複雜性科學在環境科學與工程中的應用論文

複雜性科學在環境科學與工程中的應用論文

　　現階段國際學術界中的非線性科學以及複雜性科學思維發展到了新的階段，對於複雜系統來說，其對當今社會中環境複雜性的問題能夠有效解決，具有一定的獨到之處。就環境科學具有跨越式的自然學科和社會學科以及技術學科來說，非線性科學與複雜性的科學都有不可替代的重要意義，而且部分複雜的環境問題的處理必須對其進行應用才能增強有效性。

　　1混沌理論在環境科學與工程中的應用

　　環境系統中具有存在很多的複雜但是又不確定的子系統，可以說，這一系統中的變數關係是非常複雜的，各變數間呈互相禍合存在，具有很強的不確定性。相關環境科學研究人員一直試圖對系統發生的變化進行詳細地描述，對系統當中存在的潛在資訊作一挖掘。環境系統當中存在的不確定因素一直以來都是環境科學中比較重視的問題，但是以往的思維模式就算不屬於機率邏輯，就會是確定論，並沒有對系統的動力學變化進行仔細說明。就水環境當中存在的很多不確定的非線性關係，需要人們在非線性領域中正確對待混沌問題，透過對混沌理論的御用實現對環境系統的再次研究，會在一定程度上拓展人們的視野與思維，對其以前的認識進行改革，例如，城市生活用水系統中的應用。透過對混沌理論的應用，選擇相空間的重構法，能夠將貌似具有隨機性地混亂用水系統轉化成有序的結構系統。當然，混沌理論也可以在環境科學中的其它方面進行應用，例如，對河流水質的預測和城市的規劃以及生態種群的複雜性研究等方面。

　　環境系統當中的複雜現象非常多，且都是伴隨混沌現象的出現而出現，可以看出，混沌理論應用在環境科學當中能夠發揮巨大的潛能，具有廣闊的前景。

　　2分形理論在環境科學與工程中的應用

　　對分形理論的研究屬於歐式幾何中忽視的一個無定形的內容。研究人員曼德勃羅對分形幾何進行了開創，併科學地對該類複雜性的全新概念以及方法做了詳細地闡述，即區域性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，還涉及時間分形和社會分形以及思維分形。就分形理論而言，其主要從非線性的複雜系統中進行著手，不曾簡化與抽象地區研究，讓人們可以對思維方法從線性轉化到非線性，對貌似混亂和無規則與隨機現象的發展規律做了定論。分形理論是新概念與新方法，其在處理環境科學時的複雜現象進行了應用。

　　對水的大多數處理都是除掉水中存在的懸浮的固體顆粒，因此，研究絮體結構本身的意義是非常重要的。但是在分形幾何前，並不能輕而易舉地對絮體複雜的形狀進行描述，然而分形幾何能夠在一定程度上探求不規則的幾何體。也就是說，分形能夠促進混凝工藝的改進，並且可以對混凝機理進行新的研究。就水質狀態來說，儘管其化學成分的複雜性比較強，但是所有汙染因子在變化時都和水質存在一定的關係，分形理論能夠對其作用進行有效發揮。

　　3複雜適應性理論在環境科學和工程中的應用

　　所謂複雜適應系統，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湧現。在所有的層次上都會出現新的模式，層次比較低的複雜性適應系統可以利用相互作用出現高層次現象，其從低層次的現象中組合而成。複雜適應的系統理論能夠對複雜系統本身的層次結構與功能進行描述，加之，複雜適應的系統理論已經在演算法與模型上獲得了一定的成功，例如遺傳演算法，其具有非常強的普適性與可操作性，在環境科學中的發展也比較好，讓人們更加感興趣的是動態系統本身的自適應與進化。例如，在對工業廢水中的生物進行處理時，為了對處理效果不斷提高，一般要求細菌的自適應能力更加高，進而可以有計劃性地對細菌發生的條件進行控制。除此之外，在大尺度的範圍中，對生態系統當中的動植物的全球性問題進行研究，這是環境科學人員比較關注的'問題。

　　然而，現階段複雜適應的系統理論還存在一系列問題，主要包括以下幾點。一是，這一理論中的大多數內容具有描述性，並不能將其稱為整體化的理論體系；二是，複雜適應的系統理論當前還是在研究中的理論，要從具體的和複雜的系統中進行分析得出；三是，複雜適應的系統數學機理並不清楚，對適應性怎樣造成穩定複雜性機制的原因還在研究中。總而言之，透過對複雜適應系統理論的利用，能夠對環境科學領域中的一些問題，但是還是存在很大的困難，不能否認的是，其一直在朝著積極的方向發展。

　　4結束語

　　綜上所述，現階段複雜性的科學理論還處於進一步的研究中，一些新理論層出不窮。已經形成的複雜性的科學理論給予了傳統環境科學和工程新的啟示，具有十分重要的實際作用。反之，環境系統的問題已經成為複雜系統理論在研究過程中比較大的動力與挑戰。人們可以預言，複雜性的科學理論在環境科學中的運用，不但可以實現在基礎理論上的突破，還能夠為環境科學的發展迎來更好地居於，會給予人類發展一個非常好的未來。

　　參考文獻：

　　[1]陳侃.城市化程序與水環境質量關係及突發水汙染事件規律的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.