第八章 地下水系统
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第八章地下水系统一、系统的概念1.系统,按著名科学家钱学森的说法是:相互作用和相互依赖的若干部分结合而成的具有特定功能的整体。
如,一个完整健康的人就是一个极其复杂的系统,它由管呼吸的部分(呼吸分系统)、管血液循环的部分(循环分系统),管消化、运动、思维的等各部分组成,各个部分相互作用相互依赖,少哪一部分都不行,都不是一个完整的人。
人是一个完整的大系统,某一部分则是一个子系统,如消化系统。
各个部分相互配合,才能学习、工作、生活、生存,才具有特定的功能,才是一个完整的人。
地下水主要是由含水介质和流动的水组合而成,各种各样的含水介质和大、小规模不同的水流,通过一定的结构组合在一起,具备着补给—径流——排泄功能。
所以地下水以及含水介质、隔水地层等也构成一个系统,称为地下水系统。
不同的系统具有不同的特征,具有相对的独立性。
不然就分不出这个系统那个系统了。
但这种相对独立并非绝缘,它必然与外界发生联系,要接受环境物质、能量、信息,我们把这个过程叫做“输入”。
输入的物质、能量、信息,通过系统内部的转换处理,再向环境物质、能量、信息。
环境对系统的作用,是通过输入来完成的,这种环境对系统的输入作用也称为“激励”。
系统受到激励以后,由于它本身特有的结构、功能,会通过系统内部的变换以输出的形式作用于环境,这种系统对环境的作用称为“响应”。
环境对系统的输入(激励),经过系统的变换而产生对环境的输出(响应)。
变换是系统特定功能的体现,是对输入(激励)的应对,输出(响应)是系统变换的结果。
系统对环境激励的应对变换情况,取决于系统的结构。
所谓系统的结构,是指系统内部各要素之间相互联系的方式和相互作用的方式。
系统的结构不同,对相同的输入(激励)会产生不同的输出(响应)效果。
例如,两个在相同环境里生活、工作的人,其衣、食、住、行等情况相同,但也会由于构成这两人的结构不同,而对环境所产生的输出(响应)也会不一样。
再如,相同的气候条件,相同的降雨条件,在不同的地下水系统,由于其岩性、结构、构造、地貌、分布范围以及包气带特征等要素的不同,所产生的泉水流量、地下水水位变化各不一样。
8.1 系统概述一、系统概念的提出贝塔朗菲(1901~1972),美籍奥地利生物学家,一般系统论和理论生物学创始人,50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论,并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念,奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。
系统论系统概念系统思想与方法系统思想与方法的核心是:把研究的对象看成一个有机整体(系统),并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
二、系统相关概念(钱学森,1978年)系统结构:系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。
系统方法认为:不应当将系统理解为各组成部分(要素)的简单集合,而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。
系统:由相互作用和相互依赖(联系)的若干组成部分结合而成的具有特定功能的(有机)整体。
系统的概念所涉及的范围广泛1+1=21+1>21+1<2三、系统与环境一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用,而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用,即系统接受环境的物质、能量、信息的输入,然后经过系统变换,再向环境输出物质、能量和信息。
即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。
环境对系统的作用称之为激励;系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应;环境的输入(激励)经过系统的变换而产生对环境的输出(响应),这种变换取决于系统的结构:S=f(I,O)(INPUT,OUTPUT)在此提供了一种研究系统内部结构的方法,即通过输入、输出研究系统内部结构例如,在同等降水条件下,不同的地下水系统,由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同,泉流量的变化各不相同。
系统分析的意义:一方面,分析系统输入与输出(激励与响应)的对应关系有助于了解系统结构;另一方面,对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。
再如,在不同的地下水系统中,以同种方式开采同样数量的地下水,地下水位的降低也有很大差别。
HS W ∆⋅⋅=μ四、系统分类1)按照自然属性:自然系统和人工系统2)按照物质属性:实体系统和概念系统3)按照运动属性:静态系统和动态系统4)按照系统与环境的关系:开放系统和封闭系统5)按照反馈的属性系统的输出反过来影响系统的输入时,称该系统具有“反馈”。
第八章地下水系统8.1 系统概念本世纪40年代贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy )提出一般系统论以来,特别是本世纪50—60年代应用系统工程解决复杂问题取得重大成功以来,系统思想与系统方法广泛地渗透到各学科领域。
简单地说,系统思想与方法的核心是把所研究的对象看作一个有机的整体(系统),并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
不同的人对系统所下的定义各有侧重。
目前国内比较普遍接受的定义是:系统乃是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体” 〔钱学森等,1978〕。
