城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)工程分析方法及其應用

高智琳

【摘 要】城市的工程地質(zhì)環(huán)境是城市發(fā)展所面臨的復雜的系統(tǒng)之一。其復雜性集中表現(xiàn)在系統(tǒng)在內(nèi)、外動力作用下，特別是在人類經(jīng)濟工程活動作用下的動態(tài)變化特征及，因此給人們評價和預測城市環(huán)境工程地質(zhì)質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，制定有效的防治災害和環(huán)境管理措施而帶來的障礙。

【關(guān)鍵詞】城市環(huán)境工程；地質(zhì)；系統(tǒng)工程

1城市環(huán)境工程地質(zhì)與城市環(huán)境工程地質(zhì)問題

城市環(huán)境工程地質(zhì)是研究城市及其輻射地域內(nèi)，由于自然和人為工程活動而產(chǎn)生的環(huán)境工程地質(zhì)問題及其對人類生存環(huán)境的影響，保護和改善城市環(huán)境工程地質(zhì)質(zhì)量的專門性工程技術(shù)。城市環(huán)境工程地質(zhì)以其具有的研究地理地域的局限性，研究內(nèi)容和方法的綜合性，環(huán)境評價的預測性和改造、利用環(huán)境的能動性為其特征。

城市環(huán)境工程地質(zhì)問題是城市工程地質(zhì)環(huán)境的一種變異現(xiàn)象。當這種變異足以使地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生突發(fā)性或累進性的惡化（破壞），并造成生命財產(chǎn)的毀損事件就成為城市地質(zhì)災害。

城市環(huán)境工程地質(zhì)問題的產(chǎn)生和發(fā)展受著自然和社會雙重因素的制約，其復雜性源于各種原因，主要取決于城市所處的不同的地質(zhì)環(huán)境及城市的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。

我國地城遼闊，地質(zhì)條件復雜，生產(chǎn)力發(fā)展極不平衡，致使城市在分布、規(guī)模、類型和功能（性質(zhì)）呈現(xiàn)多層次、梯級形的變化。城市的性質(zhì)（或功能）反映了人類改造自然行為的類型和方式，也就相應地規(guī)定了可能產(chǎn)生的環(huán)境工程地質(zhì)問題的種類和形式。城市環(huán)境工程地質(zhì)作用的強度在時間上有階段性；在空間分布上有不平衡性。就我國各省市的工程地質(zhì)環(huán)境、人口分布、經(jīng)濟基礎，以及現(xiàn)有城市的狀況，大體可劃分為沿海區(qū)、中南中原區(qū)、西北西南區(qū)和邊疆帶。

當前，城市中呈現(xiàn)的復雜多變的環(huán)境工程地質(zhì)問題，并不完全取決于城市工程地質(zhì)環(huán)境的差異，很多是由于后天人為工程經(jīng)濟活動所致。即使是在自然地質(zhì)環(huán)境相似的地區(qū)，由于人類經(jīng)濟活動的方式、類型和程度的不同，可以產(chǎn)生完全不同的環(huán)境工程地址問題。

主要城市環(huán)境工程地質(zhì)問題可歸納為下述四個方面：

（1）與內(nèi)、外自然動力地質(zhì)作用有關(guān)的環(huán)境工程地質(zhì)問題；

（2）與不同性狀巖土類型有關(guān)的環(huán)境工程地質(zhì)問題；

（3）與水文地質(zhì)條件有關(guān)的環(huán)境工程地質(zhì)問題；

（4）與人類活動對地質(zhì)環(huán)境反饋作用有關(guān)的環(huán)境工程地質(zhì)問題。

2城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)特征

2.1它具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而完整地描述這一系統(tǒng)所需項目太多，有些屬性由于受到多種因素（自然、人為的、設備條件等）的限制無法觀測到，而導致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著一定的模糊性；

2.2它是一個開放系統(tǒng)，與城市大環(huán)境系統(tǒng)始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，維系著復雜而頻繁的物質(zhì)和信息交流。外界對系統(tǒng)的干擾作用常常表現(xiàn)為隨機型的，并且一般很難尋得一種確定的數(shù)學表征；

2.3系統(tǒng)除了受到本系統(tǒng)人為工程行為的制約，同時也受到外系統(tǒng)其它行為者不同程度的制約，屬于整個大社會系統(tǒng)的運動限定。當這種制約超過了某種限度，即人類的工程——經(jīng)濟活動對工程地質(zhì)條件的改造，超過了系統(tǒng)自身的承受力，那么這一制約力的矢量方向就會發(fā)生倒轉(zhuǎn)，系統(tǒng)障礙（即環(huán)境工程地質(zhì)問題）就會產(chǎn)生，不僅系統(tǒng)本身的正常運行將受到破壞，而且還必然波及相關(guān)系統(tǒng)乃至整個城市系統(tǒng)；

2.4系統(tǒng)障礙的出現(xiàn)具有很大的滯后性，而系統(tǒng)障礙一旦形成，又具有很大的不可逆性.因此，系統(tǒng)的設計必須考慮當前尚未出現(xiàn)的干擾，并對此做出有效的反應；

