城市環境工程地質系統工程分析方法及其應用

高智琳

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

【關鍵詞】城市環境工程；地質；系統工程

1城市環境工程地質與城市環境工程地質問題

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

城市環境工程地質問題是城市工程地質環境的一種變異現象。當這種變異足以使地質環境產生突發性或累進性的惡化（破壞），并造成生命財產的毀損事件就成為城市地質災害。

城市環境工程地質問題的產生和發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環境及城市的經濟結構。

我國地城遼闊，地質條件復雜，生產力發展極不平衡，致使城市在分布、規模、類型和功能（性質）呈現多層次、梯級形的變化。城市的性質（或功能）反映了人類改造自然行為的類型和方式，也就相應地規定了可能產生的環境工程地質問題的種類和形式。城市環境工程地質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環境、人口分布、經濟基礎，以及現有城市的狀況，大體可劃分為沿海區、中南中原區、西北西南區和邊疆帶。

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

主要城市環境工程地質問題可歸納為下述四個方面：

（1）與內、外自然動力地質作用有關的環境工程地質問題；

（2）與不同性狀巖土類型有關的環境工程地質問題；

（3）與水文地質條件有關的環境工程地質問題；

（4）與人類活動對地質環境反饋作用有關的環境工程地質問題。

2城市環境工程地質系統特征

2.1它具有復雜的內部結構，因而完整地描述這一系統所需項目太多，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，而導致系統結構存在著一定的模糊性；

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

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

2.4系統障礙的出現具有很大的滯后性，而系統障礙一旦形成，又具有很大的不可逆性.因此，系統的設計必須考慮當前尚未出現的干擾，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的客觀行為具有很大的影響。

3城市壞境工程地質的系統工程學分析方法

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

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

從這個思想出發，可以把城市環境工程地質系統分解為對象系統和過程系統兩部分。在這里，一方面由模型（群）來描述對象系統的本身結構；另一方面由網絡關系來描述研究問題的過程系統.這樣，城市環境工程地質的研究過程就成為進行系統分析與系統綜合的過程。

模型技術是城市環境工程地質系統研究的核心何題。模型是自然科學中實驗室的對照物，是一種表現實體狀態變化與未來行為的智力結構和量化方法。建立環境工程地質模型的目的，是最終要達到對環境工程地質系統的數學分析，揭示系統內部還未表現出來的狀態變量間的內在關系，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，做出系統發展趨勢的超前分析。

建立城市環境工程地質模型的主要步驟：

（1）建立系統的環境（條件），模型。通過對某個城市的環境工程地質問題產生的自然地質環境、社會環境的分析，確定系統的邊界，系統的輸入和系統優化的約束條件：

（2）建立系統的概念模型。這是對系統的提煉和概化，包括對系統目標、系統結構、系統要素的分析，以及系統的相關分析，系統的層次分析和整體分析：

（3）建立系統的數學模型，由于環境工程地質的動態性、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。模擬是指在系統的模型上間接地對真實系統的某些側面進行實驗研究的方法和過程。利用計算機進行的系統模擬已成為城市環境工程地質工作的一個重要手段；

（4）系統的綜合評價，包括對系統本身的優化、精度的檢驗等。系統評價是方案和決策選優的基礎，它是通過數據、資料和輸出圖形說明方案和決策的優劣程度。

4城市環境工程地質研究的計算機輔助工作系統

城市環境工程地質計算機輔助工作系統由數據庫子系統、應用子系統（模型、方法庫）、圖形分析子系統及綜合評價和預測分析子系統組成。

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

由于應用計算機技術可以提供人工無法做到的大容量的數據采集，快速的數形轉換，復雜的數值模擬，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人員的青睞，成為城市環境工程地質研究必需的技術手段。

總結

城市環境工程地質系統工程將系統工程原理和方法引進城市環境工程地質研究中，即從系統理論出發，運用現代科學方法、模型技術和計算機工具，通過對系統的數量化、模型化，進行定量分析，揭示城市環境工程地質系統的運動規律與機制，為制定城市地質環境保護措施和發展規律提供科學依據，增強城市環境工程地質研究的科學性、可靠性和實用性。

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