【正文】 2022/5/27 1 第二章 水資源系統(tǒng)的要素及特征 2022/5/27 2 系統(tǒng)論于 20世紀(jì) 40年代提出 ， 5060年代應(yīng)用系統(tǒng)工程解決復(fù)雜問題 。 目前 ， 系統(tǒng)思想與系統(tǒng)方法廣泛地滲透到各學(xué)科領(lǐng)域 。 隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ， 水資源的利用程度越來越高 ， 規(guī)模越來越大 ， 結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜 ， 只用傳統(tǒng)的 、 常規(guī)的方法難于完美地解決如此龐大而復(fù)雜的問題 ， 因而 ， 將系統(tǒng)思想 、 概念 、 理論與方法應(yīng)用于水資源系統(tǒng)的研究和實(shí)踐 ， 就構(gòu)成了水資源系統(tǒng)分析 。 2022/5/27 3 講授內(nèi)容 ● 第一節(jié) 系統(tǒng)的概念 ●第二節(jié) 水資源系統(tǒng)的構(gòu)成與變化 ●第三節(jié) 地表水資源系統(tǒng) ●第四節(jié) 地下水資源系統(tǒng) 2022/5/27 4 第一節(jié) 系統(tǒng)的概念 ? 一 系統(tǒng)的定義及其結(jié)構(gòu)要素 ?二 系統(tǒng)的類別 ?三 系統(tǒng)的特性 2022/5/27 5 簡(jiǎn)單的說 ， 系統(tǒng)思想與方法的核心是把所有研究的對(duì)象看作一個(gè)有機(jī)的整體（ 系統(tǒng) ） ， 并從整體的角度去考察 、 分析和處理事物 。 一 系統(tǒng)的定義及其結(jié)構(gòu)要素 關(guān)于系統(tǒng)的定義 ， 比較通用的提法為： 凡是在一定環(huán)境下 ， 為實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo) ， 有若干相互聯(lián)系 、相互制約 、 相互作用的因素 （ 部分 ） 而組成的具有特定功能的集合體 ， 稱為系統(tǒng) 。 系統(tǒng)方法認(rèn)為 ， 不應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)理解為各組成部分 （ 要素 ） 的簡(jiǎn)單集合 ， 而應(yīng)將其理解為諸要素以一定規(guī)則組織起來 ， 并共同行動(dòng)的整體系統(tǒng) ,內(nèi)部各要素相互聯(lián)系和作用的方式便是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 。因此 ， 我們也可以將系統(tǒng)理解為 “ 有結(jié)構(gòu)的集合 ” 。 2022/5/27 7 任何一個(gè)系統(tǒng)均包括兩部分： ? ?? ???? ?????輸 入系 統(tǒng) 本 身 （ 由 三 元 素 組 成 ） 運(yùn) 轉(zhuǎn)系 統(tǒng)輸 出系 統(tǒng) 所 處 環(huán) 境 （ 系 統(tǒng) 本 身 以 外 的 部 分 ）2022/5/27 8 系統(tǒng)與環(huán)境的界限稱為 系統(tǒng)邊界 。 系統(tǒng)的相互聯(lián)系 、 相互制約 、 相互作用的組成部分 ， 稱為 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 。 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用是系統(tǒng)輸入 ， 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的作用是系統(tǒng)輸出；在動(dòng)態(tài)條件下 ， 輸出可反作用于輸入 ， 即為反饋 。 把輸入轉(zhuǎn)換為輸出 就是系統(tǒng)的功能 。系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間的變化稱為 系統(tǒng)行為 。 2022/5/27 9 在工程體系中的系統(tǒng) ， 可描述為：在給定時(shí)間內(nèi) ， 使物質(zhì) （ 原料 、 能量 、 信息 ） 的輸入與物質(zhì) （ 產(chǎn)品 、 能量 、 效益 ） 的輸出相互聯(lián)系起來 ， 在一定環(huán)境條件下 ， 具有一定功能的任何結(jié)構(gòu) 、 裝置 、 設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行程序的有機(jī)體 ，均稱為 系統(tǒng) 。 