環(huán)境系統(tǒng)分析概論

環(huán)境系統(tǒng)分析概論第1頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月對環(huán)境工程人才的知識結(jié)構(gòu)和能力的要求

環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)具備良好的政治素質(zhì)、思想素質(zhì)、道德品質(zhì)、法制意識、誠信意識、團體意識；具備良好的文化素質(zhì)、文學(xué)藝術(shù)修養(yǎng)、現(xiàn)代意識、人際交往意識；

第2頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月具備良好的科學(xué)素質(zhì)和工程素質(zhì)。

科學(xué)素質(zhì)包括科學(xué)思維方法、科學(xué)研究方法、求實創(chuàng)新意識、科學(xué)素養(yǎng)；

工程素質(zhì)包括工程意識、綜合分析素養(yǎng)、價值效益意識、革新精神；同時，必須具備良好的身體素質(zhì)和心理素質(zhì)。第3頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月在能力方面，要求畢業(yè)生具備良好的自學(xué)能力、表達能力、設(shè)計能力、計算機及科學(xué)技術(shù)應(yīng)用能力；具備良好的綜合運用知識解決問題能力、綜合試驗?zāi)芰?、工程實踐能力、工程綜合能力；具備良好的創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新試驗?zāi)芰Α⒖萍奸_發(fā)能力、科學(xué)研究能力。第4頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

在知識結(jié)構(gòu)上，要求畢業(yè)生具備工具性知識，包括外語、計算機及信息技術(shù)應(yīng)用、文獻檢索、方法論、科技方法、科技寫作等方面的知識；人文社會科學(xué)知識，包括法學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)、思想道德、政治學(xué)、藝術(shù)、社會學(xué)、心理學(xué)等方面的知識；第5頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月自然科學(xué)知識，即數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等方面的知識；工程技術(shù)知識，包括工程制圖、工程力學(xué)、化學(xué)工程基礎(chǔ)、工程管理、電工電子學(xué)、土建基礎(chǔ)等方面的知識；經(jīng)濟管理知識，包括經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)等方面的知識；第6頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月專業(yè)知識，包括工程流體力學(xué)、工程制圖、電工學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)理論知識和水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢物管理、物理性污染控制工程、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境評價、環(huán)境規(guī)劃和管理、生態(tài)工程等專業(yè)知識。第7頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月是指為環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，把“社會－經(jīng)濟－環(huán)境”作為一個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)社會經(jīng)濟規(guī)律、生態(tài)規(guī)律和地學(xué)原理，對其發(fā)展變化趨勢進行研究而對人類自身活動和環(huán)境所做的時間和空間的合理安排。環(huán)境規(guī)劃第8頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境規(guī)劃的作用

促進環(huán)境與經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展；保障環(huán)境保護活動納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃；合理分配排污削減量、約束排污者的行為；以最小的投資獲得最大的環(huán)境效益；實行環(huán)境管理目標(biāo)的基本依據(jù)。

第9頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月水圈大氣圈巖石圈土圈生物圈環(huán)境環(huán)境系統(tǒng)第10頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)分析環(huán)境系統(tǒng)第11頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)分析是對研究對象進行有目的、有步驟的探索和研究過程,它運用科學(xué)的方法和工具,確定一個系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能和相應(yīng)的環(huán)境條件,以確定實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的最佳方案。第12頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境系統(tǒng)分析以模型化為手段描述環(huán)境系統(tǒng)的特征，模擬和揭示環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展與變化規(guī)律及其與經(jīng)濟系統(tǒng)之間相互依存、相互制約的關(guān)系，環(huán)境系統(tǒng)分析第13頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境系統(tǒng)分析它是數(shù)學(xué)模擬、系統(tǒng)分析和計算機技術(shù)同環(huán)境污染控制技術(shù)的結(jié)合。

第14頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月三峽大壩建成以后，庫區(qū)水質(zhì)將如何變化一直是社會各界廣泛關(guān)注的環(huán)境問題之一。利用一維水流水質(zhì)運動規(guī)律。模擬預(yù)測三峽水庫建成以后庫區(qū)不同江段平均水質(zhì)變化趨勢提供技術(shù)支持。

