环境系统分析PPT第1讲

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环境系统分析PPT第1讲
国内是1985年起步的
1985年，清华大学付国伟教授出版了 《水污染控制系统规划》一书
同年南京大学出版社出版了左玉辉教授 编的《环境系统工程导论》一书
1990年清华大学程声通教授出版了《水 污染控制系统规划》一书
此后又陆续出版了许多有关专著和书籍。
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2、环境系统分析的理论基础和专门技术基础：
n 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）
n 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。
计算科学主要涉及各种数值求解算法和优化方法。
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）
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n 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。
环境系统分析为环境系统工程中除 规划准备和设计实施步骤外的四个步骤 所包含内容。
n 电子计算机的应用使这种求解得以实现，且 已成为不可缺少的重要手段，它不仅仅是一
个计算工具，而且是一种对系统进行模拟的 实验设备。
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3、最优化方法的选用
n 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。
n 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。
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4、环境系统工程的思路结构
n 系统化：通过基础资料，污染源调查，环 境质量和影响评价，明确污染控制问题和目 标，提出各种可供选择方案及各要素的相互 制约与联系，进行系统分析与综合。
n 模型化：建立模型进行模拟，包括模型结 构识别，参数估计，模型误差检验和灵敏度 分析，模型应用等。
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n 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。
n 系统分析的过程是对系统的分解和综合， 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。
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n 系统分析过程和传统的工程学科方法不同， 它除了要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）
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。
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n 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。
1、发展简况
本世纪60年代后期，美、日、英开始这 方面的研究。
1972 年 ， 美 环 境 工 程 教 授 协 会 发 表 《 环 境工程的数学模式化》
1973年，美国克雷姆逊大学环境系统工 程 学 教 授 L.G.Rich 编 著 出 版 《 环 境 系 统 工程》一书。
美、日进行“用系统工程方法防治环 境污染”的科技协作
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n 系统的定义：
“极其复杂的研究对象，即由相互作用和 相互依赖的若干组成部分组合成的具有特 定功能的有机整体，而且这个‘系统’本 身又是它所从属的一个更大系统的组成部 分”
（钱学森教授撇开了系统的具体物质运动形态，仅 从整体和部分之间的相互关系来考察而给出的 “系统”的定义）
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2020/11/23
环境系统分析PPT第1讲
绪论
n 环境系统分析==环境科学+系统分析方法学 环境系统工程==环境科学+系统工程学 系统工程==系统分析+设计实施
n 课程开设的目的 建立和强化系统意识 了解系统分析方法学
n 选修课，20学时讲授，4学时上机
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这三类措施是制定环境规划的基本依据。
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n 三系统、三结构、三个量将经济发展、 技术改造、城市规划、水利规划、能源 规划与环境建设有机地联系起来，在三 类措施研究的基础上，形成多种总体方 案，寻优以协调经济建设、城乡建设和 环境建设的关系，这就是环境规划的基 本思路，这一过程的实现依赖于环境系 统分析。
它是对现实系统的抽象描述。它是由一些 与所分析的问题有关的主要因素所构成。 它表 明这些有关因素之间的关系。
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d.费用 方案实施的实际支出，还要考虑非货币支
出的费用。
e.效果 效益和有效性（达到目的所取得的成果）
（其中效益是货币尺度，有效性是货币以 外的指标）
的忙闲；炉子的忙闲等。
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③运用系统工程方法求解：（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。
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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。
f.评价标准 衡量可行性方案优劣的指标。
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2、系统分析的准则（四条）
a. 外部条件与内部条件相结合 b. 当前利益与长远利益相结合 c. 局部利益和整体利益相结合 d. 定量分析与定性分析相结合
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四、环境系统分析发展简况及主要参考书目
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1977年，日本京都大学工学院高松武一郎 教授、日本国立公害研究所综合分析部主 任研究员内藤正明、和美国堪萨斯州州立 大学，林三方教授三人合编了《环境系统 工程》一书。
1978年，美、英、澳、加、挪等国二十几 名专家联合编写了“水污染控制的数学模 式”
近年来，又出现了许多研究成果。
一、环境问题的系统工程处理法
1、环境问题的特点： n 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。
n 多系统：①自然保护系统、环境管理系 统、监测、污染控制系统。 ②污染源发 生、处理系统。这些系统又互相联系、 互相作用。
n 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 统等等不同层次的系统。
问题：采取何种治理方案（上述三种 方法各应承担的削减量为多少时）才能既使 排放总量削减到允许排放量以下，又使总的 治理费用最小。
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运用系统分析方法可得：84%的城市 污水经一级处理且制糖厂污水按最大可能 削减量处理即可达标排放，且可达最低费 用10855万元。
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3、环境系统的分类与组成 n 在研究人与环境这个矛盾的统一体时，把
由两个或两个以上的与环境污染及控制有 关的要素组成的有机整体称为环境系统。
n 常见分类方法及相应的系统：
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n 从协调经济与环境关系的角度来看：
一个城市或一个区域可分解成三个系统： 污染发生系统、处理系统、生态环境系统。
其中污染发生系统主要由三个子系统组成：
n l 工业：产业结构、技术结构、布局结构 n l 生活 n l 交通
各系统均对应着三个量及其时空分布： 污染物发生量、去除量、环境容量。
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n 相应地存在三类措施来协调经济建设与环 境建设的关系，即：
降低发生量、提高环境容量、合理组建处 理系统（保证必要的去除量）
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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（与周围环境有关）
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∴只靠单项技术已不能圆满解决环境问题， 更不能达到最优，必须综合分析，系统设 计规划，这就需借助系统工程处理法。
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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
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（信息、物质、 气象等等）的变化。
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n 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。
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三、系统分析的基本要素和准则 1．系统分析的基本要素（6个） a.目标
明确所期望达到的目标及其选择该目标的 原因。
b.可行性方案 即可采取的各种手段和措施（多个）