水资源安全系统的开放特点

水资源安全系统的开放特征表现在与环境不断进行着物质、能量和信息的交换。开放系统这一概念是从热力学移植过来的,在热力学中定义了两类重要的热力学系统:封闭系统和开放系统。如果一个系统与外界不进行物质和能量的交换,则称为封闭系统。

若以ΔM 和ΔE 分别表示物质和能量在Δt期间的交换量,则孤立系统同时满足ΔM=0和ΔE=0；如果同外界既有物质交换又有能量交换,即ΔM ≠0、ΔE ≠0,则系统称为开放系统。

根据热力学中的“熵增原则”,一个封闭系统在其自发的演变过程中,系统的熵只能增加不会减少,熵便是对系统无序程度的一种度量。因此,一个封闭系统会自发地趋向熵增加的方向,使系统的有序程度越来越低,最终达到熵的最大值和混沌的状态。水资源安全系统作为开放系统,与外界环境不断地发展着物质、能量和信息交换,若以ds表示系统的总熵变化,dis表示系统内部熵变化,des表示系统与环境相互作用产生的熵变化,则系统的总熵变化为

由于dis总是大于零的,因此要保持系统熵减 (即ds＜0)的条件是系统从环境吸收的负熵流大于系统内部的熵增,即dis＜-des。(www.xing528.com)

也可以用另一指标来反映系统的有序程度。设R(t)为系统的有序度,S(t)和Smax分别表示系统在t时刻和热力学平衡态时的熵值,则

从式(5-2)可以看出,系统有序性增强[R(t)增大]的条件是系统熵值变小[S(t)变小]。

水资源安全系统要保持安全性,就必须保持 “耗散结构”,一方面从外界输入负熵流,即输入能量、物质和信息,包括从自然界中吸收空中水、其他区域调水等。另一方面,提高资源 (能量、物质、信息、科学技术)的利用效益,减少区内的熵增。