第16頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月維多利亞港位于香港和九龍之間，是香港的中心港區(qū)。港區(qū)周圍是香港最繁華的金融、商業(yè)貿(mào)易區(qū)和居民區(qū)，舊工業(yè)區(qū)也分布在港區(qū)周圍。據(jù)報道，環(huán)繞著維多利亞港居住著400多萬人口，每天有近200萬t的工業(yè)和城市污水通過污水管道和排洪溝進入港內(nèi)及其周圍海區(qū)，使港內(nèi)水質(zhì)逐年下降。港內(nèi)水體溶解氧飽和率較低，水體處于富營養(yǎng)狀態(tài)，富營養(yǎng)化現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

第18頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

隨著城市規(guī)模不斷擴大，某市提出了擴大城市污水處理廠的兩個方案,一是建設(shè)一個大型污水處理廠,另一個方案是先建設(shè)一個小型污水處理廠,如果城市規(guī)模發(fā)展迅速,3年后,再擴建;否則,維持現(xiàn)狀。兩個方案的污水處理廠的使用期都是10年。建設(shè)大型污水處理廠需要投資600萬元;建設(shè)小型污水處理廠需要投資280萬元,如需擴建則需追加投資400萬元。選出該城市未來合理的污水處理決策方案。

第19頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月滿堂河人工濕地出水回灌含水層總氮第23頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)本課程的目的1建立和強化系統(tǒng)意識2掌握系統(tǒng)分析方法學(xué)3培養(yǎng)利用系統(tǒng)分析方法解決環(huán)境問題的能力，提高科學(xué)預(yù)測和決策水平第28頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月怎樣建立和強化系統(tǒng)意識?先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程；先看長遠(yuǎn)，再看當(dāng)前。第29頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么掌握系統(tǒng)分析方法學(xué)?

系統(tǒng)分析方法已經(jīng)滲透到經(jīng)濟、社會生活的幾乎所有領(lǐng)域。應(yīng)用數(shù)學(xué)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,為系統(tǒng)分析學(xué)科的發(fā)展和進步奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ),環(huán)境保護事業(yè)的需求則為環(huán)境系統(tǒng)分析提供了發(fā)展的動力。第30頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月怎樣來實現(xiàn)利用系統(tǒng)分析方法解決環(huán)境問題的能力，提高科學(xué)預(yù)測和決策水平？要盡可能地運用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工具進行定量計算。第31頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月如何學(xué)好本課程？對于本學(xué)科的學(xué)習(xí),需要具備環(huán)境科學(xué)與工程、數(shù)學(xué)分析、最優(yōu)化方法和運籌學(xué)、計算數(shù)學(xué)以及計算機應(yīng)用的基礎(chǔ)知識。13掌握廣泛的相關(guān)學(xué)科的知識,從實踐中吸收豐富的養(yǎng)料,全面提高系統(tǒng)分析人員自身的素養(yǎng),是一個好的系統(tǒng)分析師不可或缺的。2現(xiàn)代環(huán)境系統(tǒng)分析的特點是提高解決問題的確定性,減少隨意性。有賴于系統(tǒng)分析人員的深刻洞察力和豐富的經(jīng)驗,第32頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月考核方式

期末采用閉卷考試。其成績的比重占總成績的70%。期末考試70%要求學(xué)生能模擬預(yù)測地下水和河流水質(zhì)，增加學(xué)生自主編程能力，解決“線性規(guī)劃”和“運籌學(xué)”問題。實驗10%出勤作業(yè)平時20%第33頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月本教程講授內(nèi)容第三章環(huán)境質(zhì)量基本模型第二章數(shù)學(xué)模型概論第一章環(huán)境系統(tǒng)分析概論第34頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章內(nèi)陸水體水質(zhì)模型

第五章河口及近岸海域水質(zhì)模型第六章流域非點源模型第七章大氣質(zhì)量模型第八章環(huán)境質(zhì)量評價方法與模型模型篇第35頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)境規(guī)劃決策篇水環(huán)境規(guī)劃大氣環(huán)境規(guī)劃環(huán)境決策分析第九章第十章第十一章第36頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章環(huán)境系統(tǒng)分析概論A§1、系統(tǒng)及其特征B§2、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化C§3、系統(tǒng)分析D§4、環(huán)境系統(tǒng)分析本章內(nèi)容第37頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)系統(tǒng)及其特征

一、系統(tǒng)的定義與分類

1、定義系統(tǒng)是由兩個或兩個以上相互獨立又相互制約、執(zhí)行特定功能的元素組成的有機整體。系統(tǒng)元素又可稱為子系統(tǒng)，而每個子系統(tǒng)又包含若干各更小的子系統(tǒng)；同樣，每一個系統(tǒng)又是一個比它更大的系統(tǒng)的子系統(tǒng)。

