环境系统分析专题讲座课件.ppt
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- 环境系统 分析 专题讲座 课件
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1、 主讲主讲:李晓东李晓东2010.5绪绪 论论 n环境系统分析环境系统分析=环境科学环境科学+系统分析方法学系统分析方法学 环境系统工程环境系统工程=环境科学环境科学+系统工程学系统工程学 系统工程系统工程=系统分析系统分析+设计实施设计实施n课程开设的目的课程开设的目的 建立和强化系统意识建立和强化系统意识 了解系统分析方法学了解系统分析方法学n系统的定义:系统的定义:“极其极其复杂复杂的研究对象,即由的研究对象,即由相互作用相互作用和和相互依赖相互依赖的的若干组成部分若干组成部分组合成的组合成的具有特具有特定功能定功能的有机整体,而且这个的有机整体,而且这个系统系统本本身又是它所身又是它所
2、从属从属的一个更大系统的组成部的一个更大系统的组成部分分”(钱学森教授撇开了系统的具体物质运动形态,仅(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从整体和部分之间的相互关系来考察而给出的“系统系统”的定义)的定义)n从系统的定义可知从系统的定义可知系统具有以下四个基本系统具有以下四个基本特征:特征:1.1.集合性集合性 各要素所构成的具有特定功能的集合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
3、种良好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)的功能。(例如球队组成)2.2.相关性相关性 系统内各要素既相互作用又相互联系,系统内各要素既相互作用又相互联系,构成有机整体。构成有机整体。3.3.目的性目的性 系统特别是人造系统都具有目的性,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能,目前一些尚不能控制和改造的自然系统不属于此。统不属于此。4.环境适应性环境适应性 任何一个系统都存在于一定的物质环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、境中,必须适
4、应外部环境(信息、物质、气象等等)的变化。气象等等)的变化。一、环境问题的系统工程处理法一、环境问题的系统工程处理法 1、环境问题的特点:、环境问题的特点:n跨领域跨领域:社会学、工程学、经济学、生:社会学、工程学、经济学、生态学、环境化学、环境地理学、环境物态学、环境化学、环境地理学、环境物理学等。理学等。n多系统多系统:自然保护系统、环境管理系:自然保护系统、环境管理系统、监测、污染控制系统。统、监测、污染控制系统。污染源发污染源发生、处理系统。这些系统又互相联系、生、处理系统。这些系统又互相联系、互相作用。互相作用。n多层次多层次:流域环境系统、区域环境系统、:流域环境系统、区域环境系统
5、、城市环境系统、水、气、声污染控制系城市环境系统、水、气、声污染控制系统等等不同层次的系统。统等等不同层次的系统。多因素多因素:多输入、多变量。(多变污染源,:多输入、多变量。(多变污染源,迁移转化影响因素多)迁移转化影响因素多)随机性随机性:时间、空间、数量上均带有随机:时间、空间、数量上均带有随机 性。性。多目标多目标:有时是费用、质量等同时寻优。:有时是费用、质量等同时寻优。动态的动态的:随时间在变化,周期性很长的开: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)放性的系统(与周围环境有关)只靠单项技术已不能圆满解决环境问题,只靠单项技术已不能圆满解决环境问题,更不能达到最优
6、,必须综合分析,系统设更不能达到最优,必须综合分析,系统设计规划,这就需借助系统工程处理法。计规划,这就需借助系统工程处理法。2 2、环境问题定量系统分析的必要性、环境问题定量系统分析的必要性 过去定性分析多,定量分析少,而由过去定性分析多,定量分析少,而由于环境问题的复杂性和上述特点,更有必于环境问题的复杂性和上述特点,更有必要对所考虑对象作定量的系统分析,以便要对所考虑对象作定量的系统分析,以便实现最优控制和设计规划。实现最优控制和设计规划。首先举一个简单子系统的例子:首先举一个简单子系统的例子:现提出的可供考虑的治理方法为城市现提出的可供考虑的治理方法为城市污水经一级处理(最大可能削减量
7、为污水经一级处理(最大可能削减量为31.831.8吨吨BODBOD5 5/日及相应费用已知日及相应费用已知90009000万元)或二级万元)或二级处理(最大可能削减量处理(最大可能削减量84.884.8吨吨BODBOD5 5/日及相日及相应费用已知应费用已知3650036500万元),制糖厂污水的综万元),制糖厂污水的综合治理(最大可能削减量为合治理(最大可能削减量为4848吨吨BODBOD5 5/日及日及相应费用已知相应费用已知33003300万元)。万元)。问题:采取何种治理方案(上述三种问题: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)才能既使方法各应承担的削减量为多少时)才
