環(huán)境系統(tǒng)分析第1講課件1

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2022/11/4環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2022/11/2環(huán)境系統(tǒng)分析1緒

論

環(huán)境系統(tǒng)分析==環(huán)境科學+系統(tǒng)分析方法學環(huán)境系統(tǒng)工程==環(huán)境科學+系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程==系統(tǒng)分析+設計實施課程開設的目的建立和強化系統(tǒng)意識了解系統(tǒng)分析方法學選修課，20學時講授，4學時上機環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)緒論環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2系統(tǒng)的定義：“極其復雜的研究對象，即由相互作用和相互依賴的若干組成部分組合成的具有特定功能的有機整體，而且這個‘系統(tǒng)’本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部分”（錢學森教授撇開了系統(tǒng)的具體物質(zhì)運動形態(tài)，僅從整體和部分之間的相互關系來考察而給出的“系統(tǒng)”的定義）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3從系統(tǒng)的定義可知系統(tǒng)具有以下四個基本特征：1.集合性

各要素所構(gòu)成的具有特定功能的集合體。（根據(jù)邏輯統(tǒng)一性要求來構(gòu)成）各要素不完善也可能構(gòu)成良好功能的系統(tǒng)，要素良好也可能作為整體卻不具有某種良好的功能。（例如球隊組成）2.相關性

系統(tǒng)內(nèi)各要素既相互作用又相互聯(lián)系，構(gòu)成有機整體。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)從系統(tǒng)的定義可知系統(tǒng)具有以下四個基本特征：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT4

3.目的性

系統(tǒng)特別是人造系統(tǒng)都具有目的性，要達到規(guī)定的目的，系統(tǒng)都具有一定的功能，目前一些尚不能控制和改造的自然系統(tǒng)不屬于此。4.環(huán)境適應性任何一個系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境中，必須適應外部環(huán)境（信息、物質(zhì)、氣象等等）的變化。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3.目的性環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)5一、環(huán)境問題的系統(tǒng)工程處理法

1、環(huán)境問題的特點：跨領域：社會學、工程學、經(jīng)濟學、生態(tài)學、環(huán)境化學、環(huán)境地理學、環(huán)境物理學等。多系統(tǒng)：①自然保護系統(tǒng)、環(huán)境管理系統(tǒng)、監(jiān)測、污染控制系統(tǒng)。

②污染源發(fā)生、處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)又互相聯(lián)系、互相作用。多層次：流域環(huán)境系統(tǒng)、區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)、城市環(huán)境系統(tǒng)、水、氣、聲污染控制系統(tǒng)等等不同層次的系統(tǒng)。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)一、環(huán)境問題的系統(tǒng)工程處理法1、環(huán)境問題的特點：環(huán)境系統(tǒng)分6

多因素：多輸入、多變量。（多變污染源，遷移轉(zhuǎn)化影響因素多）

隨機性：時間、空間、數(shù)量上均帶有隨機性。

多目標：有時是費用、質(zhì)量等同時尋優(yōu)。

動態(tài)的：隨時間在變化，周期性很長的開放性的系統(tǒng)（與周圍環(huán)境有關）環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)7∴只靠單項技術(shù)已不能圓滿解決環(huán)境問題，更不能達到最優(yōu)，必須綜合分析，系統(tǒng)設計規(guī)劃，這就需借助系統(tǒng)工程處理法。2、環(huán)境問題定量系統(tǒng)分析的必要性

過去定性分析多，定量分析少，而由于環(huán)境問題的復雜性和上述特點，更有必要對所考慮對象作定量的系統(tǒng)分析，以便實現(xiàn)最優(yōu)控制和設計規(guī)劃。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)∴只靠單項技術(shù)已不能圓滿解決環(huán)境問題，更不能達到最優(yōu)，必須綜8首先舉一個簡單子系統(tǒng)的例子：

