小流域系统是一定面积上（或空间）水流与环境（流域）相互作用产生的具有一定结构和功能的集合体，是一个处于非平衡状态的开放系统。河流与环境不断地交换能量、物质和信息，通过能量耗散和系统内部的非线性动力学机制，形成并维持了时间和空间上的宏观有序结构，即耗散结构。
在开放系统中，负熵流导致了有序结构的形成和维持。图2.8给出了小流域系统的熵变，根据不可逆过程热力学可将其表示为：dS＝deS＋diS。这里deS是来自环境的负熵流，可理解为气候、植被、土壤、地质、地形及水利水土保持工程等维持水系存在和发展的自然和人工环境的条件变化；diS是水系内部的熵产生，包括水体流动、水位涨落、物质扩散、泥沙输移、断面冲淤、河床演变等，且有diS≥0，它表明小流域系统经历着不可逆过程。
小流域是一个运动系统，diS愈大，过程愈复杂，离平衡愈远。一个不为零的熵流diS能够维持，甚至在一个稳定情况上（即dS＝0），不可逆过程将要继续进行下去。小流域要求环境供应熵流，且将产生一个有关的deS，有diS＝-deS＞0。如果河流系统受到扰动而失去稳定性，则diS呈现增大或减小。前者意味着河流发育，向高一级的有序结构演进；后者意味着退化到平衡态，河系趋于消亡。
熵产生效应，是耗散量的简单量度。在流域系统中，来自流域的能量、物质及信息，维持着水系的运动。这种供求关系及满足程度，导致了河流系统的演进与衰退、发育与消亡，控制了它们的方向和速度。
图2.8 小流域系统的熵变
以上分析表明，小流域系统具有形成耗散结构的条件：
1）河流以小流域为环境，进行物质、能量和信息交换，是一个开放系统；
2）小流域系统远离热平衡状态；
3）小流域系统内部各要素，如水流、泥沙、河床之间存在着非线性关系，产生协调作用和相干效应，使其组合不仅是量的增加，且有质的变化；
4）水情变化的随机性涨落，是产生非平衡相变和导致有序性的重要原因。
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