6.3.4 水资源系统的耗散特性
耗散结构理论认为，一个系统形成耗散结构的条件包括以下方面。
（1）系统必须开放。热力学第二定律“熵增加原理”揭示，对于一个孤立系统而言，熵随时间加大或不变dS≥0，熵达到极大值，系统达到最无序的平稳态，不会出现耗散结构。通过考察引起熵变的不同原因，普利高津提出对于开放系统，把总熵变dS区分为性质不同的两部分，热力学第二定律只要求diS≥0，然而，对外界给系统不断注入的熵流则没有确定的要求，deS可大于、等于或小于0。在deS小于0的情况下，只要该负熵流除抵消系统内部的熵增外，还能使系统的总熵dS减少，从而使系统进入相对有序的状态。显然，对于开放系统来说，系统可以从无序进入有序的耗散结构状态。但是，如果外界注入的是正熵流，系统不仅不能形成有序的耗散结构，反而会更趋混乱。可见，只有系统开放，与外界存在物质、能量和信息的交换时，系统才可能走向有序。
（2）远离平衡态。耗散结构理论从许多物理、化学及生物的研究表明，系统在平衡态和近平衡态（线性区）时，总是趋于无序。因为在平衡过程中进行的结构演变，要么发生趋向最无序状态的演化（孤立系统），要么发生形成平衡有序结构的演化（封闭系统）。所以，出现耗散结构的另一重要条件是外界必须驱动开放系统达到远离平衡态的区域。
（3）非线性相互作用。系统内部各不可逆过程之间必须有非线性相互作用（包括相干作用和协调作用）。线性相互作用使系统偏离定态后要么逐渐回归均匀定态，要么无限发散下去，因而不可能出现有序演化行为，只有非线性相互作用，才能使系统趋于动态有序。
（4）系统由无序变到有序通过涨落实现。涨落代表的是微观组分之间的一种相关运行，不同涨落代表系统的一种随机探索新结构的趋势。但通常的涨落很小，又随机生灭，不可能形成新结构。一旦控制参数逼近临界值，就会形成宏观尺度上的巨涨落，这种涨落代表一种新的组织方式，当被某种系统机制稳定下来，就是一定的耗散结构。所以普利高津认为，耗散结构是某种被稳定下来的巨涨落。
上述条件是相互紧密联系的，根据这些条件可以把耗散结构概括为：在非平衡条件下产生的，依靠物质、能量、信息不断输入和输出条件来维持其内部非线性相互作用的有序系统。水资源系统是生态、经济、社会相耦合的系统，它符合耗散结构的要求，体现在以下方面。
（1）水资源系统是开放的大系统。人类与水资源系统相关的水事活动有直接和间接两个方面：直接方面为调节、控制和利用水的活动；间接方面为对水的特性、循环与运动产生影响的活动，通过这些活动使水资源系统与所处的环境存在物质流、能量流、信息流，使系统总熵减少，有序性增强。
（2）水资源系统是远离平衡态的。平衡态的特征是各要素均匀单一、无序，熵值极大，混乱程度最大，显然，水资源系统在时间上、空间上和功能上能保持有序，因此系统不是处于平衡态。若系统处于近平衡状态区并与外界有物质、能量的交换，就会回到平衡状态，所以水资源系统是远离平衡态的。
（3）水资源系统内部要素和子系统之间是非线性结构。水资源系统是一资源、生态、经济相复合的系统，各子系统之间相互制约、相互推动，各用水部门之间也相互竞争、相互影响。因此，各子系统之间所存在的关系都是非线性的，几乎难以找出它们之间的线性关系，而我们通常所说的线性只是一种近似而已。
（4）涨落导致有序。涨落是指系统中某个变量或行为对均值的偏离，它使系统偏离原来的状态。水资源系统同样也不断受到外界的影响而产生无数个“小涨落”，例如暴雨洪水，入库流量加大，库水位抬高等，当涨落影响的程度达到一定的结果时，即这些值达到某个临界值时，系统就会产生“巨涨落”，从当前的状态跃到更有序的状态，形成新的耗散结构。在水资源系统中通常所描述的变量大都具有这种特性。
水资源系统是耗散结构，说明水资源系统是一动态有序结构，系统从低度有序向高度有序演化的过程，是耗散结构形成或从一种耗散结构转变到另一种耗散结构的过程。但系统的相变结果不一定都走向新的有序，也可能走向无序，有序、无序之间可以相互转化。
多维临界调控其内涵就是要维持水资源系统的协调，保证系统的良性循环，而系统科学原理揭示，协调与有序是内在联系的。比如经济系统协调、稳定发展就是有序，经济发展失调就是无序。维持生态平衡就是有序，否则就是无序。对于水资源系统，如果经济、社会、生态子系统都能够保持一定的秩序，而且在组合上协调、适度，那么整个系统就是有序的。因此，对水资源系统进行调控使之协调，也就是要提高水资源系统的有序性，实现向有序方向的演化。但是如何在较高的层次上来分析系统的演化，如何来衡量系统的有序性，是系统科学要解决的主要问题，也是临界调控首先需要解决的问题。
熵与有序度之间存在一定的关系，即系统的信息熵大，则其有序程度低；反之，系统的有序程度高，则其熵小。这样，就能利用熵与有序度的关系，用物理量熵来描述水资源系统的有序度变化及演化方向。
虽然应用熵是解决上述问题的一个途径，但熵理论也有一定的局限性。在一般情况下，自组织结构中的熵变化不大，难以有效地揭示结构演化。有些演化，熵在相变点上并不发生跃迁，无法用它来区分相变前后的两种结构。另外，熵不是一个可以直接观测的量，要用直接可观测量的显式函数把熵产生、熵流表达出来，往往是困难的，不便于实际应用。协同学中的序参量可解决这个问题，为此，本文首先应用协同学来衡量子系统的有序程度，然后再在此基础上，应用熵来判别整个水资源系统的演化方向。