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)首先舉一個簡單子系統(tǒng)的例子：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)9現(xiàn)提出的可供考慮的治理方法為城市污水經(jīng)一級處理（最大可能削減量為31.8噸BOD5/日及相應費用已知9000萬元）或二級處理（最大可能削減量84.8噸BOD5/日及相應費用已知36500萬元），制糖廠污水的綜合治理（最大可能削減量為48噸BOD5/日及相應費用已知3300萬元）。問題：采取何種治理方案（上述三種方法各應承擔的削減量為多少時）才能既使排放總量削減到允許排放量以下，又使總的治理費用最小。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)現(xiàn)提出的可供考慮的治理方法為城市污水10運用系統(tǒng)分析方法可得：84%的城市污水經(jīng)一級處理且制糖廠污水按最大可能削減量處理即可達標排放，且可達最低費用10855萬元。

這僅是一個簡單小系統(tǒng)問題，顯然，對于一個大系統(tǒng)，多變量，多輸入的環(huán)境問題，將越顯示出環(huán)境系統(tǒng)工程的作用，當然相應的求解也越難。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)運用系統(tǒng)分析方法可得：84%的城市污水經(jīng)一級處理11

運用系統(tǒng)分析方法觀察、分析、設計、控制、管理和協(xié)調(diào)所要求處理的事物將受益匪淺。

再舉一個淺近的例子：

一個人，只有一個爐子，準備一頓飯菜。目標是耗費時間最少。運用系統(tǒng)分析的思路為：系統(tǒng)分解--系統(tǒng)綜合--運用系統(tǒng)工程方法求解環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)運用系統(tǒng)分析方法觀察、分析、設12①系統(tǒng)分解，初估各單項任務所需時間如：

淘米

洗菜

切菜

燒水

燒飯

炒菜5分鐘6分鐘5分鐘7分鐘12分鐘7分鐘②系統(tǒng)綜合：找出各部分的相互聯(lián)系及制約如：先后次序的限制；工作轉(zhuǎn)換的間隙；人手的忙閑；爐子的忙閑等。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)①系統(tǒng)分解，初估各單項任務所需時間環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(13③運用系統(tǒng)工程方法求解：（作圖法）

只需26分鐘完成全部工作，若6件事連著做，則需42分鐘，未增加勞動強度及先進設備就節(jié)省38%的時間。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)③運用系統(tǒng)工程方法求解：（作圖法）環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講14

更重要的是，系統(tǒng)分析的結(jié)果還揭示提高效率的關鍵所在，這方面的意義遠遠超過前者。通過上面系統(tǒng)分析，可提出進一步縮短總時間的可能性，如：燒水和淘米要同步加快，洗菜、切菜要和燒飯同步加快，炒菜可單獨加快，以免盲目加快無效果，如：單純地提高洗菜速度就不能節(jié)省總時間，仍需26分鐘。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)更重要的是，系統(tǒng)分析的結(jié)果還揭示提高效率的關鍵所15環(huán)境系統(tǒng)問題也與此類同，只是由于條件、任務、目標不同，對某一治理單元設備盲目要求高的處理指標未必能改善環(huán)境效益，也許是徒勞。對于標準的制定也同樣有系統(tǒng)問題。系統(tǒng)分析的過程是對系統(tǒng)的分解和綜合，系統(tǒng)分解和綜合的過程都要建立和運用數(shù)學模型，定量分析是必要的。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)問題也與此類同，只是由于條件、任務、目標不同，對某一16系統(tǒng)分析過程和傳統(tǒng)的工程學科方法不同，它除了要研究系統(tǒng)中各要素的具體性質(zhì)，解決系統(tǒng)要素的具體問題之外（分解），還著重研究和揭示各個要素的有機聯(lián)系，特別是研究如何使得系統(tǒng)中各個要素的關系協(xié)調(diào)融洽，達到系統(tǒng)總目標最優(yōu)的目的。（綜合）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)系統(tǒng)分析過程和傳統(tǒng)的工程學科方法不同，它除了要研究系統(tǒng)中各要173、環(huán)境系統(tǒng)的分類與組成

