環(huán)境系統(tǒng)分析概論第1頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一對環(huán)境工程人才的知識結構和能力的要求

環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)應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)、文學藝術修養(yǎng)、現(xiàn)代意識、人際交往意識；

第2頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一具備良好的科學素質(zhì)和工程素質(zhì)。

科學素質(zhì)包括科學思維方法、科學研究方法、求實創(chuàng)新意識、科學素養(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一在能力方面，要求畢業(yè)生具備良好的自學能力、表達能力、設計能力、計算機及科學技術應用能力；具備良好的綜合運用知識解決問題能力、綜合試驗能力、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)新試驗能力、科技開發(fā)能力、科學研究能力。第4頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

在知識結構上，要求畢業(yè)生具備工具性知識，包括外語、計算機及信息技術應用、文獻檢索、方法論、科技方法、科技寫作等方面的知識；人文社會科學知識，包括法學、文學、歷史學、哲學、思想道德、政治學、藝術、社會學、心理學等方面的知識；第5頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一自然科學知識，即數(shù)學、物理學、化學、生命科學、環(huán)境科學等方面的知識；工程技術知識，包括工程制圖、工程力學、化學工程基礎、工程管理、電工電子學、土建基礎等方面的知識；經(jīng)濟管理知識，包括經(jīng)濟學、管理學等方面的知識；第6頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一專業(yè)知識，包括工程流體力學、工程制圖、電工學、環(huán)境微生物學、生態(tài)學等專業(yè)基礎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，共116頁，2023年，2月20日，星期一是指為環(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一環(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)境管理目標的基本依據(jù)。

第9頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一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，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)分析環(huán)境系統(tǒng)第11頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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,它運用科學的方法和工具,確定一個系統(tǒng)所應具備的功能和相應的環(huán)境條件,以確定實現(xiàn)系統(tǒng)目標的最佳方案。第12頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一環(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、相互制約的關系，環(huán)境系統(tǒng)分析第13頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一環(huán)境系統(tǒng)分析它是數(shù)學模擬、系統(tǒng)分析和計算機技術同環(huán)境污染控制技術的結合。

第14頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一三峽大壩建成以后，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)變化趨勢提供技術支持。

第16頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一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，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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,一是建設一個大型污水處理廠,另一個方案是先建設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。建設大型污水處理廠需要投資600萬元;建設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，共116頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第21頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第22頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一滿堂河人工濕地出水回灌含水層總氮第23頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第25頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第26頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第27頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一學習本課程的目的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，提高科學預測和決策水平第28頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一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，再看當前。第29頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一為什么掌握系統(tǒng)分析方法學?

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域。應用數(shù)學和計算機技術的飛速發(fā)展,為系統(tǒng)分析學科的發(fā)展和進步奠定了理論與技術基礎,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，共116頁，2023年，2月20日，星期一怎樣來實現(xiàn)利用系統(tǒng)分析方法解決環(huán)境問題的能力，提高科學預測和決策水平？要盡可能地運用科學方法和數(shù)學工具進行定量計算。第31頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一如何學好本課程？對于本學科的學習,需要具備環(huán)境科學與工程、數(shù)學分析、最優(yōu)化方法和運籌學、計算數(shù)學以及計算機應用的基礎知識。13掌握廣泛的相關學科的知識,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，共116頁，2023年，2月20日，星期一考核方式

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%要求學生能模擬預測地下水和河流水質(zhì)，增加學生自主編程能力，解決“線性規(guī)劃”和“運籌學”問題。實驗10%出勤作業(yè)平時20%第33頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一本教程講授內(nèi)容第三章環(huán)境質(zhì)量基本模型第二章數(shù)學模型概論第一章環(huán)境系統(tǒng)分析概論第34頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第四章內(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一環(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一第一章環(huán)境系統(tǒng)分析概論A§1、系統(tǒng)及其特征B§2、系統(tǒng)的結構化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，共116頁，2023年，2月20日，星期一第一節(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一從系統(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一2、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)既是復合系統(tǒng)，也是動態(tài)系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。第40頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一特征目的性階層性集合性整體性相關性環(huán)境適應性二、系統(tǒng)的特性第41頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)是為追求一定的目的而建立的,復雜系統(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,構成一個目標體系。實現(xiàn)全部的系統(tǒng)目標,就等于實現(xiàn)了系統(tǒng)目的。1.目的性第42頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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構排列的,組成一定的遞階結構,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種關系。

3.階層性第43頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)的遞階結構圖第44頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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.相關性第45頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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,如果它的整體結合性很差,就不可能構成一個性能優(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合方式,追求系統(tǒng)目標的最優(yōu)。

5.整體性第46頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)目標的實現(xiàn)不僅取決于系統(tǒng)的整體結構,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)境適應性第47頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一1.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?整體性特征是構造系統(tǒng)模型的出發(fā)點,只有那些與系統(tǒng)有關的元素及其變量才能進入模型;

