復(fù)雜性科學(xué)在環(huán)境科學(xué)與工程中的應(yīng)用論文

　　現(xiàn)階段國(guó)際學(xué)術(shù)界中的非線性科學(xué)以及復(fù)雜性科學(xué)思維發(fā)展到了新的階段，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其對(duì)當(dāng)今社會(huì)中環(huán)境復(fù)雜性的問(wèn)題能夠有效解決，具有一定的獨(dú)到之處。就環(huán)境科學(xué)具有跨越式的自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科以及技術(shù)學(xué)科來(lái)說(shuō)，非線性科學(xué)與復(fù)雜性的科學(xué)都有不可替代的重要意義，而且部分復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題的處理必須對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用才能增強(qiáng)有效性。

　　1混沌理論在環(huán)境科學(xué)與工程中的應(yīng)用

　　環(huán)境系統(tǒng)中具有存在很多的復(fù)雜但是又不確定的子系統(tǒng)，可以說(shuō)，這一系統(tǒng)中的變量關(guān)系是非常復(fù)雜的，各變量間呈互相禍合存在，具有很強(qiáng)的不確定性。相關(guān)環(huán)境科學(xué)研究人員一直試圖對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的變化進(jìn)行詳細(xì)地描述，對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中存在的潛在信息作一挖掘。環(huán)境系統(tǒng)當(dāng)中存在的不確定因素一直以來(lái)都是環(huán)境科學(xué)中比較重視的問(wèn)題，但是以往的思維模式就算不屬于概率邏輯，就會(huì)是確定論，并沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)變化進(jìn)行仔細(xì)說(shuō)明。就水環(huán)境當(dāng)中存在的很多不確定的非線性關(guān)系，需要人們?cè)诜蔷€性領(lǐng)域中正確對(duì)待混沌問(wèn)題，通過(guò)對(duì)混沌理論的御用實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境系統(tǒng)的再次研究，會(huì)在一定程度上拓展人們的視野與思維，對(duì)其以前的認(rèn)識(shí)進(jìn)行改革，例如，城市生活用水系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)混沌理論的應(yīng)用，選擇相空間的重構(gòu)法，能夠?qū)⒚菜凭哂须S機(jī)性地混亂用水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成有序的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。當(dāng)然，混沌理論也可以在環(huán)境科學(xué)中的其它方面進(jìn)行應(yīng)用，例如，對(duì)河流水質(zhì)的預(yù)測(cè)和城市的規(guī)劃以及生態(tài)種群的復(fù)雜性研究等方面。

　　環(huán)境系統(tǒng)當(dāng)中的復(fù)雜現(xiàn)象非常多，且都是伴隨混沌現(xiàn)象的出現(xiàn)而出現(xiàn)，可以看出，混沌理論應(yīng)用在環(huán)境科學(xué)當(dāng)中能夠發(fā)揮巨大的潛能，具有廣闊的前景。

　　2分形理論在環(huán)境科學(xué)與工程中的應(yīng)用

　　對(duì)分形理論的研究屬于歐式幾何中忽視的一個(gè)無(wú)定形的內(nèi)容。研究人員曼德勃羅對(duì)分形幾何進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)，并科學(xué)地對(duì)該類復(fù)雜性的全新概念以及方法做了詳細(xì)地闡述，即局部與整體之間存在某種方式上比較相似的形體。然而分形不只是自然分形，還涉及時(shí)間分形和社會(huì)分形以及思維分形。就分形理論而言，其主要從非線性的復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行著手，不曾簡(jiǎn)化與抽象地區(qū)研究，讓人們可以對(duì)思維方法從線性轉(zhuǎn)化到非線性，對(duì)貌似混亂和無(wú)規(guī)則與隨機(jī)現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律做了定論。分形理論是新概念與新方法，其在處理環(huán)境科學(xué)時(shí)的復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行了應(yīng)用。