第38頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月從系統(tǒng)的定義可以歸納出系統(tǒng)的要點：①一個系統(tǒng)包含兩個或兩個以上的元素；②系統(tǒng)元素之間相互獨立又相互制約；③各個元素組成一個整體，執(zhí)行特定的功能。第39頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、分類

現(xiàn)實世界中的系統(tǒng)各種各樣，為了便于研究，可以按照一定的規(guī)則將它們分類。按系統(tǒng)的成因，可以分為自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)。按狀態(tài)的時間過程特征，可以分為動態(tài)系統(tǒng)和穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。按系統(tǒng)與周圍環(huán)境的關(guān)系，可以分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)。同一個系統(tǒng)可以按照不同的方法分類，從而同一個系統(tǒng)可以屬于不同的類別。例如環(huán)境污染控制系統(tǒng)既是復(fù)合系統(tǒng)，也是動態(tài)系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。第40頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月特征目的性階層性集合性整體性相關(guān)性環(huán)境適應(yīng)性二、系統(tǒng)的特性第41頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)是為追求一定的目的而建立的,復(fù)雜系統(tǒng)往往是一個多目的系統(tǒng)。而系統(tǒng)目的可以分解為多層次的目標(biāo),構(gòu)成一個目標(biāo)體系。實現(xiàn)全部的系統(tǒng)目標(biāo),就等于實現(xiàn)了系統(tǒng)目的。1.目的性第42頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

子系統(tǒng)或者系統(tǒng)元素在系統(tǒng)中是按照一定的層次結(jié)構(gòu)排列的,組成一定的遞階結(jié)構(gòu),每一個子系統(tǒng)或系統(tǒng)元素的位置是按照系統(tǒng)的功能確定的。由于子系統(tǒng)或系統(tǒng)元素在系統(tǒng)中的作用差別,使它們之間形成如下3種關(guān)系。

3.階層性第43頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)圖第44頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)或元素之間存在著聯(lián)系和相互作用,沒有聯(lián)系和相互作用的元素不會存在于一個系統(tǒng)之中,每一個元素的變化都會對其他元素產(chǎn)生影響。這些聯(lián)系和作用有的相互促進,有的相互制約,有的相互拮抗。

4.相關(guān)性第45頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)的整體性體現(xiàn)了一個系統(tǒng)作為一個有機整體的特征。組成系統(tǒng)的各個元素雖然各自具有不同的特性,但它們都是根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求而構(gòu)成一個總體的,因此即使每一個元素都不很完善，但也可能組合出一個具有良好功能的系統(tǒng)。反之即使每一個元素都具有良好的性能,如果它的整體結(jié)合性很差,就不可能構(gòu)成一個性能優(yōu)良的總系統(tǒng)。

系統(tǒng)整體性要求系統(tǒng)中的所有子系統(tǒng)或系統(tǒng)元素要服從一定的結(jié)合方式,追求系統(tǒng)目標(biāo)的最優(yōu)。

5.整體性第46頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)目標(biāo)的實現(xiàn)不僅取決于系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),還取決于它的外部條件。系統(tǒng)只有在滿足環(huán)境約束的條件下,才能取得滿意的效果。不能適應(yīng)外部環(huán)境變化的系統(tǒng),是沒有生命力的系統(tǒng)。

6.環(huán)境適應(yīng)性第47頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1.系統(tǒng)的各種特征在模型化和最優(yōu)化過程中各起什么作用?整體性特征是構(gòu)造系統(tǒng)模型的出發(fā)點,只有那些與系統(tǒng)有關(guān)的元素及其變量才能進入模型;

相關(guān)性特征是識別模型內(nèi)部各元素之間的關(guān)系,是構(gòu)成系統(tǒng)模型的基礎(chǔ);

思考題第48頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月目的性特征則是建立系統(tǒng)目標(biāo)和目標(biāo)體系的指導(dǎo)和依據(jù);階層性特征表明模型中各個變量的層次關(guān)系,是辨別變量重要性的依據(jù);環(huán)境適應(yīng)性則為建立系統(tǒng)外部約束條件提供了基礎(chǔ)。第49頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