在研究人與環(huán)境這個矛盾的統(tǒng)一體時，把由兩個或兩個以上的與環(huán)境污染及控制有關的要素組成的有機整體稱為環(huán)境系統(tǒng)。常見分類方法及相應的系統(tǒng)：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3、環(huán)境系統(tǒng)的分類與組成

在研究人與環(huán)境這個矛盾的統(tǒng)一體時，18從協(xié)調(diào)經(jīng)濟與環(huán)境關系的角度來看：一個城市或一個區(qū)域可分解成三個系統(tǒng)：污染發(fā)生系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。其中污染發(fā)生系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)組成：l

工業(yè)：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)、布局結(jié)構(gòu)l

生活l

交通各系統(tǒng)均對應著三個量及其時空分布：污染物發(fā)生量、去除量、環(huán)境容量。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)從協(xié)調(diào)經(jīng)濟與環(huán)境關系的角度來看：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(119相應地存在三類措施來協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設與環(huán)境建設的關系，即：降低發(fā)生量、提高環(huán)境容量、合理組建處理系統(tǒng)（保證必要的去除量）這三類措施是制定環(huán)境規(guī)劃的基本依據(jù)。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)相應地存在三類措施來協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設與環(huán)境建設的關系，即：環(huán)境系20三系統(tǒng)、三結(jié)構(gòu)、三個量將經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)改造、城市規(guī)劃、水利規(guī)劃、能源規(guī)劃與環(huán)境建設有機地聯(lián)系起來，在三類措施研究的基礎上，形成多種總體方案，尋優(yōu)以協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設、城鄉(xiāng)建設和環(huán)境建設的關系，這就是環(huán)境規(guī)劃的基本思路，這一過程的實現(xiàn)依賴于環(huán)境系統(tǒng)分析。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)三系統(tǒng)、三結(jié)構(gòu)、三個量將經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)改造、城市規(guī)劃、水利規(guī)214、環(huán)境系統(tǒng)工程的思路結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)化：通過基礎資料，污染源調(diào)查，環(huán)境質(zhì)量和影響評價，明確污染控制問題和目標，提出各種可供選擇方案及各要素的相互制約與聯(lián)系，進行系統(tǒng)分析與綜合。

模型化：建立模型進行模擬，包括模型結(jié)構(gòu)識別，參數(shù)估計，模型誤差檢驗和靈敏度分析，模型應用等。

最優(yōu)化：選擇目標函數(shù)，建立評價標準，建立最優(yōu)模型，最優(yōu)求解，綜合決策。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)4、環(huán)境系統(tǒng)工程的思路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化：通過基礎資料，污染源調(diào)22系統(tǒng)評價，主要因素包括：①系統(tǒng)的功能（所起作用與所應完成的任務）

②系統(tǒng)的費用（尋求低費用）

③系統(tǒng)的可靠性（系統(tǒng)的各層次和組成部分，在預定期限和正常條件下，運行成功的概率）。

④系統(tǒng)實現(xiàn)的時間（建立一個系統(tǒng)所需的時間）⑤系統(tǒng)的可維護性（長期運行過程中應便于維護管理）⑥系統(tǒng)的外部影響（對諸如生態(tài)平衡影響、資源和能源消耗等）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)系統(tǒng)評價，主要因素包括：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)23設計實施：根據(jù)最優(yōu)化結(jié)果進行實施控制，包括建立具體實施方案和具體實施行動。環(huán)境系統(tǒng)分析為環(huán)境系統(tǒng)工程中除規(guī)劃準備和設計實施步驟外的四個步驟所包含內(nèi)容。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)24環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)25二、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎

1、環(huán)境系統(tǒng)分析的定義：以環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律、污染物對人體和生態(tài)的影響、環(huán)境自凈能力以及有關環(huán)境工程技術(shù)原理為依據(jù)，運用系統(tǒng)工程學的理論和方法，研究如何建立起一個合理的環(huán)境污染預防控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，并研究如何利用它來分析各種污染控制過程可調(diào)因素（或各種可替換方案）對環(huán)境目標或費用、能耗等的影響