8、能既使排放总量削减到允许排放量以下,又使总的排放总量削减到允许排放量以下,又使总的治理费用最小。治理费用最小。运用系统分析方法可得:运用系统分析方法可得:84%的城市的城市污水经一级处理且制糖厂污水按最大可能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,且可达最低费削减量处理即可达标排放,且可达最低费用用10855万元。万元。这仅是一个简单小系统问题,显然,这仅是一个简单小系统问题,显然,对于一个大系统,多变量,多输入的环境对于一个大系统,多变量,多输入的环境问题,将越显示出环境系统工程的作用,问题,将越显示出环境系统工程的作用,当然相应的求解也越难。当然相应的求解也越难。运用系
9、统分析方法观察、分析、设计、运用系统分析方法观察、分析、设计、控制、管理和协调所要求处理的事物将受益控制、管理和协调所要求处理的事物将受益匪浅。匪浅。再再举一个浅近的例子:举一个浅近的例子:一个人,只有一个炉子,准备一顿饭菜。目一个人,只有一个炉子,准备一顿饭菜。目标是耗费时间最少。标是耗费时间最少。运用系统分析的思路为:运用系统分析的思路为:系统分解系统分解-系统综合系统综合-运用系统工程方法求解运用系统工程方法求解 系统分解,初估各单项任务所需时间系统分解,初估各单项任务所需时间如:如:淘米淘米 洗菜洗菜 切菜切菜 烧水烧水 烧饭烧饭 炒菜炒菜 5分钟分钟 6分钟分钟 5分钟分钟 7分钟分
10、钟 12分钟分钟 7分钟分钟系统综合:找出各部分的相互联系及制约系统综合:找出各部分的相互联系及制约如:先后次序的限制;工作转换的间隙;人手如:先后次序的限制;工作转换的间隙;人手的忙闲;炉子的忙闲等。的忙闲;炉子的忙闲等。运用系统工程方法求解:(作图法)运用系统工程方法求解:(作图法)只需只需26分钟完成全部工作,分钟完成全部工作,若若6件事连件事连着做,则需着做,则需42分钟,未增加劳动强度及先进分钟,未增加劳动强度及先进设备就节省设备就节省38%的时间。的时间。更重要的是,系统分析的结果还更重要的是,系统分析的结果还揭示提揭示提高效率的关键所在高效率的关键所在,这方面的意义远远超,这方面
11、的意义远远超过前者。过前者。通过上面系统分析,可提出进一步缩通过上面系统分析,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,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,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如:单纯地提高洗菜速度就不能节省总时间,仍需间,仍需26分钟。分钟。n环境系统问题也与此类同,只是由于条件、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,
12、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也许是徒劳。对于标准的制定也同样有系统问题。统问题。n系统分析的过程是对系统的分解和综合,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。学模型,定量分析是必要的。n系统分析过程和传统的工程学科方法不同,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),还决系统要素的具体问题之外(分解),还着着重研究和揭示各个要素的有机联系,特别是重研究和
13、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研究如何使得系统中各个要素的关系协调融洽洽,达到系统总目标最优的目的。(综合),达到系统总目标最优的目的。(综合)3 3、环境系统的分类与组成、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关的要素组成的有机整体称为环境系统环境系统。n常见分类方法及相应的系统:常见分类方法及相应的系统:n从协调经济与环境关系的角度来看: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
14、统: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。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:其中污染发生系统主要由三个子系统组成:nl l 工业:产业结构、技术结构、布局结构工业:产业结构、技术结构、布局结构nl l 生活生活nl l 交通交通 各系统均对应着三个量及其时空分布: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。污染物发生量、去除量、环境容量。n相应地存在三类措施来协调经济建设与环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:境建设的关系,即:降低发生量、提高环境容量、合理组建处降低发生量、提
15、高环境容量、合理组建处理系统(保证必要的去除量)理系统(保证必要的去除量)这三类措施是制定环境规划的基本依据。这三类措施是制定环境规划的基本依据。n三系统、三结构、三个量将经济发展、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本思路,这
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