系统方法认为,不应当将系统理解为各组成部分(要素)的简单集合,而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。
系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。
因此,我们也可以将系统理解为“有结构的集合”。
以分析为主的近代自然科学长期以来采用的方法是:将所研究的事物精细地分析为各个互不关联的独立部分,分别加以研究,把各部分研究结果之和,作为对所研究事物整体的认识。
这样做实质上是将研究对象当作诸要素简单累加而成的集合,而没有将其如实地看成一个有机整体。
一个系统,不仅内部诸要素存在着相互作用,而且还与外部环境发生相互作用。
系统接受环境的物质、能量或信息的输入,经过系统的变换,再向环境产生物质、能量或信息的输出(图8—1)。
图8—1 系统的输入与输出 环境对系统的作用也称之为激励,系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应(图8—2)。
图8—2 系统的激励和响应环境的输入(激励)经过系统的变换而产生对环境的输出(响应),这种变换取决于系统的结构。
例如,在同等降水条件下,不同的地下水系统,由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同,泉流量的变化各不相同。
再如,在不同的地下水系统中,以同种方式开采同样数量的地下水,地下水位的降低也有很大差别。
因此,一方面,分析系统输入与输出(激励与响应)的对应关系有助于了解系统结构。
第八章地下水系统第一节系统的概念一、系统的提出一般系统论,是二十世纪40年代贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)提出来的。
二十世纪特别是本世纪50—60年代在应用系统工程解决复杂问题取得重大成功。
系统:由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体”〔钱学森等,1978〕相互作用,相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集,整体→其功能大于局部(要素)之和,Integral >∑elements。
二、系统与系统方法系统方法:用系统思想去分析与研究问题方法称之。
系统思想:就是把研究对象看作一个有机整体,从整体角度去考察、分析与处理问题的方法。
系统目标:追求系统整体功能的最优化(不是局部的)。
一个系统,不仅内部诸要素存在着相互作用,而且与外部环境发生相互作用。
以系统为对象,系统接受或向环境产生的物质能量或信息—称为输入与输出(图8-1)。
以系统为作用对象,环境对系统的作用与系统对环境的反作用称为激励与响应(图8-2)。
图8—1 系统的输入与输出图8—2 系统的激励和响应第二节地下水系统的概念一、地下水系统概念的产生随着开采地下水规模的增长,人们遇到的水文地质问题也越来越复杂,如:采水井群使周边地下水下降,影响波及的含水层以外范围,“越流”的发生。
研究盆地地下水,往往是若干个含水层连同其间的弱透水层,出现了“含水层系统”、“含水系统”等术语;同时地下水资源概念出现。
大规模开发利用地下水,导致地面沉降、海水入侵、淡水咸化、土壤沙化、植被衰退等一系列与地下水有关的环境生态问题。
从地下水的研究历史看,人们的视野在不断开扩,从一口井附近小范围的含水层,扩展到整个含水层,随后又扩展到地下含水系统与地下水流动系统,最终看到了地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。
换句话说,人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。
同时1983年,在荷兰召开了首届关于地下水系统的国际学术讨论会,与会有50个国家的200多名代表。
第八章地下水系统第一节系统的概念一、系统的提出一般系统论,是二十世纪40年代贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)提出来的。
二十世纪特别是本世纪50—60年代在应用系统工程解决复杂问题取得重大成功。
系统:由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体”〔钱学森等,1978〕相互作用,相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集,整体→其功能大于局部(要素)之和,Integral >∑elements。
二、系统与系统方法系统方法:用系统思想去分析与研究问题方法称之。
系统思想:就是把研究对象看作一个有机整体,从整体角度去考察、分析与处理问题的方法。
系统目标:追求系统整体功能的最优化(不是局部的)。
一个系统,不仅内部诸要素存在着相互作用,而且与外部环境发生相互作用。
以系统为对象,系统接受或向环境产生的物质能量或信息—称为输入与输出(图8-1)。
以系统为作用对象,环境对系统的作用与系统对环境的反作用称为激励与响应(图8-2)。
图8—1 系统的输入与输出图8—2 系统的激励和响应第二节地下水系统的概念一、地下水系统概念的产生随着开采地下水规模的增长,人们遇到的水文地质问题也越来越复杂,如:采水井群使周边地下水下降,影响波及的含水层以外范围,“越流”的发生。
研究盆地地下水,往往是若干个含水层连同其间的弱透水层,出现了“含水层系统”、“含水系统”等术语;同时地下水资源概念出现。
大规模开发利用地下水,导致地面沉降、海水入侵、淡水咸化、土壤沙化、植被衰退等一系列与地下水有关的环境生态问题。
从地下水的研究历史看,人们的视野在不断开扩,从一口井附近小范围的含水层,扩展到整个含水层,随后又扩展到地下含水系统与地下水流动系统,最终看到了地下水系统只是其中一个组成部分的环境生态系统。
换句话说,人们心目中的研究对象是一个愈来愈复杂的系统。
同时1983年,在荷兰召开了首届关于地下水系统的国际学术讨论会,与会有50个国家的200多名代表。