可替换方案）对环境目标或费用、能耗等的影响，以及寻求最优决策方案。

环境系统分析的理论基础和专门技术基础。理论基础：环境科学、环境经济学、环境工程学和系统工程学的基本理论（如运筹学）。专门技术基础：数学建模、计算科学、环境影响评估方法、生命周期评估、系统化的图与网络分析方法。

《环境系统分析》是我国高等学校环境工程、环境科学专业的一门专业基础课，课程任务和教学目标包括：1．使

学生了解污染物在水体和大气中的迁移、扩散和变化规律，建立相应的环境系统模型；2．使学生掌握建立环境数学模型的一般知识；3．使学生了解湖泊、水库水体富营养化的原因和水体富营养化的控制技术；4．使学生掌握区域性环境污染控制系统规划的基本原理和方法；5．使学生建立采用最优化技术求解水污染控制系统规划问题的概念，并有能力解决一般性问题。本门课程一共有十一个章节，主要内容有：环境系统分析概论、数学模型概述、环境质量基本模型、水体水质模型、流域非点源模型、大气质量模型、环境质量评价方法与模型以及环境规划，还有环境决策分析。其中，水体水质模型主要指内陆水体模型，包括湖泊水库水质模型和河流水质模型；环境规划包括水环境规划和大气环境规划。

通过对这门课程的学习，我们对环境系统的分析方法有了一定的了解，它的最大特征是追求环境系统的最优化。

环境系统分析的最优化方法的选用主要有对确定性问题，可采用线性规划、动态规划、非线性规划、整体规划等。对非确定性问题，可用马尔可夫过程，排队论，对策论等方法进行最优化。有的系统优化问题还应用网络理论、图论和模糊数学等进行最优化。

根据本书前言部分介绍这门课程的学科基础包括数学、运筹学、环境科学与环境工程学等，内容较为丰富，通过选

用其中的不同章节，可以适用于环境那个科学与工程专业的本科与研究生教学要求，也可以作为参与环境质量评价、规划、管理等的技术人员的参考书。个人认为，这本书所讲内容大部分以计算方法为主，通过运用不同模型求解各种环境条件下某种污染物的浓度或者对不同环境进行合理规划。

污染物对环境生态系统(特别是人体健康)有不良影响的物质、能量，一般为过量的有害物质。在介质中有各种运动：推流迁移运动、扩散(稀释)运动和衰减转化运动。有零维模型、一维模型、二维模型和三维模型。零维模型：（假定内部无浓度梯度，浓度均匀化）适合于箱体，湖泊环境；一维模型（在一个方向上有浓度梯度变化）适合于细、长、浅河流环境；二维模型（在二个方向上有浓度梯度变化）适合于宽、长、浅大型河流，河口、海湾、浅湖；三维模型（在三个方向上有浓度梯度变化）适合于宽、长、深环境，如大气、海洋、深湖。由于环境问题涉及因素复杂(一些模式参数常是变数)，数学上能求得解析解的微分方程(又称控制方程)又不多，常需把问题简化(对运动作约束)后才能求得解析解，因此解析解的使用条件很严，不能乱用。控制方程简化过程中涉及的数学分析问题有化简控制方程等。

污染物在水体中主要的过程有：1、物理过程：污染物在水体的稀释、混合、扩散、沉积、冲刷、再悬浮等作用。

2、扩散作用。

3、沉降作用等。模型有S-P模型、S-P模型的

修正型（托马斯模型、康布模型、欧康奈尔模型）。

湖泊和水库水质特征：(1)、与河流相比，湖泊与水库的水流速度很低，在湖泊和水库中停留的时间很长，一般可达数月~数年；

(2)、由于与外系统质量、能量交换较小，湖区、库区一般处于静水状态，其物理、化学、生物过程比较稳定；

(3)、由湖(库)中心到边缘，由于水深不同而产生明显的水生植物分层，浅水区生长挺水植物，深水区生长沉水植物，浮游和自游动、植物则到处可见；

(4)、湖泊分层的物理结构：由于静水环境少有质、能交换，深水湖的水质、水温有垂直分层现象：底层溶解氧比表层低，表层随气温变化水温多变，秋末冬初常有“翻池”，浅水湖当底层发热时也会发生“翻池”。“翻池”可使上、下层发生质能交换，底层水质差而冷的水翻到表层，常使上层生物发生灾变

（5）基本水质问题是富营养化。其重要标志是：由于营养物质的刺激，使位于水面表层的浮游生物(特别是兰藻、绿藻、硅藻)大量繁殖，在水面形成稠密的藻被层，挡住了太阳光，使下层水生生物得不到太阳能量(不能进行光合作用)；下层由于生物的呼吸大量耗氧，加之过渡繁殖造成大量死亡的藻类沉积于湖底，腐烂分解耗去大量溶解氧，使水中溶解氧下降，引起鱼类和其它水生生物的死亡。

淡水藻类的生长，约需16~20种主要元素，其中营养物质主要有：氮和磷，一般氮的需要量约为磷的需要量的9倍。在自然界提供的营养物中，磷一般丰度偏低(不足)雷比格最小值定律：任何一种有机物的产率由环境中浓度最小的营养元素所决定。

河口及近岸海域水质特征：(1)非稳定性混合。潮汐和风的作用，导致河口与近岸水流在半天或一天内呈周期性变化，以及小周期的随机性变化。流动的非恒定性导使水体的混合具有了明显的时变特征。(2)潮汐的抽吸和阻滞作用。潮流除引起小尺度的紊动混合外还产生较大尺度的流动，包括剪切作用和环流，对河口中的混合产生抽吸和阻滞。抽吸作用是河口段污染物的运动和盐水上溯的一个重要机理，是产生纵向离散的一个重要部分。(3)密度分层与斜压环流作用。河口中有来自河流的淡水和来自海洋的咸水，在浮力作用下发生分层流动。河流是河口中密度变化的浮力源，而潮汐则是密度变化的动能源。对分层的河口而言，密度等值线呈顶部倾向海洋而底部倾向陆地的倾斜状，潮周平均流速在表层朝向海洋，而在底层朝向陆地，从而在水流内部产生一个因密度变化引起的环流——斜压环流。

大气层结构有平流层、对流层、中间层、热层和散逸层。主要污染物有气溶胶污染物、气态污染物、无机污染物等。污染物的排放情况与排放量的关系（源强）：在其他条件相