“阿波羅登月計劃”總負(fù)責(zé)人韋伯博士認(rèn)為，我們沒有使用一項別人沒有的技術(shù)。阿波羅登月飛船的每件東西都是原來已有的科學(xué)技術(shù)短程的物化，都有其特殊的功能，但就其單項技術(shù)來說，它的任何一個部件都不具有上天的功能，然而登月飛船卻具有了宇宙飛行的功能。請你根據(jù)所學(xué)的系統(tǒng)知識，談?wù)勀銓@段話的理解。分析題1第50頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1）整體性是系統(tǒng)的最基本特性。2）系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素的簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的。3）系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)各部分的功能之和。4）阿波羅登月飛船是一個整體，雖然每一個部件不具有上天的功能，但是它們按照一定的結(jié)構(gòu)形成一個整體，就具有了飛船的功能。第51頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月請看故事：猴子和鹿比本領(lǐng)，看誰先摘到小河對岸那棵大樹上的桃子。比賽開始，小鹿順利地過了河，可來到大樹下，卻怎么也夠不到桃子，在那里干著急。而小猴也因為不會游泳只能在河邊打轉(zhuǎn)。最后，還是小猴想出了辦法，他對小鹿說：“兄弟，現(xiàn)在咱們誰都無法摘到桃子，就不用比賽了，不過你回來馱我過河，讓我去摘桃子吧?！焙髞韮扇艘勒蘸镒拥姆椒ü餐瓿闪苏易拥娜蝿?wù)。上面的故事可以用系統(tǒng)的觀點加以說明，請你分析上面的故事。分析題2第52頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月猴子和鹿在各自獨立的狀態(tài)下都沒有摘桃子的能力，當(dāng)它們相互配合構(gòu)成一個整體成為一個系統(tǒng)之后，卻能夠形成摘桃子的能力。這里可以用系統(tǒng)的整體性來解釋：系統(tǒng)的各個要素由于相互的聯(lián)系、作用、配合、甚至制約形成一個整體，同時整體產(chǎn)生了要素不具備的新功能。分析：第53頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化旨在研究系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間的分布規(guī)律和分布秩序,為系統(tǒng)模型化奠定基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)模型解析法是研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的有效工具。第54頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)模型解析法是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的常用方法。結(jié)構(gòu)模型解析法從一堆雜亂的元素入手,通過構(gòu)建有向連接圖、相鄰矩陣、可達性矩陣以及對矩陣的區(qū)域分解和級間分解,確定各子系統(tǒng)在系統(tǒng)中的位置,建立系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)模型a第55頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、有向連接圖

如果一個系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)（或元素）構(gòu)成，每個子系統(tǒng)之間的關(guān)系由帶有箭頭的邊表示，這個系統(tǒng)的圖形就構(gòu)成了有向連接圖。

有向連接圖一、有向連接圖、相鄰矩陣和可達性矩陣4632157第56頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

用以表示有向連接圖中各個元素之間連接狀態(tài)的矩陣稱為相鄰矩陣（A）。相鄰矩陣的元素可以定義為如下：2、相鄰矩陣第57頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月可達性矩陣（M）是用矩陣形式來反映有向連接圖各元素間通過一定路徑可以到達的程度。可達性矩陣可以用相鄰矩陣加上單位矩陣（Ⅰ）經(jīng)過一定運算后獲得。令

3、可達性矩陣第58頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月可達性矩陣反映了系統(tǒng)各元素之間的聯(lián)系，通過對可達性矩陣的區(qū)域分解和級間分解可以求得系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)。

第59頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月二、區(qū)域分解根據(jù)元素之間的關(guān)系，將元素分解成不同的區(qū)域，不同區(qū)域之間的元素是沒有關(guān)系的。第60頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月三、級間分解級間分解是對同一區(qū)域內(nèi)的元素進行分級分解，也就是對各個元素排序。第61頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

所謂求解結(jié)構(gòu)模型，就是建立系統(tǒng)的多級遞階結(jié)構(gòu)矩陣A’，根據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣可以繪制系統(tǒng)多級遞階結(jié)構(gòu)圖。第62頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)系統(tǒng)分析一、基本概念

系統(tǒng)分析是對研究對象進行有目的、有步驟的探索和研究過程,它運用科學(xué)的方法和工具,確定一個系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能和相應(yīng)的環(huán)境條件,以確定實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的最佳方案。