而且這個(gè)系統(tǒng)本身是它所從屬的一個(gè)大系統(tǒng)的組成部分 （ 子系統(tǒng) ） ， 即為 系統(tǒng)的相對(duì)性 。 2022/5/27 10 以分析為主的近代自然科學(xué)長期以來采用的方法是 ， 將所研究的事物精細(xì)地分為各個(gè)互不聯(lián)系的獨(dú)立部分 、 分別加以研究 ， 把各部分研究結(jié)果之和作為對(duì)所研究事物整體的認(rèn)識(shí) 。這樣做 ,實(shí)質(zhì)上是將研究對(duì)象當(dāng)作諸要素簡(jiǎn)單累加而成的集合 ， 而沒有將其如實(shí)地看成一個(gè)有機(jī)整體 。 2022/5/27 11 一個(gè)系統(tǒng) ， 不僅內(nèi)部諸要素存在著相互作用 ，而且還與外部環(huán)境發(fā)生相互作用 。 系統(tǒng)接受環(huán)境的物質(zhì) 、 能量或信息的輸入 ， 經(jīng)過系統(tǒng)的變換 ， 再向環(huán)境產(chǎn)生物質(zhì) 、 能量或信息的輸出 系統(tǒng)的輸入與輸出 2022/5/27 12 環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用也稱之為 激勵(lì) ，系統(tǒng)在接受激勵(lì)后對(duì)環(huán)境的反作用稱之為 響應(yīng) 系統(tǒng)的激勵(lì)和響應(yīng) 2022/5/27 13 ?在同等降水條件下 ， 不同的地下水系統(tǒng) ， 由于其巖層 、 構(gòu)造 、 地貌乃至分布范圍大小不同 ,泉流量的變化各不相同 。 ?在不同的地下水系統(tǒng)中 ， 以同種方式開采同樣數(shù)量的地下水 ,地下水位的降低也有很大差別 。 ?分析系統(tǒng)輸入與輸出 （ 激勵(lì)與響應(yīng) ） 的對(duì)應(yīng)關(guān)系有助于了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； ?對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解有助于我們預(yù)測(cè)激勵(lì) 響應(yīng)關(guān)系 。 2022/5/27 14 二 系統(tǒng)的類別 在自然界和人類社會(huì)中 ， 系統(tǒng)是普遍存在的 。 從不同的角度 ， 可將系統(tǒng)分成不同的類別 ，可分為三類： ???? ??自 然 系 統(tǒng)系 統(tǒng) 的 分 類 人 工 系 統(tǒng)復(fù) 合 系 統(tǒng) （ 自 然 人 工 ）2022/5/27 15 自然系統(tǒng)是由自然物質(zhì)組成的系統(tǒng) ， 如生物系統(tǒng) 、 生態(tài)系統(tǒng) 、水文系統(tǒng)等 。 2022/5/27 16 人工系統(tǒng)是為達(dá)到人類需求的目的人為建立起來的系統(tǒng)，如水利、交通等。 2022/5/27 17 人工復(fù)合系統(tǒng) 由人工系統(tǒng)與自然系統(tǒng)組合起來的復(fù)合系統(tǒng)。它既有自然系統(tǒng)的特征，有具備人工系統(tǒng)的特性，如航天導(dǎo)航系統(tǒng)等。 2022/5/27 18 三 系統(tǒng)的特性 ???????????集 合 性關(guān) 聯(lián) 性目 的 性系 統(tǒng) 的 特 性整 體 性不 確 定 性環(huán) 境 適 應(yīng) 性2022/5/27 19 系統(tǒng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上可以相互區(qū)分的要素（或子系統(tǒng)）組成。一個(gè)系統(tǒng)常常是由若干子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，子系統(tǒng)又是由更小的系統(tǒng)構(gòu)成，形成一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)。 2022/5/27 20 組成系統(tǒng)的各部分之間及系統(tǒng)與環(huán)境之間相互聯(lián)系、相互制約、相互作用，即為系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性。 2022/5/27 21 系統(tǒng)的目的性是指系統(tǒng)都均有特定的功能，即既定的目的。 2022/5/27 22 系統(tǒng)的整體性是因?yàn)橄到y(tǒng)的各個(gè)組成部分構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)整體 。 