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

思考題第48頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一目的性特征則是建立系統(tǒng)目標和目標體系的指導和依據(jù);階層性特征表明模型中各個變量的層次關系,是辨別變量重要性的依據(jù);環(huán)境適應性則為建立系統(tǒng)外部約束條件提供了基礎。第49頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

“阿波羅登月計劃”總負責人韋伯博士認為，我們沒有使用一項別人沒有的技術。阿波羅登月飛船的每件東西都是原來已有的科學技術短程的物化，都有其特殊的功能，但就其單項技術來說，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)所學的系統(tǒng)知識，談談你對這段話的理解。分析題1第50頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一1）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構形成一個整體，就具有了飛船的功能。第51頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一請看故事：猴子和鹿比本領，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。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?。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，共116頁，2023年，2月20日，星期一猴子和鹿在各自獨立的狀態(tài)下都沒有摘桃子的能力，當它們相互配合構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，共116頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)系統(tǒng)的結構化

系統(tǒng)結構化旨在研究系統(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。結構模型解析法是研究系統(tǒng)結構化的有效工具。第54頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一結構模型解析法是系統(tǒng)結構化的常用方法。結構模型解析法從一堆雜亂的元素入手,通過構建有向連接圖、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)的遞階結構模型a第55頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一1、有向連接圖

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

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，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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，共116頁，2023年，2月20日，星期一可達性矩陣（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?？蛇_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，共116頁，2023年，2月20日，星期一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)的遞階結構。

第59頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一二、區(qū)域分解根據(jù)元素之間的關系，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系的。第60頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一三、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，共116頁，2023年，2月20日，星期一四、系統(tǒng)結構模型

所謂求解結構模型，就是建立系統(tǒng)的多級遞階結構矩陣A’，根據(jù)結構矩陣可以繪制系統(tǒng)多級遞階結構圖。第62頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第三節(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,它運用科學的方法和工具,確定一個系統(tǒng)所應具備的功能和相應的環(huán)境條件,以確定實現(xiàn)系統(tǒng)目標的最佳方案。

第63頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)分析的最大特點是追求總體目標的最優(yōu)。為了追求總體目標最優(yōu)，有時有必要放棄局部目標或子系統(tǒng)目標的最優(yōu)。一個系統(tǒng)的總體目標最優(yōu)是通過對系統(tǒng)的反復分解、綜合和協(xié)調(diào)實現(xiàn)的。第64頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

二、系統(tǒng)分析的發(fā)展系統(tǒng)分析適用于解決復雜問題的理論和方法，是對復雜問題進行全面的、互相聯(lián)系的和發(fā)展的研究，系統(tǒng)分析的目標是追求系統(tǒng)的整體最優(yōu)。作為一門學科，系統(tǒng)分析開創(chuàng)于20世紀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的古代，在樸素的系統(tǒng)思想指導下，人類曾經(jīng)作出巨大的成績。第65頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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

20世紀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)科學在規(guī)劃、設計、生產(chǎn)和管理領域得到飛速的發(fā)展。1947年，奧地利生物學家貝塔朗菲創(chuàng)立了“普通系統(tǒng)論”。貝塔朗菲指出普通系統(tǒng)論給各門學科帶來新的研究動力和新的方法，溝通了自然科學與社會科學、技術科學與人文科學之間的聯(lián)系，促進了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展。同時，計算機技術的發(fā)展又促進了系統(tǒng)科學的擴張。

第66頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一魚嘴飛沙堰寶瓶口第67頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一形成于殷商之際的《周易》把世界看成是由天（乾）、地（坤）、雷（震）、火（離）、風（巽）、澤（兌）、水（坎）、山（艮）等8種自然成分組成的整體。

第68頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一中國古代的“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，共116頁，2023年，2月20日，星期一道家的“道（即規(guī)律）生一、一生二、二生三、三生萬物”也包含了系統(tǒng)要素由簡單到復雜的相互作用過程的思想。

第70頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

中國中醫(yī)的“經(jīng)絡說”把人體看作是由12條經(jīng)脈、365條脈絡縱橫交錯形成的整體，疾病就是脈絡不通暢、氣血運行不協(xié)調(diào)造成的，醫(yī)生的責任就是疏通脈絡。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，共116頁，2023年，2月20日，星期一田忌賽馬

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。比賽結果田忌反贏得一千兩銀子。第72頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一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。為了修復這些宮殿，宋真宗挑選了善于思考的晉國公丁謂負責。當時，要完成這項重大建筑工程，需要解決一系列相關難題：一是取土困難，因為要到郊區(qū)去取土，路途太遠；二是與此相關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，共116頁，2023年，2月20日，星期一首先下令“鑿通衢取土”，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，共116頁，2023年，2月20日，星期一簡單歸納起來，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。丁謂所設計的方案，其思想與如今運籌學中的統(tǒng)籌方法是一致的。第75頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一丁謂修復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看成一個整體中的相關部分，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，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)分析是一個方法學上的概念，其方法體系的基礎是運用各種數(shù)學方法、計算機技術和控制學理論來實現(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、技術應用上的綜合化系統(tǒng)科學致力于綜合運用各種學科和技術領域所獲得的成果，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，共116頁，2023年，2月20日，星期一3、管理上的科學化

