环境系统工程复习!!!!

第一章

掌握系统工程解决问题的基本步骤：

①系统地提出问题，明确其目标和范围；

②选择评价系统功能的指标或目标函数；

③明确系统的组成因素，提出各种可选用的方案；

④建立数学模式或进行数学模拟；

⑤分析模式特点，确定选优方法，使系统最优化；

⑥按选定的最优方案，建立环境污染控制系统。

掌握系统分析的过程方法：

分解和综合是系统分析的基本方法；

分解：研究和描述组成系统的各个要素的特征，掌握各要素的变化规律。

模型化过程，研究描述环境系统主要功能的逻辑模式(定性的)和数学模式(定量的)；

综合：研究各要素之间的联系和有机组合，达到系统的总目标最优。

最优化过程，利用数学模式进行最优化分析。

记住环境系统工程的定义：

定义：以环境质量的变化规律、污染物对人体和生态的影响、环境自净能力以及有关环

境工程技术原理为依据，

运用系统工程学的理论和方法，

研究如何建立起一个合理的环境污染预防/控制系统的数学模型，

并研究如何利用它来分析各种污染控制过程可调因素（或各种可替换方案）对环境目标或费用、能耗等的影响 ，

以及寻求最优决策方案。。

第二章

掌握数学模型的建立过程、方法：

分类：白箱模型（机理模型）、黑箱模型（经验模型）、灰箱模型（半机理半经验模型）

过程：数据收集-模型结构选择-参数估值-模型检验

参数的估计方法：图解法、一元线性回归、多元线性性回归、最优化法

模型的检验与验证：图形法、相关系数法、相对误差法

灵敏度分析：状态\\目标对参数的灵敏度、目标对状态的灵敏度

第三章

污染物在环境介质中的运动特征：

推流迁移、分散（分子扩散、湍流扩散、弥散）、衰减和转化

环境质量基本模型：

零维模型（认为排放的污染物或其他物质进入该环境单元后，很快混合均匀，单元内

污染物仅用一个平均浓度表示

个微小体积单元的质量平衡分析，得到一维模型。）、二维模型

）、一维模型（通过对一

基本模型的解析解：

零维模型稳定排放和非稳定排放：

零维模型稳态解：

稳态条件：如果环境介质处于均匀稳定的条件下，且污染源稳定排放，那么污染物在环境中的分布也将稳定，也就是污染物在某一空间位置的浓度不会随时间变化。

一维模型稳定排放（考虑和忽略弥散）和非稳定排放：

稳定排放：

ux4KDCC0expx112xux2Dx考虑弥散： QC1qC2KxCC0expCux0Qq忽略弥散： 一维流场中污染物分布特征（断面最大浓度及出现时间）：

xtux 断面处出现最大浓度的时间是：Cx,tMaxMAx2expkt相应的最大浓度值为：

二维流场中污染物分布特征（扩散羽、中心及岸边排放情况下污染物到达岸边及完成横向混合所需的纵向距离）

扩散羽：定义扩散羽的宽度为包含断面上95％的污染物总量的宽度，则扩散羽的宽度

为4y（岸边为2y）