，以及尋求最優(yōu)決策方案。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)二、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎1、環(huán)境系統(tǒng)分析的262、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎：理論基礎：環(huán)境科學、環(huán)境經(jīng)濟學、環(huán)境工程學和系統(tǒng)工程學的基本理論（如運籌學）專門技術(shù)基礎：數(shù)學建模、計算科學、環(huán)境影響評估方法、生命周期評估、系統(tǒng)化的圖與網(wǎng)絡分析方法。

計算科學主要涉及各種數(shù)值求解算法和優(yōu)化方法。電子計算機的應用使這種求解得以實現(xiàn)，且已成為不可缺少的重要手段，它不僅僅是一個計算工具，而且是一種對系統(tǒng)進行模擬的實驗設備。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT273、最優(yōu)化方法的選用

對確定性問題，可采用線性規(guī)劃、

動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整體規(guī)劃等。對非確定性問題，可用馬爾可夫過程，排隊論，對策論等方法進行最優(yōu)化。有的系統(tǒng)優(yōu)化問題還應用網(wǎng)絡理論、圖論和模糊數(shù)學等進行最優(yōu)化。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3、最優(yōu)化方法的選用對確定性問題，可采用線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)28三、系統(tǒng)分析的基本要素和準則

1．系統(tǒng)分析的基本要素（6個）a.目標

明確所期望達到的目標及其選擇該目標的原因。b.可行性方案即可采取的各種手段和措施（多個）c.模型

描述所研究對象及其過程的某一方面的本質(zhì)屬性。

它是對現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象描述。它是由一些與所分析的問題有關的主要因素所構(gòu)成。它表明這些有關因素之間的關系。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)三、系統(tǒng)分析的基本要素和準則1．系統(tǒng)分析的基本要素（6個）29d.費用

方案實施的實際支出，還要考慮非貨幣支出的費用。e.效果

效益和有效性（達到目的所取得的成果）

（其中效益是貨幣尺度，有效性是貨幣以外的指標）f.評價標準

衡量可行性方案優(yōu)劣的指標。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)d.費用環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)302、系統(tǒng)分析的準則（四條）

a.外部條件與內(nèi)部條件相結(jié)合b.當前利益與長遠利益相結(jié)合c.局部利益和整體利益相結(jié)合d.定量分析與定性分析相結(jié)合

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2、系統(tǒng)分析的準則（四條）a.外部條件與內(nèi)部條件相結(jié)合31四、環(huán)境系統(tǒng)分析發(fā)展簡況及主要參考書目

1、發(fā)展簡況本世紀60年代后期，美、日、英開始這方面的研究。1972年，美環(huán)境工程教授協(xié)會發(fā)表《環(huán)境工程的數(shù)學模式化》1973年，美國克雷姆遜大學環(huán)境系統(tǒng)工程學教授L.G.Rich編著出版《環(huán)境系統(tǒng)工程》一書。美、日進行“用系統(tǒng)工程方法防治環(huán)境污染”的科技協(xié)作

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)四、環(huán)境系統(tǒng)分析發(fā)展簡況及主要參考書目1、發(fā)展簡況環(huán)境系統(tǒng)321977年，日本京都大學工學院高松武一郎教授、日本國立公害研究所綜合分析部主任研究員內(nèi)藤正明、和美國堪薩斯州州立大學，林三方教授三人合編了《環(huán)境系統(tǒng)工程》一書。1978年，美、英、澳、加、挪等國二十幾名專家聯(lián)合編寫了“水污染控制的數(shù)學模式”近年來，又出現(xiàn)了許多研究成果。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)1977年，日本京都大學工學院高松武一郎教授、日本國立公害研33國內(nèi)是1985年起步的1985年，清華大學付國偉教授出版了《水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃》一書同年南京大學出版社出版了左玉輝教授編的《環(huán)境系統(tǒng)工程導論》一書1990年清華大學程聲通教授出版了《水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃》一書此后又陸續(xù)出版了許多有關專著和書籍。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)國內(nèi)是1985年起步的環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)34值得一提的是：我國1972年在斯德哥爾摩人類環(huán)境會議上就提出“全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、化害為利、依靠群眾、大家動手、保護環(huán)境、造福人民”的32字環(huán)保工作方針