　　對(duì)水的大多數(shù)處理都是除掉水中存在的懸浮的固體顆粒，因此，研究絮體結(jié)構(gòu)本身的意義是非常重要的。但是在分形幾何前，并不能輕而易舉地對(duì)絮體復(fù)雜的形狀進(jìn)行描述，然而分形幾何能夠在一定程度上探求不規(guī)則的幾何體。也就是說(shuō)，分形能夠促進(jìn)混凝工藝的改進(jìn)，并且可以對(duì)混凝機(jī)理進(jìn)行新的研究。就水質(zhì)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，盡管其化學(xué)成分的復(fù)雜性比較強(qiáng)，但是所有污染因子在變化時(shí)都和水質(zhì)存在一定的關(guān)系，分形理論能夠?qū)ζ渥饔眠M(jìn)行有效發(fā)揮。

　　3復(fù)雜適應(yīng)性理論在環(huán)境科學(xué)和工程中的應(yīng)用

　　所謂復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，其主要是指主體間具有相互作用，能夠讓新的行為模式得以涌現(xiàn)。在所有的層次上都會(huì)出現(xiàn)新的模式，層次比較低的復(fù)雜性適應(yīng)系統(tǒng)可以利用相互作用出現(xiàn)高層次現(xiàn)象，其從低層次的現(xiàn)象中組合而成。復(fù)雜適應(yīng)的系統(tǒng)理論能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)本身的層次結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行描述，加之，復(fù)雜適應(yīng)的系統(tǒng)理論已經(jīng)在算法與模型上獲得了一定的成功，例如遺傳算法，其具有非常強(qiáng)的普適性與可操作性，在環(huán)境科學(xué)中的發(fā)展也比較好，讓人們更加感興趣的是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)本身的自適應(yīng)與進(jìn)化。例如，在對(duì)工業(yè)廢水中的生物進(jìn)行處理時(shí)，為了對(duì)處理效果不斷提高，一般要求細(xì)菌的自適應(yīng)能力更加高，進(jìn)而可以有計(jì)劃性地對(duì)細(xì)菌發(fā)生的條件進(jìn)行控制。除此之外，在大尺度的范圍中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中的動(dòng)植物的全球性問(wèn)題進(jìn)行研究，這是環(huán)境科學(xué)人員比較關(guān)注的問(wèn)題。

　　然而，現(xiàn)階段復(fù)雜適應(yīng)的'系統(tǒng)理論還存在一系列問(wèn)題，主要包括以下幾點(diǎn)。一是，這一理論中的大多數(shù)內(nèi)容具有描述性，并不能將其稱為整體化的理論體系；二是，復(fù)雜適應(yīng)的系統(tǒng)理論當(dāng)前還是在研究中的理論，要從具體的和復(fù)雜的系統(tǒng)中進(jìn)行分析得出；三是，復(fù)雜適應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)機(jī)理并不清楚，對(duì)適應(yīng)性怎樣造成穩(wěn)定復(fù)雜性機(jī)制的原因還在研究中。總而言之，通過(guò)對(duì)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的利用，能夠?qū)Νh(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的一些問(wèn)題，但是還是存在很大的困難，不能否認(rèn)的是，其一直在朝著積極的方向發(fā)展。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，現(xiàn)階段復(fù)雜性的科學(xué)理論還處于進(jìn)一步的研究中，一些新理論層出不窮。已經(jīng)形成的復(fù)雜性的科學(xué)理論給予了傳統(tǒng)環(huán)境科學(xué)和工程新的啟示，具有十分重要的實(shí)際作用。反之，環(huán)境系統(tǒng)的問(wèn)題已經(jīng)成為復(fù)雜系統(tǒng)理論在研究過(guò)程中比較大的動(dòng)力與挑戰(zhàn)。人們可以預(yù)言，復(fù)雜性的科學(xué)理論在環(huán)境科學(xué)中的運(yùn)用，不但可以實(shí)現(xiàn)在基礎(chǔ)理論上的突破，還能夠?yàn)榄h(huán)境科學(xué)的發(fā)展迎來(lái)更好地居于，會(huì)給予人類發(fā)展一個(gè)非常好的未來(lái)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]陳侃.城市化進(jìn)程與水環(huán)境質(zhì)量關(guān)系及突發(fā)水污染事件規(guī)律的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

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