污染物到达岸边的距离：

中心排放：0.0137uxB2xDy 岸边排放：0.055uxB2xDy 完成横向混合所需的距离：

中心排放：0.1uxB2xDy 岸边排放：0.4uxB2xDy 第四章

污染物在河流中的迁移转化过程

影响溶解氧变化的因素：污染物的生物化学分解；藻类呼吸作用；藻类光合作用；大气复氧

；底泥和底栖动物耗氧

饱和溶解氧的计算：

单一河段水质模型：

S-P基本模型：

基本假设：

（1）河流中BOD的衰减符合一级反应动力，反应速度定常；

（2）河流中的耗氧是由BOD衰减引起；

（3）溶解氧的来源是大气复氧。

托马斯模型：考虑了污染物的沉淀与再悬浮的影响，在S-P模型中引入沉淀作用对BOD去除的影响，其速度常数为ks

临界点的计算和应用：溶解氧含量最低，氧亏值最大，溶解氧浓度变化速度为零

dDKdLKaDc0dt

多河段水质模型

断面设置方法：

1. 在河流断面形状发生剧烈变化处，这种变化导致河流的流态（流速、流量、水深的分布等）发生相应的变化；

2. 在支流或污水汇入处（流量、流速及污染物浓度变化）；

3. 河流取水口处（流量、流速变化）；

4. 在码头、桥涵等便于采样处；

5. 在水文、水质监测断面等可共享水文水质资料的地方。

湖库水质模型

湖库水质特征：

1. 流速很低、停留时间长

数月~数年

2. 水生生态系统相对比较封闭

由于与外系统质量、能量交换较小，一般处于静水状态，其物理、化学、生物过程比较稳定。

3. 水温和水质分层分布

4. 湖泊或水库的边缘至中心，由于水深不同而产生明显的水生植物分层

5. 主要水质问题——富营养化

完全混合箱式模型：

沃伦威德尔模型，吉柯奈尔－迪龙模型

IcrsV平衡浓度和时间的计算：

CpCCpC0-CpexpsrtIC1RCLC1RCCIC1RCCIC1RCertCP0rVrVrVrh 富营养化判别方法：

（1）——富营养化水质标准

（2）——迪龙和瑞格勒方法

（3）——沃伦威德尔方法

（4）——沃伦威德尔和迪龙模型

其他模型：

河口水质影响：

地下水污染途径：通过包气带渗入；由集中通道直接注入；由地表水侧向渗入；含水层之间的垂直越流

重金属的迁移、释放

第五章

大气污染扩散特征分析：

影响扩散的主要气象要素：

气象要素

风向、风速（风对大气污染物起着输送和稀释扩散作用）、

湍流、

垂直温度梯度（波浪型（翻卷型）温度层结强烈递减，大气非常不稳定，气流上下混合剧烈，污染扩散良好。常出现在中午前后；圆锥型温度层接近中性。常出现在阴天或多云天气、阳光照射不强烈、风力较大时；扇型（平展型）温度层逆温。垂直方向对流受到抑制。常出现在冬、春季节微风的晴天午夜至清晨时间；屋脊型（上扬型）烟流的上部大气不稳定，下部稳定。常出现在日落前后；