，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)思想。但在具體系統(tǒng)分析上還有較大差距（生產(chǎn)力發(fā)展水平、經(jīng)濟基礎、管理水平等原因）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)值得一提的是：我國1972年在斯德哥爾摩人類環(huán)境352、主要參考書目：

（1）[美]列奇著《環(huán)境系統(tǒng)工程》，水利出版社，1981（2）[日]高松武一郎，內(nèi)藤正明[美]林三方合著《環(huán)境系統(tǒng)工程》，中國環(huán)境科學出版社，1985。（3）付國偉、程聲通主編，《水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃》，清華大學出版社，1985。（4）程聲通等編，《環(huán)境系統(tǒng)分析》，高等教育出版社，1990。（5）孟繁堅，楊汝均編，《環(huán)境系統(tǒng)工程導論》，烴加工出版社1987年。

（6）韋鶴平，編著，《環(huán)境系統(tǒng)工程》，同濟大學出版社，1993.4。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2、主要參考書目：（1）[美]列奇著《環(huán)境系統(tǒng)工程》，水利36演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/11/4環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew37環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2022/11/4環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2022/11/2環(huán)境系統(tǒng)分析38緒

論

環(huán)境系統(tǒng)分析==環(huán)境科學+系統(tǒng)分析方法學環(huán)境系統(tǒng)工程==環(huán)境科學+系統(tǒng)工程學系統(tǒng)工程==系統(tǒng)分析+設計實施課程開設的目的建立和強化系統(tǒng)意識了解系統(tǒng)分析方法學選修課，20學時講授，4學時上機環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)緒論環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)39系統(tǒng)的定義：“極其復雜的研究對象，即由相互作用和相互依賴的若干組成部分組合成的具有特定功能的有機整體，而且這個‘系統(tǒng)’本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部分”（錢學森教授撇開了系統(tǒng)的具體物質(zhì)運動形態(tài)，僅從整體和部分之間的相互關系來考察而給出的“系統(tǒng)”的定義）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)40從系統(tǒng)的定義可知系統(tǒng)具有以下四個基本特征：1.集合性

各要素所構(gòu)成的具有特定功能的集合體。（根據(jù)邏輯統(tǒng)一性要求來構(gòu)成）各要素不完善也可能構(gòu)成良好功能的系統(tǒng)，要素良好也可能作為整體卻不具有某種良好的功能。（例如球隊組成）2.相關性

系統(tǒng)內(nèi)各要素既相互作用又相互聯(lián)系，構(gòu)成有機整體。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)從系統(tǒng)的定義可知系統(tǒng)具有以下四個基本特征：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT41

3.目的性

系統(tǒng)特別是人造系統(tǒng)都具有目的性，要達到規(guī)定的目的，系統(tǒng)都具有一定的功能，目前一些尚不能控制和改造的自然系統(tǒng)不屬于此。4.環(huán)境適應性任何一個系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境中，必須適應外部環(huán)境（信息、物質(zhì)、氣象等等）的變化。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3.目的性環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)42一、環(huán)境問題的系統(tǒng)工程處理法

1、環(huán)境問題的特點：跨領域：社會學、工程學、經(jīng)濟學、生態(tài)學、環(huán)境化學、環(huán)境地理學、環(huán)境物理學等。多系統(tǒng)：①自然保護系統(tǒng)、環(huán)境管理系統(tǒng)、監(jiān)測、污染控制系統(tǒng)。