第63頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)分析的最大特點是追求總體目標(biāo)的最優(yōu)。為了追求總體目標(biāo)最優(yōu)，有時有必要放棄局部目標(biāo)或子系統(tǒng)目標(biāo)的最優(yōu)。一個系統(tǒng)的總體目標(biāo)最優(yōu)是通過對系統(tǒng)的反復(fù)分解、綜合和協(xié)調(diào)實現(xiàn)的。第64頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、系統(tǒng)分析的發(fā)展系統(tǒng)分析適用于解決復(fù)雜問題的理論和方法，是對復(fù)雜問題進行全面的、互相聯(lián)系的和發(fā)展的研究，系統(tǒng)分析的目標(biāo)是追求系統(tǒng)的整體最優(yōu)。作為一門學(xué)科，系統(tǒng)分析開創(chuàng)于20世紀(jì)40～50年代。但是系統(tǒng)分析思想和方法的運用可以追溯到久遠(yuǎn)的古代，在樸素的系統(tǒng)思想指導(dǎo)下，人類曾經(jīng)作出巨大的成績。第65頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

20世紀(jì)30年代，英國科學(xué)家在研究軍事戰(zhàn)略過程中逐步發(fā)展起來的“運籌學(xué)”可以說是現(xiàn)代系統(tǒng)分析學(xué)科的發(fā)端。

20世紀(jì)40年代初，美國電話電信公司（貝爾）正式啟用“系統(tǒng)工程”一詞，系統(tǒng)科學(xué)在規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)和管理領(lǐng)域得到飛速的發(fā)展。1947年，奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲創(chuàng)立了“普通系統(tǒng)論”。貝塔朗菲指出普通系統(tǒng)論給各門學(xué)科帶來新的研究動力和新的方法，溝通了自然科學(xué)與社會科學(xué)、技術(shù)科學(xué)與人文科學(xué)之間的聯(lián)系，促進了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。同時，計算機技術(shù)的發(fā)展又促進了系統(tǒng)科學(xué)的擴張。

第66頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月魚嘴飛沙堰寶瓶口第67頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月形成于殷商之際的《周易》把世界看成是由天（乾）、地（坤）、雷（震）、火（離）、風(fēng)（巽）、澤（兌）、水（坎）、山（艮）等8種自然成分組成的整體。

第68頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月中國古代的“五行說”把自然界中的金、木、水、火、土五種成分看作是世界的本原，并認(rèn)為這五種基本要素按照相生相克的規(guī)律，制約著自然界和社會運動的變化。第69頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月道家的“道（即規(guī)律）生一、一生二、二生三、三生萬物”也包含了系統(tǒng)要素由簡單到復(fù)雜的相互作用過程的思想。

第70頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

中國中醫(yī)的“經(jīng)絡(luò)說”把人體看作是由12條經(jīng)脈、365條脈絡(luò)縱橫交錯形成的整體，疾病就是脈絡(luò)不通暢、氣血運行不協(xié)調(diào)造成的，醫(yī)生的責(zé)任就是疏通脈絡(luò)。中醫(yī)的“臟腑說”更是把人體看成是由五臟（心、脾、肺、腎、肝）六腑（膽、胃、大腸、小腸、膀胱、三焦）構(gòu)成的統(tǒng)一整體，他們各自的位置和功能不同又彼此聯(lián)系，共同制約著人體的健康第71頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月田忌賽馬

戰(zhàn)國初期，齊國的國王要求大臣田忌和他賽馬，規(guī)定各人從自己的上馬（即頭等馬）、中馬、下馬中各選一匹馬來比賽，并且說好每輸一匹馬就得支付一千兩銀子給獲勝者。當(dāng)時齊王的馬比田忌的馬強，似乎田忌要輸三千兩銀子了。但田忌的謀士們給田忌出主意：上馬雖不及齊王的上馬，但卻強于齊王的中馬，因此用上馬與齊王的中馬比賽，同理用中馬與齊王的下馬比賽，而用下馬與齊王的上馬比賽。比賽結(jié)果田忌反贏得一千兩銀子。第72頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月丁謂修宮宋真宗大中祥符年間，大內(nèi)失火，一夜之間，大片宮室樓臺、殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復(fù)這些宮殿，宋真宗挑選了善于思考的晉國公丁謂負(fù)責(zé)。當(dāng)時，要完成這項重大建筑工程，需要解決一系列相關(guān)難題：一是取土困難，因為要到郊區(qū)去取土，路途太遠(yuǎn)；二是與此相關(guān)的物資運輸問題難于解決，這不光是運土問題，還要運輸大量其它材料；三是大片廢墟垃圾的處理問題。丁謂運籌規(guī)劃，制定了高明的施工方案。第73頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月首先下令“鑿?fù)ㄡ槿⊥痢?，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，挖出的土作為施工用土。這樣一來，取土問題就舍遠(yuǎn)求近地就地解決了。第二步，再把宮外的汴水引入新挖的大溝中，“引諸道竹木筏排及船運雜材，盡自塹中入至宮門”。這樣，又解決了大批木材、石料的運輸問題。待建筑運輸任務(wù)完成之后，再排除塹水，把工地所有垃圾倒入溝內(nèi)，重新填為平地。第74頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單歸納起來，就是這樣一個過程：挖溝（取土）－