漫烟型（熏烟型）烟流的上部大气稳定，下部不稳定。常出现在日出前后。）、混合层高度、降水、雾等

气温层结和大气稳定度的关系：

不稳定的层结

热力湍流得到加强，扩散能力提高，混入污染物中的空气增多，污染物浓度明显降低。

稳定的层结

造成大气湍流抑制，扩散不通畅，污染物的稀释和转移相对较慢。

混合层高度：地面热空气对流所能达到的高度

大气扩散模型概述

源强预测与有效源高计算：

点源扩散模型：

无边界瞬时、连续排放点源模型，高架连续点源扩散模型（地面、轴线、地面最大浓

uxHe2xCx,0,04EZ度及出现距离：maxCx,0,02QEzeuxH2Ey2QzeuxH2y、逆温、倾斜烟流模式）

线源和面源排放模型

线源（垂直、平行、角度、分段）、面源（虚拟点源在中心、前置、积分）、箱式（单箱模型平衡浓度：CpC0Qluh、多箱）

复杂条件下的大气质量模型

最大熏烟浓度成立条件：

第六章

水污染系统规划的组成和分类：1．污染物发生子系统 2．污水收集输送子系统3．污水处理与回用子系统4．接受水体子系统 ；

按层次分类：

1. 流域规划（总量控制）；

2. 区域规划

3. 设施规划

按照规划方法划分

1. 排放口处理最优规划（水质规划）

2. 均匀处理最优规划 （污水处理厂群规划）

3. 区域处理最优规划

水域环境容量和允许排放量计算

河流的环境容量、河流允许排放量（一维模型有/无混合区、二维模型）：

环境容量：一个环境单元在满足环境目标的前提下，所能接受的最大污染物量。

允许排放量：在环境容量的约束下，污染源的最大排放量。

无混合区：

GqC'Cs(qQ)C0Q

有混合区：

GqC'(Qq)Csekx/uxQC0

湖泊的环境容量和允许排放量

水污染系统的费用分析

污水处理规模经济效应：随着流量的增加，处理和运输单位污水的成本降低。费用与规模的这种关系称为污水处理和运输的规模效应

污水处理效率经济效应：单位污水处理费用随着处理效率的增加而增加。污水处理费用与处理效率之间的这种关系称为污水处理效率的经济效应。

“全部处理或全不处理”策略的基本原理：由于污水处理规模经济效应的存在，污水集中治理可节省投资，人力，用地，使设备保持较高的完好率和运转率

水污染系统最优规划方法

排放口处理最优规划、均匀处理最优规划和区域处理最优规划的原则

排放口处理最优规划的原则：排放口污水处理厂规模不变，位置不变（即污水管网不变），处理工艺或运行参数改变

均匀处理最优规划的原则：污水处理厂采用的污水处理工艺具有基本相同的污水处理效率

大气污染系统规划

情景分析法、比例下降模型、地面浓度控制和总量控制规划方法

1.系统的基本特性即系统的特点：相关性、目的性、环境适应性、集合性、阶层性、

整体性

2.系统分析的一般步骤：1明确问题；2设立目标；3收集资料；4建立模型；5综合分析6.系统设计和实施

3.环境系统工程的定义：是系统工程在环境保护中的具体应用，是对环境系统进行合理规划，设计和运行管理的思想，组织和技巧的总称，也是系统工程的一个专门分类

4.数学模型的制约：抽象简化不完全正确造成失真；系统复杂，参数不明情况下误差大；参数的确定常要用到物理模型和现场实验方法。

5.黑箱模型：因果关系不明，只有输入、输出统计关系；仅在一定区间内基本正确；

白箱模型：因果关系十分清楚，物理、化学运动机理(参数)完全掌握；可精确描述事物运动状态的全部变化，又称机理模型；

灰箱模型：复杂问题，主要因果关系清楚，但许多机理细节(参数)不明，可描述事物运动状态的大致变化，与实际情况有一定误差，又称半机理模型。

6.环境建模过程：1）有关数据收集2）模型结构选择3）模型参数确定4）模型检验与修正

7.灰箱模型的建立方法：图解建模法 直观、简单、易于全局把握

质量平衡法（空间状态法）环境数学模型常用

量纲分析法 物理学、流体力学和化工原理常用

概率统计法 监测数据统计规律

8.相关系数法：y=b+my. m越接近1， b0 越接近零，相关系数R越接近1，模型与系统实际的吻合程度越好。对m和b0的要求要严于R，如果它们离要求值太远，则R值再接近1 也没有用。

9.三种形式的分散作用：分子扩散：由于分子随机运动引起的分散现象。

湍流扩散：湍流流场中质点随机脉动引起的分散现象。

弥散：由空间点流速与考察空间的平均值的系统差别所产生的分散现象。

10.推流迁移：污染物随介质运动而发生 的位置变化。

11.二维模型较多应用于大型河流，河口，海湾，浅湖中的水质预测，也应用于线源大气污染的计算

12.扩散羽：定义扩散羽的宽度为包含断面上95％的污染物总量的宽度，则扩散羽的宽度为4

y。 特别：岸边排放情况，扩散羽宽度为2

y

13.当断面上任意一点的污染物浓度与断面污染物平均浓度之比介于0.95~1.05时，则称该断面已经完成横向混合；污染物排放点至完全混合断面的最小距离称为完成横向混合所需的距离