②污染源發(fā)生、處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)又互相聯(lián)系、互相作用。多層次：流域環(huán)境系統(tǒng)、區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)、城市環(huán)境系統(tǒng)、水、氣、聲污染控制系統(tǒng)等等不同層次的系統(tǒng)。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)一、環(huán)境問題的系統(tǒng)工程處理法1、環(huán)境問題的特點：環(huán)境系統(tǒng)分43

多因素：多輸入、多變量。（多變污染源，遷移轉(zhuǎn)化影響因素多）

隨機性：時間、空間、數(shù)量上均帶有隨機性。

多目標：有時是費用、質(zhì)量等同時尋優(yōu)。

動態(tài)的：隨時間在變化，周期性很長的開放性的系統(tǒng)（與周圍環(huán)境有關）環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)44∴只靠單項技術(shù)已不能圓滿解決環(huán)境問題，更不能達到最優(yōu)，必須綜合分析，系統(tǒng)設計規(guī)劃，這就需借助系統(tǒng)工程處理法。2、環(huán)境問題定量系統(tǒng)分析的必要性

過去定性分析多，定量分析少，而由于環(huán)境問題的復雜性和上述特點，更有必要對所考慮對象作定量的系統(tǒng)分析，以便實現(xiàn)最優(yōu)控制和設計規(guī)劃。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)∴只靠單項技術(shù)已不能圓滿解決環(huán)境問題，更不能達到最優(yōu)，必須綜45首先舉一個簡單子系統(tǒng)的例子：

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)首先舉一個簡單子系統(tǒng)的例子：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)46現(xiàn)提出的可供考慮的治理方法為城市污水經(jīng)一級處理（最大可能削減量為31.8噸BOD5/日及相應費用已知9000萬元）或二級處理（最大可能削減量84.8噸BOD5/日及相應費用已知36500萬元），制糖廠污水的綜合治理（最大可能削減量為48噸BOD5/日及相應費用已知3300萬元）。問題：采取何種治理方案（上述三種方法各應承擔的削減量為多少時）才能既使排放總量削減到允許排放量以下，又使總的治理費用最小。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)現(xiàn)提出的可供考慮的治理方法為城市污水47運用系統(tǒng)分析方法可得：84%的城市污水經(jīng)一級處理且制糖廠污水按最大可能削減量處理即可達標排放，且可達最低費用10855萬元。

這僅是一個簡單小系統(tǒng)問題，顯然，對于一個大系統(tǒng)，多變量，多輸入的環(huán)境問題，將越顯示出環(huán)境系統(tǒng)工程的作用，當然相應的求解也越難。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)運用系統(tǒng)分析方法可得：84%的城市污水經(jīng)一級處理48

運用系統(tǒng)分析方法觀察、分析、設計、控制、管理和協(xié)調(diào)所要求處理的事物將受益匪淺。

再舉一個淺近的例子：

一個人，只有一個爐子，準備一頓飯菜。目標是耗費時間最少。運用系統(tǒng)分析的思路為：系統(tǒng)分解--系統(tǒng)綜合--運用系統(tǒng)工程方法求解環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)運用系統(tǒng)分析方法觀察、分析、設49①系統(tǒng)分解，初估各單項任務所需時間如：

淘米

洗菜

切菜

燒水

燒飯

炒菜5分鐘6分鐘5分鐘7分鐘12分鐘7分鐘②系統(tǒng)綜合：找出各部分的相互聯(lián)系及制約如：先后次序的限制；工作轉(zhuǎn)換的間隙；人手的忙閑；爐子的忙閑等。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)①系統(tǒng)分解，初估各單項任務所需時間環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(50③運用系統(tǒng)工程方法求解：（作圖法）

只需26分鐘完成全部工作，若6件事連著做，則需42分鐘，未增加勞動強度及先進設備就節(jié)省38%的時間。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)③運用系統(tǒng)工程方法求解：（作圖法）環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講51