引水入溝（運輸）－

填溝（處理垃圾）。此方案不僅取得了“一舉而三役濟”的效果，而且“省費以億萬計”，還大大縮短了工期。丁謂所設(shè)計的方案，其思想與如今運籌學(xué)中的統(tǒng)籌方法是一致的。第75頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月丁謂修復(fù)皇宮的方案為什么會成為我國古代運用系統(tǒng)思想和方法的著名范例？

解答：丁謂運用了系統(tǒng)分析的基本方法。把燒磚、運輸建筑材料和處理廢墟三項繁重的工程任務(wù)看成一個整體中的相關(guān)部分，加以協(xié)調(diào)處理，從而找到獲得最佳效果的方案，節(jié)省了大量勞力、費用和時間,一舉三得。

第76頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)分析是一個方法學(xué)上的概念，其方法體系的基礎(chǔ)是運用各種數(shù)學(xué)方法、計算機技術(shù)和控制學(xué)理論來實現(xiàn)系統(tǒng)的模型化和最優(yōu)化。系統(tǒng)分析的基本特點如下：1、研究方法上的整體化整體化的重要表現(xiàn)是將研究對象和研究過程都看作一個整體。2、技術(shù)應(yīng)用上的綜合化系統(tǒng)科學(xué)致力于綜合運用各種學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域所獲得的成果，它們之間的相互配合可以使系統(tǒng)達到整體優(yōu)化。三、系統(tǒng)分析的特征第77頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、管理上的科學(xué)化

一個復(fù)雜的大規(guī)模工程往往存在兩個并行的過程，一個是工程技術(shù)過程，一個是對工程技術(shù)的控制過程。后一個過程包括規(guī)劃、組織、進度控制、方案分析、比較和決策等，統(tǒng)稱為管理。只有先進的、科學(xué)的管理，才能充分發(fā)揮技術(shù)的效能。第78頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月四、系統(tǒng)分析的基本原理和方法

1整體性5環(huán)境適應(yīng)性3階層性2最優(yōu)性4動態(tài)性系統(tǒng)分析過程必須遵循原理第79頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、整體性原理是指構(gòu)成系統(tǒng)的各個元素是以系統(tǒng)最優(yōu)為總目標(biāo)結(jié)合在一起的,各個元素的狀態(tài)及狀態(tài)之間的聯(lián)系都必須服從這一總目標(biāo),整體性原理是系統(tǒng)分析最主要、最基本的原理。第80頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、最優(yōu)性原理是指系統(tǒng)分析的結(jié)果應(yīng)力求系統(tǒng)的最優(yōu)解,通過調(diào)整各元素之間的相互關(guān)系來尋求系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu);3、階層性原理是指任何一個系統(tǒng)都存在著層次結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)形成了系統(tǒng)內(nèi)部各元素的主次和重要性程度,是形成有序系統(tǒng)的重要依據(jù);

第81頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月4、動態(tài)性原理是指一個系統(tǒng)總是處在不斷運動發(fā)展之中,必須用發(fā)展的觀點來探尋系統(tǒng)的最優(yōu)解;5、環(huán)境適應(yīng)性原理是指一個系統(tǒng)總是處在外部環(huán)境的約束之中,只有適應(yīng)環(huán)境才能生存和發(fā)展,環(huán)境適應(yīng)性是建立系統(tǒng)約束的重要依據(jù)。第82頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月五、系統(tǒng)分析的步驟

系統(tǒng)分析過程除了要求解決研究對象的具體技術(shù)問題之外，著重研究和揭示各個要素之間的有機聯(lián)系，協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個要素之間的關(guān)系，以達到系統(tǒng)總目標(biāo)最優(yōu)的目的。第83頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、明確問題

