环境系统工程总复习

环境系统工程总复习

1环境问题的特点

跨领域：社会学、工程学、经济学、生态学、环境化学、环境地理学、环境物理学等。

多系统：①自然保护系统、环境管理系统、监测系统、污染控制系统。②污染源发生和处理系统。这些系统互相联系、互相作用。

多层次：流域环境系统、区域环境系统、城市环境系统、水、气、声污染控制系统等不同层次的系统。

多因素：多输入、多变量。(多变污染源，迁移转化影响因素多)

随机性：时间、空间、数量上均带有随机性。

多目标：有时是费用、质量等同时寻优。

动态的：随时间在变化，周期性很长的开放性的系统。

2环境问题的解决

只靠单项技术已不能圆满解决复杂的环境问题，更不能达到最优，必须综合分析，系统设计规划，就需借助系统工程处理法。

①研究环境系统内部各组成部分之间的对立统一关系，寻求最佳的污染防治体系；

②研究环境质量与社会经济发展的对立统一关系，建立与环境保护相协调的经济结构与经济布局。

主要内容

一、环境系统分析概述

二、数学模型概述

三、环境质量基本模型

四、内陆水体水质模型

五、大气质量基本模型

六、环境质量评价模型

七、习题练习

环境系统分析概述

一、系统的概念：（书）系统是由两个或两个以上相互独立又相互制约、执行特定功能的元素组成的有机整体。

（ppt）由若干元素组成；这些元素相互独立又相互制约；作为一个整体具有特定功能。

二、系统的基本特性即系统的特点：相关性、目的性、环境适应性、集合性、阶层性、整体性

三、什么是系统分析

系统分析：对研究对象进行有目的、有步骤的探索，通过分解与综合的反复协调，寻求系统目标的最佳方案。

分解和综合是系统分析的基本方法，也是系统分析

的两个主要环节。

分解：研究和描述组成系统的各个要素的特征，掌握各要素的变化规律。

模型化过程，研究描述环境系统主要功能的逻辑模式(定性的)和数学模式(定量的)；

综合：研究各要素之间的联系和有机组合，达到系统的总目标最优。

最优化过程，利用数学模式进行最优化分析。

四、系统分析的一般步骤：（书）1明确问题；2设立目标；3收集资料；4建立模型；5制定系统评估标准；6综合分析。

（ppt）明确问题，设立目标

收集资料、制定方案

分析计算、评价比较

检验核实，作出决策

五、系统分析的主要原则：科学性原则、整体性原则、综合性原则

六、环境系统分析

环境系统：

(1)定义：广义：指地球表面包括非生物和生物的各种环境因素及其相互关系的总和。

狭义：在研究人与环境这个矛盾的统一体时，把由两个或两个以上环境污染及控制有关的要素组成的有机整体。

(2) 环境系统的分类和组成

污染物的发生及迁移过程：污染物发生系统、污染物输送系统、污染物处理系统、接受污染物的环境系统

环境管理功能：环境监测系统、环境执法系统、环境规划管理系统、环境统计与排污收费管理系统

环境保护对象：保护区系统、大气污染控制系统、水污染控制系统、城市生态环境系统

环境系统分析：

应用系统分析方法来解决环境保护领域的问题

主要内容：

环境系统可行性研究分析

环境工程经济分析

环境系统收益-费用分析

环境质量评价分析

七、环境系统工程的工作步骤：

①系统地提出问题，明确其目标和范围；

②选择评价系统功能的指标或目标函数；

③明确系统的组成因素，提出各种可选用的方案；

④建立数学模式或进行数学模拟；

⑤分析模式特点，确定选优方法，使系统最优化；

⑥按选定的最优方案，建立环境污染控制系统。

这些步骤往往需要反复进行。

数学模型概述

1. 数学模型的建立

模型化的基本结构：白箱模型（机理模型）、黑箱模型（经验模型）、灰箱模型（半机理半经验模型）

建立通用的数学模型必须满足的基本要求：

模型要有足够的精确度；

模型的型式要简单实用；

模型的依据要充分；

模型中应该有可控变量。

建模数学模型的一般过程：

(1)有关数据收集与分析

(2)模型结构选择与确定

(3)模型参数确定

(4)模型检验与修正模型检验

(5)灵敏度分析

数学模型的建立步骤（5步）：（书）1、数据的收集与分析；2、模型结构的选择与确定；3、模型参数估值；4、模型验证与修正；5、模型的应用和反馈。

一个模型要能真实的反应客观实体，必须经过实践-抽象-再实践的多次反复。

2. 数学模型的参数估值

模型参数：由于人们对研究对象某方面的认识不够深入，出于模型量化的需要，可用一些经验参数来代表这些量，一个模型中至少含有一个或多个待定参数，这些参数就叫模型参数。

对于具有确定估计范围的参数，图解法及最小二乘法等得到广泛的应用。一元线性回归法（最小二乘法）：适合于线性或者可以转化为线性的模型。

假设如下两个条件成立：a.自变量没有误差，因变量存在误差；b.测量的各数据点可以拟合成线性非常好的直线。

因此，对于数学模型为y=mx + b 的线性方程，其各点至直线的竖向偏差(因变量偏差)之平方和最小。

各测量点的偏差为：d i =y i -y i ’= y i -(mx i +b)

总的偏差为：z= d 12+d 22+d 32+……d n 2

b, m 取值要求使总误差z 最小，其必要条件为： z z 0, 0b m ∂∂==∂∂

由此求得最佳b 和m:

环境质量基本模型

1.污染物在环境介质中的运动：

推流迁移运动

扩散(稀释)运动

污染物的衰减和转化

扩散(稀释)运动：物质浓度总从高处向低处扩散。污染物质在环境介质中的扩散作用包

括分子扩散，湍流扩散和弥散三种。

2. 基本模型的推导

定义：反应污染物在环境介质中运动的基本规律的数学模型称为环境质量基本模型。

本质：反映了污染物在环境介质中运动的基本 特征，即推流迁移，分散和降解。 假设：污染物质点与介质很好融合，具有相同流体力学性质；可以均匀分散，不产生絮凝、沉淀和挥发。