更重要的是，系統(tǒng)分析的結(jié)果還揭示提高效率的關鍵所在，這方面的意義遠遠超過前者。通過上面系統(tǒng)分析，可提出進一步縮短總時間的可能性，如：燒水和淘米要同步加快，洗菜、切菜要和燒飯同步加快，炒菜可單獨加快，以免盲目加快無效果，如：單純地提高洗菜速度就不能節(jié)省總時間，仍需26分鐘。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)更重要的是，系統(tǒng)分析的結(jié)果還揭示提高效率的關鍵所52環(huán)境系統(tǒng)問題也與此類同，只是由于條件、任務、目標不同，對某一治理單元設備盲目要求高的處理指標未必能改善環(huán)境效益，也許是徒勞。對于標準的制定也同樣有系統(tǒng)問題。系統(tǒng)分析的過程是對系統(tǒng)的分解和綜合，系統(tǒng)分解和綜合的過程都要建立和運用數(shù)學模型，定量分析是必要的。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)問題也與此類同，只是由于條件、任務、目標不同，對某一53系統(tǒng)分析過程和傳統(tǒng)的工程學科方法不同，它除了要研究系統(tǒng)中各要素的具體性質(zhì)，解決系統(tǒng)要素的具體問題之外（分解），還著重研究和揭示各個要素的有機聯(lián)系，特別是研究如何使得系統(tǒng)中各個要素的關系協(xié)調(diào)融洽，達到系統(tǒng)總目標最優(yōu)的目的。（綜合）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)系統(tǒng)分析過程和傳統(tǒng)的工程學科方法不同，它除了要研究系統(tǒng)中各要543、環(huán)境系統(tǒng)的分類與組成

在研究人與環(huán)境這個矛盾的統(tǒng)一體時，把由兩個或兩個以上的與環(huán)境污染及控制有關的要素組成的有機整體稱為環(huán)境系統(tǒng)。常見分類方法及相應的系統(tǒng)：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3、環(huán)境系統(tǒng)的分類與組成

在研究人與環(huán)境這個矛盾的統(tǒng)一體時，55從協(xié)調(diào)經(jīng)濟與環(huán)境關系的角度來看：一個城市或一個區(qū)域可分解成三個系統(tǒng)：污染發(fā)生系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。其中污染發(fā)生系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)組成：l

工業(yè)：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)、布局結(jié)構(gòu)l

生活l

交通各系統(tǒng)均對應著三個量及其時空分布：污染物發(fā)生量、去除量、環(huán)境容量。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)從協(xié)調(diào)經(jīng)濟與環(huán)境關系的角度來看：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(156相應地存在三類措施來協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設與環(huán)境建設的關系，即：降低發(fā)生量、提高環(huán)境容量、合理組建處理系統(tǒng)（保證必要的去除量）這三類措施是制定環(huán)境規(guī)劃的基本依據(jù)。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)相應地存在三類措施來協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設與環(huán)境建設的關系，即：環(huán)境系57三系統(tǒng)、三結(jié)構(gòu)、三個量將經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)改造、城市規(guī)劃、水利規(guī)劃、能源規(guī)劃與環(huán)境建設有機地聯(lián)系起來，在三類措施研究的基礎上，形成多種總體方案，尋優(yōu)以協(xié)調(diào)經(jīng)濟建設、城鄉(xiāng)建設和環(huán)境建設的關系，這就是環(huán)境規(guī)劃的基本思路，這一過程的實現(xiàn)依賴于環(huán)境系統(tǒng)分析。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)三系統(tǒng)、三結(jié)構(gòu)、三個量將經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)改造、城市規(guī)劃、水利規(guī)584、環(huán)境系統(tǒng)工程的思路結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)化：通過基礎資料，污染源調(diào)查，環(huán)境質(zhì)量和影響評價，明確污染控制問題和目標，提出各種可供選擇方案及各要素的相互制約與聯(lián)系，進行系統(tǒng)分析與綜合。