主要明確研究對象的范圍（包括空間和時間范圍）和性質(zhì)以及它們與周圍環(huán)境之間的關(guān)系。2、設(shè)立目標(biāo)一般來說，目標(biāo)就是決策者希望達到的理想境界。系統(tǒng)分析過程一般包含下述步驟第84頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、收集資料

包括收集必要的歷史資料和現(xiàn)場實際調(diào)查資料。有兩個方面的資料需要著重準(zhǔn)備：一是為了建立系統(tǒng)模型所需要的系統(tǒng)自身的資料；二是對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生約束的系統(tǒng)外部環(huán)境資料。第85頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月4、建立模型

利用數(shù)學(xué)模型對環(huán)境狀態(tài)或決策方案進行模擬，存優(yōu)舍劣，是系統(tǒng)分析的主要特征。在系統(tǒng)分析過程中，通常要用到兩類模型：對環(huán)境系統(tǒng)進行模擬的模擬模型，對環(huán)境保護系統(tǒng)進行決策分析的決策模型。第86頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月5、制定系統(tǒng)評估標(biāo)準(zhǔn)

評估標(biāo)準(zhǔn)是針對指標(biāo)體系中的評價指標(biāo)確定的。6、綜合分析

綜合分析的核心是建立解決問題的方案和替代方案，對方案的性能特征以及環(huán)境經(jīng)濟效應(yīng)進行全面分析、比較，確定優(yōu)選的推薦方案是綜合分析的主要任務(wù)。第87頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

①若所能支付的費用已經(jīng)確定，則選擇在此費用下效益最大的方案；②若效益標(biāo)準(zhǔn)已定，則選擇實現(xiàn)既定效益所需費用最低的方案；③若費用和效益都沒有既定目標(biāo)，可以選擇效益費用比最大的方案；④對于多目標(biāo)問題，要通過對各個目標(biāo)的協(xié)調(diào)分析決定方案的優(yōu)劣。在綜合分析時，下述策略常常被采用：第88頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月澳門大橋是一座雙向四車道（中間用欄桿隔離）的現(xiàn)代化大橋，連接了二個島嶼之間的交通，絕大部分居民都居住在A島，工作在B島，早晨上班時汽車大多數(shù)從A島向B島行駛，晚上下班時汽車又大多從B島向A島行駛，結(jié)果造成早晨A島到B島，晚上B島到A島的單向交通十分擁擠，澳門政府為了解決這個問題，向市民征求意見，最后一個小學(xué)六年級的學(xué)生的方案被采用了。

分析思考題1第89頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月你如何解決這個單向的交通擁擠問題？請?zhí)岢鼋鉀Q這一問題的幾種途徑，并選擇一種最經(jīng)濟、最有效可行、最容易實現(xiàn)的辦法，運用系統(tǒng)分析方法，分步驟說明你分析思考的過程。第90頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1、明確問題、設(shè)立目標(biāo)：

解決上下班交通擁擠，要求經(jīng)濟、容易實現(xiàn)、有可行性。第91頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月2、收集資料、制定立案：方案：（1)、新建一座大橋。(2)、停用私家車，采用公交車上下班。(3）、采用活動欄桿，早晨上班A島到B島加寬到三車道，B島到A島縮小為一車道，晚上下班時相反。第92頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、分析計算、評價比較：

方案一：新建一座大橋，投資大、工期長、不可行。方案二：采用公交車上下班，能解決交通擁擠，但停用私家車不現(xiàn)實，也不可行。方案三：采用活動欄桿，無需投資，并保持原有交通方式，又能解決交通擁擠，方案可行。

第93頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)反復(fù)論證和試行，方案三行之有效，最終采用。4、檢驗核實、作出決策：第94頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月某中學(xué)設(shè)有兩個學(xué)生食堂，正常情況下每個食堂的就餐人數(shù)是500人。近兩年，隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴大，就餐人數(shù)隨之增加，每個食堂就餐人數(shù)達到670人左右，每到中午就餐時間，學(xué)生們排著長隊等待就餐。分析思考題2第95頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月如何減少學(xué)生就餐排隊時間？請?zhí)岢鼋鉀Q這一問題的幾種途徑，并選擇一種經(jīng)濟、最有效可行、最容易實現(xiàn)的辦法，運用系統(tǒng)分析方法，分步驟說明你分析思考的過程。第96頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)分析：

