水利工程系统的概念

第一节　水利工程系统的概念

1、系统的概念

目前有多种关于系统的定义，从系统的组成上看，系统是由两个以上的要素组成的整体。要素既可以是单个事物，也可以是一群事物组成的小系统，因此，系统和要素之间是时空上的相对概念。大系统的要素可能自成系统，但相对于另一更大的系统它只是要素。从系统的要素组成关系上看，系统的要素之间，要素与整体之间，整体与环境之间存在着一定的有机联系，从而在系统内部和外部形成了一定的结构和秩序。从系统所具有的功能来看，系统表现为整体功能不是各要素功能的加和，而具有某种能动性。确切地说，系统功能不是1+1=2的简单关系，而是1+1＞2或1+1＜2的关系。如果把关于系统的组成及其相互关系和功能综合起来，便构成了系统的概念：

系统是由两个以上的可以相互区别的要素构成的集合体，各要素之间存在一定的联系和相互作用，形成特定的整体结构和适应环境的特定功能；它从属于更大系统。

系统具有三个基本特征：结构、功能和行为。系统在某一时刻所处的情况称为系统状态，系统状态是系统的结构、功能和行为三特征的综合表现。

●系统结构是指系统各要素是怎样构造成一个系统的；

●系统功能是指系统作为整体起着什么作用；

●系统行为是指系统采取什么方式以实现其功能。

系统的功能是由系统的各要素的功能和要素间的关系（结构）决定的，同时系统功能又受到外界的强迫作用，因此，任何系统均处于受自身规律支配和外界影响的动态平衡之中，系统自身规律表现为系统内具有协同性和有序性，并与外界进行物质、能量和信息的交换。

2、水资源系统的概念

（1）水资源系统的概念

水资源系统指的是一定区域内的水源、供水、用水、水处理、容纳和水资源管理六个子系统（要素）构成的整体，它们之间相互联系、相互作用、相互制约形成特定的系统结构和适应环境的特定功能；它从属于生态系统。

●水源子系统是指由大气水、地表水、地下水、调入水和回用水组成的原水子系统。对不同的区域，其包括的原水亦有所不同。

●供水子系统是指能供给生活和生产一定水质与水量的工程系统，它包括蓄水、引水、提水、海水淡化、污水净化工程等等。供水系统可以把一定区域内的大气水、地表水、地下水、过境水、外流域水以及海水、咸水等通过蓄、引、提、净化等方式提供给生活、生产各部门使用。

●用水子系统是指由生活用水、农业用水、工业用水、生态用水等几个部分组成的系统。不同区域发展的性质、结构、规模、气候条件、供水条件、经济条件、社会条件不同，用水也不相同。

●处理子系统是指能对经用水子系统使用后污染的水进行水质处理的系统。处理子系统包括一级污水处理厂、二级污水处理厂、土地处理子系统、氧化塘、生态工程处理子系统等。

●容纳子系统是指用水子系统和处理子系统排出废水的接纳子系统。河流、湖泊、海洋等水体是容纳子系统的主要组成部分。

●管理子系统是对上述五个子系统进行管理的组织系统，其目的是使其处于稳定、优化状态。如果把前五个子系统看成是自然的或人造的系统“硬件”，那么管理子系统就是系统的“软件”，它是维持水资源系统正常、稳定、优化运行的重要组成部分。

（2）水资源系统的结构

结构是系统的构成要素在时空连续区上的排列组合的形式和相互作用的方式，是系统固有的属性。水资源系统的结构如图10-1所示，其形似托盘与钻石的统一体。

图10-1　水资源系统“钻石”结构

水流依次从水源（ABCD锥体）、供水（BCDG锥体）、用水（BDFG锥体）、处理子系统（BDEF锥体），流入容纳子系统（ABDE锥体）后返回水源子系统，形成水循环。其中BD线是这五个子系统的交汇处，表明工程级在该线处形成环流，工程级与自然级在该线处进行交换。管理子系统通过A点支撑着水循环过程，控制“钻石”的稳定与平衡，并通过A-G五界面对水循环过程进行管理。

以上六个子系统各自的作用是不同的。供水子系统需要一定数量的水，水源子系统则负责提供相应数量的水；用水子系统既需要一定数量又需要一定质量的水，供水子系统则负责提供相应数量和质量的水；容纳子系统要求排入的水应达到一定水质标准，处理子系统则负责处理污水，使之满足容纳子系统的要求；协调各子系统之间的供需矛盾就是管理子系统的任务。因而水源子系统考虑水量的问题，供水和用水子系统则考虑质和量两个方面的问题，处理和容纳子系统则主要考虑质的问题。