模型化：建立模型進行模擬，包括模型結(jié)構(gòu)識別，參數(shù)估計，模型誤差檢驗和靈敏度分析，模型應用等。

最優(yōu)化：選擇目標函數(shù)，建立評價標準，建立最優(yōu)模型，最優(yōu)求解，綜合決策。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)4、環(huán)境系統(tǒng)工程的思路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化：通過基礎資料，污染源調(diào)59系統(tǒng)評價，主要因素包括：①系統(tǒng)的功能（所起作用與所應完成的任務）

②系統(tǒng)的費用（尋求低費用）

③系統(tǒng)的可靠性（系統(tǒng)的各層次和組成部分，在預定期限和正常條件下，運行成功的概率）。

④系統(tǒng)實現(xiàn)的時間（建立一個系統(tǒng)所需的時間）⑤系統(tǒng)的可維護性（長期運行過程中應便于維護管理）⑥系統(tǒng)的外部影響（對諸如生態(tài)平衡影響、資源和能源消耗等）

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)系統(tǒng)評價，主要因素包括：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)60設計實施：根據(jù)最優(yōu)化結(jié)果進行實施控制，包括建立具體實施方案和具體實施行動。環(huán)境系統(tǒng)分析為環(huán)境系統(tǒng)工程中除規(guī)劃準備和設計實施步驟外的四個步驟所包含內(nèi)容。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)61環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)62二、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎

1、環(huán)境系統(tǒng)分析的定義：以環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律、污染物對人體和生態(tài)的影響、環(huán)境自凈能力以及有關環(huán)境工程技術(shù)原理為依據(jù)，運用系統(tǒng)工程學的理論和方法，研究如何建立起一個合理的環(huán)境污染預防控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，并研究如何利用它來分析各種污染控制過程可調(diào)因素（或各種可替換方案）對環(huán)境目標或費用、能耗等的影響

，以及尋求最優(yōu)決策方案。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)二、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎1、環(huán)境系統(tǒng)分析的632、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎：理論基礎：環(huán)境科學、環(huán)境經(jīng)濟學、環(huán)境工程學和系統(tǒng)工程學的基本理論（如運籌學）專門技術(shù)基礎：數(shù)學建模、計算科學、環(huán)境影響評估方法、生命周期評估、系統(tǒng)化的圖與網(wǎng)絡分析方法。

計算科學主要涉及各種數(shù)值求解算法和優(yōu)化方法。電子計算機的應用使這種求解得以實現(xiàn)，且已成為不可缺少的重要手段，它不僅僅是一個計算工具，而且是一種對系統(tǒng)進行模擬的實驗設備。環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)2、環(huán)境系統(tǒng)分析的理論基礎和專門技術(shù)基礎：環(huán)境系統(tǒng)分析PPT643、最優(yōu)化方法的選用

對確定性問題，可采用線性規(guī)劃、

動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整體規(guī)劃等。對非確定性問題，可用馬爾可夫過程，排隊論，對策論等方法進行最優(yōu)化。有的系統(tǒng)優(yōu)化問題還應用網(wǎng)絡理論、圖論和模糊數(shù)學等進行最優(yōu)化。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)3、最優(yōu)化方法的選用對確定性問題，可采用線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)65三、系統(tǒng)分析的基本要素和準則

1．系統(tǒng)分析的基本要素（6個）a.目標

明確所期望達到的目標及其選擇該目標的原因。b.可行性方案即可采取的各種手段和措施（多個）c.模型

描述所研究對象及其過程的某一方面的本質(zhì)屬性。

它是對現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象描述。它是由一些與所分析的問題有關的主要因素所構(gòu)成。它表明這些有關因素之間的關系。

環(huán)境系統(tǒng)分析PPT第1講(1)三、系統(tǒng)分析的基本要素和準則1．系統(tǒng)分析的基本要素（6個）66d.費用

方案實施的實際支出，還要考慮非貨幣支出的費用。e.效果

效益和有效性（達到目的所取得的成果）

（其中效益是貨幣尺度，有效性是貨幣以外的指標）f.評價標準

衡量可行性方案優(yōu)劣的指標。

環(huán)境系統(tǒng)分析P