1、明確問題、設(shè)立目標(biāo)：解決就餐時的排隊，要求經(jīng)濟、容易實現(xiàn)、有可行性。

2、收集資料、制定方案：方案：1）新建一個學(xué)生食堂。2）不同年級學(xué)生的下課時間錯開10分鐘。3）在就餐時間增加食堂的窗口和工作人員。

第97頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月3、分析計算、評價比較：方案一：新建一個學(xué)生食堂，投資大、工期長、不可行。方案二：不同年級學(xué)生的下課時間錯開10分鐘，無需投資，方案可行。方案三：在就餐時間增加食堂的窗口和工作人員，增加食堂的窗口和工作人員，也受到空間的限制，增加開支的限制。4、檢驗核實、作出決策：經(jīng)反復(fù)論證和試行，方案2行之有效，最終采用。第98頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)模型化就是用數(shù)學(xué)符號來表達研究對象的各個部分及其聯(lián)系，表達系統(tǒng)的功能、價值及各個價值之間的關(guān)系。在系統(tǒng)分析中對模型有如下要求：⑴、現(xiàn)實性現(xiàn)實性是指模型能夠以一定的精度和準(zhǔn)確性反映系統(tǒng)的實際情況。⑵、簡潔性在現(xiàn)實性的基礎(chǔ)上，盡量使模型簡單明了，以節(jié)省模型建立和求解的時間與費用，并且易于推廣應(yīng)用。⑶、適應(yīng)性模型對于外部條件的變化應(yīng)該具有一定的應(yīng)變能力，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境進行調(diào)節(jié)。六、系統(tǒng)模型化第99頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)最優(yōu)化是系統(tǒng)綜合最重要的方法和手段之一。系統(tǒng)最優(yōu)化通常通過最優(yōu)化模型實現(xiàn)。最優(yōu)化方法很多，要根據(jù)問題的性質(zhì)和條件選用。線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)與圖論等最優(yōu)化技術(shù)在環(huán)境規(guī)劃、污染控制過程仿真等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。。

七、系統(tǒng)最優(yōu)化第100頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂大系統(tǒng)，是指規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種工程或非工程系統(tǒng)。大系統(tǒng)所關(guān)心的目標(biāo)不是單個的指標(biāo)。解決大系統(tǒng)問題的“巧妙”方法是將大系統(tǒng)分解成許多子系統(tǒng)，子系統(tǒng)與上一級父系統(tǒng)之間保持聯(lián)系八、大系統(tǒng)的分解協(xié)調(diào)第101頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月九、系統(tǒng)分析與系統(tǒng)工程

“系統(tǒng)工程”一詞是20世紀(jì)50年代提出來的，它是合理開發(fā)、設(shè)計和運行一個系統(tǒng)而采用的思想和方法的總稱。從方法學(xué)范疇，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)工程屬于相同的概念，它們都是力圖全面地、發(fā)展地和互相聯(lián)系地分析研究問題。

如果把一件事情或一項工程從構(gòu)思到實施完成的整個過程稱為系統(tǒng)工程的話，系統(tǒng)分析可以被看作系統(tǒng)工程的一部分。第102頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月計劃準(zhǔn)備明確目標(biāo)系統(tǒng)模型化系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)評估系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)實施系統(tǒng)分析階段系統(tǒng)工程第103頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)環(huán)境系統(tǒng)分析一、發(fā)展概況

1959～1962年，美國在特拉華河口的污染控制規(guī)劃研究中全面應(yīng)用了水環(huán)境質(zhì)量模型、決策方案的多目標(biāo)分析和綜合決策方法，可以說是系統(tǒng)分析在環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用的開端。第104頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月1972年，美國人瑞奇首次以《環(huán)境系統(tǒng)工程》為名發(fā)表專著，闡述了環(huán)境工程過程及其與環(huán)境之間的關(guān)系。我國于20世紀(jì)80年代以后開始對現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法進行研究。第105頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月二、環(huán)境系統(tǒng)的分類與組成在研究人與環(huán)境這個矛盾統(tǒng)一體時，把由兩個或兩個以上的與環(huán)境及人類活動相關(guān)的要素組成的有機整體稱為環(huán)境系統(tǒng)。按照不同的分類方法，可以得到不同類型的環(huán)境系統(tǒng)。第106頁，課件共116頁，創(chuàng)作于2023年2月分類方法系統(tǒng)名稱環(huán)境系統(tǒng)尺度環(huán)境系統(tǒng)邊界環(huán)境系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)環(huán)境保護對象環(huán)境管理功能污染源污染物