2.5政治、社會、美學等人文為行為因素，以及計劃和決策部門的主觀意識都對系統(tǒng)的客觀行為具有很大的影響。

3城市壞境工程地質(zhì)的系統(tǒng)工程學分析方法

應用系統(tǒng)工程解決的核心內(nèi)容是組織技術(shù)和方法技術(shù).城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)工程研究體現(xiàn)在指導思想的系統(tǒng)觀點，技術(shù)方法的模型化和計算機化。如果僅僅是對系統(tǒng)作了理論上的剖析，而未能建立適宜的數(shù)學模型和采用匹配的數(shù)學方法揭示主導城市工程地質(zhì)環(huán)境變化的內(nèi)在規(guī)律和運動機制，對系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來做出恰當評價及預測，便很難說是完整的系統(tǒng)工程學研究。

對于一個復雜系統(tǒng)的系統(tǒng)工程研究，通常都是按照三維結(jié)構(gòu)（即時間維、邏輯維和專業(yè)維）組成的立體空間的結(jié)構(gòu)思想進行的。

從這個思想出發(fā)，可以把城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)分解為對象系統(tǒng)和過程系統(tǒng)兩部分。在這里，一方面由模型（群）來描述對象系統(tǒng)的本身結(jié)構(gòu)；另一方面由網(wǎng)絡關(guān)系來描述研究問題的過程系統(tǒng).這樣，城市環(huán)境工程地質(zhì)的研究過程就成為進行系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合的過程。

模型技術(shù)是城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)研究的核心何題。模型是自然科學中實驗室的對照物，是一種表現(xiàn)實體狀態(tài)變化與未來行為的智力結(jié)構(gòu)和量化方法。建立環(huán)境工程地質(zhì)模型的目的，是最終要達到對環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)的數(shù)學分析，揭示系統(tǒng)內(nèi)部還未表現(xiàn)出來的狀態(tài)變量間的內(nèi)在關(guān)系，并通過模擬，探求在不確知情況下，起障礙作用因素的影響程度，做出系統(tǒng)發(fā)展趨勢的超前分析。

建立城市環(huán)境工程地質(zhì)模型的主要步驟：

（1）建立系統(tǒng)的環(huán)境（條件），模型。通過對某個城市的環(huán)境工程地質(zhì)問題產(chǎn)生的自然地質(zhì)環(huán)境、社會環(huán)境的分析，確定系統(tǒng)的邊界，系統(tǒng)的輸入和系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件：

（2）建立系統(tǒng)的概念模型。這是對系統(tǒng)的提煉和概化，包括對系統(tǒng)目標、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)要素的分析，以及系統(tǒng)的相關(guān)分析，系統(tǒng)的層次分析和整體分析：

（3）建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，由于環(huán)境工程地質(zhì)的動態(tài)性、隨機性、預測性、長期性和杜會性，我們常常使用一種特定的教學模型——模擬模型。模擬是指在系統(tǒng)的模型上間接地對真實系統(tǒng)的某些側(cè)面進行實驗研究的方法和過程。利用計算機進行的系統(tǒng)模擬已成為城市環(huán)境工程地質(zhì)工作的一個重要手段；

（4）系統(tǒng)的綜合評價，包括對系統(tǒng)本身的優(yōu)化、精度的檢驗等。系統(tǒng)評價是方案和決策選優(yōu)的基礎，它是通過數(shù)據(jù)、資料和輸出圖形說明方案和決策的優(yōu)劣程度。

4城市環(huán)境工程地質(zhì)研究的計算機輔助工作系統(tǒng)

城市環(huán)境工程地質(zhì)計算機輔助工作系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、應用子系統(tǒng)（模型、方法庫）、圖形分析子系統(tǒng)及綜合評價和預測分析子系統(tǒng)組成。

建立城市環(huán)境工程地質(zhì)計算機輔助工作系統(tǒng)的目的：將數(shù)據(jù)采集、數(shù)值模擬、信息分析和圖形圖像處理的計算機技術(shù)連成一體，應用計算機高效能的數(shù)據(jù)加工和數(shù)值模擬能力，采用多種數(shù)學分析方法和圖形合成技術(shù)，以實現(xiàn)對多因素、復雜邊界條件和綜合問題的現(xiàn)狀評價和預測分析，完成各類應用圖件的編制。在實現(xiàn)信息資源的圖形轉(zhuǎn)化中，進行模型和模擬方法的辨識和擇選，從現(xiàn)有的工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)中提取和開發(fā)新的信息量，產(chǎn)生高層次的研究成果，及時準確地為城市建設和地質(zhì)災害防治提供決策意見。

由于應用計算機技術(shù)可以提供人工無法做到的大容量的數(shù)據(jù)采集，快速的數(shù)形轉(zhuǎn)換，復雜的數(shù)值模擬，多維多困素的綜合評價和預測分析，因而，越來越受到工程技術(shù)人員的青睞，成為城市環(huán)境工程地質(zhì)研究必需的技術(shù)手段。

總結(jié)

城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)工程將系統(tǒng)工程原理和方法引進城市環(huán)境工程地質(zhì)研究中，即從系統(tǒng)理論出發(fā)，運用現(xiàn)代科學方法、模型技術(shù)和計算機工具，通過對系統(tǒng)的數(shù)量化、模型化，進行定量分析，揭示城市環(huán)境工程地質(zhì)系統(tǒng)的運動規(guī)律與機制，為制定城市地質(zhì)環(huán)境保護措施和發(fā)展規(guī)律提供科學依據(jù)，增強城市環(huán)境工程地質(zhì)研究的科學性、可靠性和實用性。

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