各構(gòu)成要素的獨(dú)立功能及其相互間的有機(jī)聯(lián)系 ， 只能在一定的協(xié)調(diào)關(guān)系下統(tǒng)一與系統(tǒng)整體之中 。 脫離了整體性 ， 各構(gòu)成要素的功能及要素間的作用就失去意義 2022/5/27 23 系統(tǒng)的不確定性是因?yàn)橄到y(tǒng)中某些不能用確定性方法描述其狀態(tài)構(gòu)成要素 。其組成部分的活動(dòng)或者由于人們的認(rèn)識(shí)尚未完全掌握其規(guī)律 ， 或者由于活動(dòng)帶有一定的隨機(jī)性 ， 而只能用統(tǒng)計(jì)手段反應(yīng)其活動(dòng)狀態(tài)和進(jìn)程 ， 這就使系統(tǒng)具有不確定性 。 2022/5/27 24 任何系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，必定與外部環(huán)境發(fā)生物質(zhì)的能量的和信息的交換，以適應(yīng)外部環(huán)境的變化，這就構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。 2022/5/27 25 第二節(jié) 水資源系統(tǒng)的構(gòu)成與變化 ?一 水資源系統(tǒng)的構(gòu)成 ?二 水資源系統(tǒng)的影響因素 2022/5/27 26 一、水資源系統(tǒng)的構(gòu)成 將系統(tǒng)思想 、 概念 、 理論與方法應(yīng)用于水資源系統(tǒng)的研究與實(shí)踐 ， 就構(gòu)成了水資源系統(tǒng)分析 。 地表水資源和地下水資源是人類開發(fā)利用的主要對(duì)象 ， 也是迄今為止唯一可實(shí)施人為控制 、 水量分配調(diào)度和科學(xué)管理的水資源形式 。 所以 ， 在供水工程學(xué)中主要側(cè)重于地表水資源和地下水資源 ， 把具有相互聯(lián)系的這兩類水資源視為一個(gè)有機(jī)整體 —— 水資源系統(tǒng) ， 進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 、 水量開發(fā)利用調(diào)度和科學(xué)管理 。 2022/5/27 27 水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ? ????????????地 表 水 體地 表 水 資 源 系 統(tǒng)流 域水 資 源 系 統(tǒng)地 下 含 水 系 統(tǒng)地 下 水 資 源 系 統(tǒng)地 下 水 流 動(dòng) 系 統(tǒng)2022/5/27 28 考慮到地表水 、 地下水的運(yùn)動(dòng)方式 、 賦存條件差異明顯 ， 且以不同的結(jié)構(gòu)形式組成各自的實(shí)體系統(tǒng) （ 地表水系統(tǒng) 、 地下水系統(tǒng) ） ， 而且無論地表水系統(tǒng)還是地下水系統(tǒng) ， 可供開發(fā)利用的水與不能列入資源范疇的水總是共處于同一河系或滲流場(chǎng)之中 ， 兩者之間在水量 、 水質(zhì)上有著不可分割的關(guān)系 。 因此 ， 在進(jìn)行適量評(píng)價(jià)和制定開采方案之前 ， 必須分別查明地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性 、 系統(tǒng)與外界環(huán)境的物能交換關(guān)系 ， 即查明地表水 、 地下水的分布特征及補(bǔ)給 、 徑流 、 排泄規(guī)律 。 2022/5/27 29 二 水資源系統(tǒng)的影響因素 1. 自然條件下水資源的變化 2. 人類活動(dòng)對(duì)水資源質(zhì)與量的影響 3. 水資源自然系統(tǒng)與人工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展 2022/5/27 30 水資源的質(zhì)與量及其分布狀況是自然歷史發(fā)展的產(chǎn)物，它們既有歷史繼承性的一面，又有不斷變化發(fā)展新生性的一面。地史學(xué)、地貌學(xué)、古水文地質(zhì)及古氣候的研究成果證明了水文循環(huán)是個(gè)不斷演化的過程，而且也提供了追溯宏觀演化軌跡的重要線索和有力證據(jù)，為研究水資源自然變化打下了基礎(chǔ)。 2022/5/27 31 古氣候的研究表明 ， 第四紀(jì)全球氣候變化的基本特征是：地球高緯度地區(qū)是冰期與間冰期的交替；中低緯度地區(qū)則是干旱期與濕潤器的交替 。 由于這種交替變化 ， 不同地區(qū)的降水 、 蒸發(fā)都有明顯的差異 。 除受全球氣