14.断面设置方法：1. 在河流断面形状发生剧烈变化处，这种变化导致河流的流态（流速、流量、水深的分布等）发生相应的变化；2. 在支流或污水汇入处（流量、流速及污染物浓度变化）；3. 河流取水口处（流量、流速变化）；4. 在码头、桥涵等便于采样处；5. 在水文、水质监测断面等可共享水文水质资料的地方。

15.湖库水质特征：1. 流速很低、停留时间长数月~数年2. 水生生态系统相对比较封闭由于与外系统质量、能量交换较小，一般处于静水状态，其物理、化学、生物过程比较稳定。3. 水温和水质分层分布4. 湖泊或水库的边缘至中心，由于水深不同而产生明显的水生植物分层5. 主要水质问题——富营养化

16.完全混合箱式模型：沃伦威德尔模型，吉柯奈尔－迪龙模型P86

17.水污染系统规划的组成和分类：1．污染物发生子系统 2．污水收集输送子系统3．污水处理与回用子系统4．接受水体子系统

18.按照规划方法划分1. 排放口处理最优规划（水质规划）2. 均匀处理最优规划 （污水处理厂群规划）3. 区域处理最优规划

19.P110

20.P117

21.“全部处理或全不处理”策略的基本原理：由于污水处理规模经济效应的存在，污水集中治理可节省投资，人力，用地，使设备保持较高的完好率和运转率

22.排放口最优规划，是以同一受纳水体的每个排水小区（也可以是同一河流的每座城

镇）污水处理厂排放口为基础，在该水体水质要求的约束下求解各污水处理厂处理效率的最佳组合，目标是污水处理的费用最低。

23.均匀处理最优规划：解决的是厂群规划问题，即污水处理厂采用的污水处理工艺具有基本相同的污水处理效率，区域水污染控制系统追求的是设立的污水处理厂的位置和规模的最佳组合。

24.前两者的综合

25.开放节点试探过程：就是将开放节点的小区污水处理厂关闭，比较关闭前后系统的总费用，确定关闭污水处理厂实现相对集中处理是否合算，如果合算就用关闭掉部分污水处理厂的系统控制方案代替原方案

26.影响大气污染物扩散的主要因素：风向、风速、湍流、垂直温度梯度、混合层高度、降水、雾等

27.混合层高度：地面热空气对流所能达到的高度，是影响污染物铅直扩散的重要因素，它表示污染物在垂直方向上能被热力湍流影响的范围。

28.P143

29.P150

30.P158

31.确定型环境决策分析

（1）确定型环境决策问题的主要特征

只有一个环境状态

有决策者希望达到的一个明确目标

存在着可供环境决策者选择的两个或两个以上的方案

不同决策方案在该状态下的收益是清楚的

（2）确定型环境决策分析的准则

环境收益最大或环境损害最小

（3）确定型环境决策分析方法

最优化（线性规划和微分法）

32.风险型环境决策

风险型决策具备五个条件：

有一个明确的决策目标；

存在着可供决策者选择的两个或两个以上的可行性方案；

存在着不为决策者主观意念为转移的两种或两种以上的自然状态；

不同的可行性方案在不同自然状态下的损益值可以计算出来；

未来将出现哪种自然状态不能准确确定，但其出现概率可以预估出来。

33.风险型环境决策方法：

1. 期望损益值决策法

期望损益值决策法是通过比较各方案的期望损益值来进行决策的方法。

2. 决策树方法

使环境决策问题形象直观，思路清晰，层次分明。

34.灵敏度分析意义：

可以估计模型计算结果的偏差

有利于根据需要建立高灵敏度或低灵敏度的模型

有助于估计合理的设计裕量

在环境保护系统中，主要研究：

状态与目标对参数的灵敏度，即研究参数的变化对状态变量和目标值产生的影响；

目标对状态的灵敏度，即研究由于状态变量的变化对目标值的影响。