一個復雜的大規(guī)模工程往往存在兩個并行的過程，一個是工程技術過程，一個是對工程技術的控制過程。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、科學的管理，才能充分發(fā)揮技術的效能。第78頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一四、系統(tǒng)分析的基本原理和方法

1整體性5環(huán)境適應性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，共116頁，2023年，2月20日，星期一1、整體性原理是指構成系統(tǒng)的各個元素是以系統(tǒng)最優(yōu)為總目標結合在一起的,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,整體性原理是系統(tǒng)分析最主要、最基本的原理。第80頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一2、最優(yōu)性原理是指系統(tǒng)分析的結果應力求系統(tǒng)的最優(yōu)解,通過調(diào)整各元素之間的相互關系來尋求系統(tǒng)的最佳結構;3、階層性原理是指任何一個系統(tǒng)都存在著層次結構,這種結構形成了系統(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一4、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,只有適應環(huán)境才能生存和發(fā)展,環(huán)境適應性是建立系統(tǒng)約束的重要依據(jù)。第82頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一五、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系，以達到系統(tǒng)總目標最優(yōu)的目的。第83頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一1、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)境之間的關系。2、設立目標一般來說，目標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，共116頁，2023年，2月20日，星期一3、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，共116頁，2023年，2月20日，星期一4、建立模型

利用數(shù)學模型對環(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一5、制定系統(tǒng)評估標準

評估標準是針對指標體系中的評價指標確定的。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。第87頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

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若效益標準已定，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，可以選擇效益費用比最大的方案；④對于多目標問題，要通過對各個目標的協(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一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，最后一個小學六年級的學生的方案被采用了。

分析思考題1第89頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一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，共116頁，2023年，2月20日，星期一1、明確問題、設立目標：

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，共116頁，2023年，2月20日，星期一2、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，共116頁，2023年，2月20日，星期一3、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，共116頁，2023年，2月20日，星期一經(jīng)反復論證和試行，方案三行之有效，最終采用。4、檢驗核實、作出決策：第94頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一某中學設有兩個學生食堂，正常情況下每個食堂的就餐人數(shù)是500人。近兩年，隨著學校辦學規(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，學生們排著長隊等待就餐。分析思考題2第95頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一如何減少學生就餐排隊時間？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，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)分析：

1、明確問題、設立目標：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）新建一個學生食堂。2）不同年級學生的下課時間錯開10分鐘。3）在就餐時間增加食堂的窗口和工作人員。

第97頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一3、分析計算、評價比較：方案一：新建一個學生食堂，投資大、工期長、不可行。方案二：不同年級學生的下課時間錯開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)反復論證和試行，方案2行之有效，最終采用。第98頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)模型化就是用數(shù)學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確性反映系統(tǒng)的實際情況。⑵、簡潔性在現(xiàn)實性的基礎上，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，并且易于推廣應用。⑶、適應性模型對于外部條件的變化應該具有一定的應變能力，可以根據(jù)應用環(huán)境進行調(diào)節(jié)。六、系統(tǒng)模型化第99頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一系統(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)絡與圖論等最優(yōu)化技術在環(huán)境規(guī)劃、污染控制過程仿真等領域得到廣泛應用。。

七、系統(tǒng)最優(yōu)化第100頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一所謂大系統(tǒng)，是指規(guī)模龐大、結構復雜的各種工程或非工程系統(tǒng)。大系統(tǒng)所關心的目標不是單個的指標。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，共116頁，2023年，2月20日，星期一九、系統(tǒng)分析與系統(tǒng)工程

“系統(tǒng)工程”一詞是20世紀50年代提出來的，它是合理開發(fā)、設計和運行一個系統(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，共116頁，2023年，2月20日，星期一計劃準備明確目標系統(tǒng)模型化系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)評估系統(tǒng)設計系統(tǒng)實施系統(tǒng)分析階段系統(tǒng)工程第103頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一第四節(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)劃研究中全面應用了水環(huán)境質(zhì)量模型、決策方案的多目標分析和綜合決策方法，可以說是系統(tǒng)分析在環(huán)境保護領域應用的開端。第104頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一1972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)境之間的關系。我國于20世紀80年代以后開始對現(xiàn)代系統(tǒng)科學的理論和方法進行研究。第105頁，共116頁，2023年，2月20日，星期一二、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，共116頁，2023年，2月20日，星期一分類方法系統(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)組成結構環(huán)境保護對象環(huán)境管理功能污染