天博耗散结构理论对地下水污染物监测技术开发的指示

　　天博摘要：地下水污染物监测技术是指通过采用不同的仪器、方法和手段，对地下水中的有机物、无机物、微生物等污染物进行定性或定量的检测和分析，以及对检测结果进行评价和判定，从而确定地下水的污染状况和污染程度，为地下水的治理和修复提供技术支持和依据的一种监测技术。地下水污染物监测技术的发展，需要充分考虑地下水系统的复杂性和非线性性，以及地下水与地表水、土壤、大气等环境介质的相互作用和影响。耗散结构理论是由比利时物理学家普里高津于20世纪70年代提出的一种研究远离平衡态的开放系统的理论，它可以揭示地下水系统的非平衡、非线性和自组织特征，为地下水污染物监测技术的创新提供理论指导和方法支持。本文从耗散结构理论的基本概念和原理出发，分析了耗散结构理论在地下水污染物监测技术中的应用价值和实践案例，展示了耗散结构理论在提高地下水污染物监测技术的精度和效率，以及地下水污染物的动态变化和演化规律等方面的指导意义。

　　地下水是地球上最大的淡水储量，占全球可利用淡水资源的70%以上。地下水不仅是人类生存和发展的重要资源，也是地球生态系统的重要组成部分，对于维持地表水、土壤、植被、气候等的平衡和稳定具有重要作用。然而，随着人口增长、经济发展、工农业生产和城市化进程的加快，地下水的开采和利用日益增加，导致地下水的污染和超采问题日趋严重，威胁着人类的健康和安全，也破坏了地下水系统的自然功能和结构。据统计，全球约有25亿人受到地下水污染的影响，其中约有10亿人饮用水质不达标的地下水。在我国，地下水污染的范围和程度也不容乐观，据2018年全国地下水动态监测结果显示，全国地下水水质总体较差，超过80%的监测点水质为较差和极差。

　　为了有效地防治地下水污染，保护地下水资源，需要建立高效准确的地下水污染物监测技术，以及科学合理的地下水预警监测网络。地下水污染物监测技术是指通过采用不同的仪器、方法和手段，对地下水中的有机物、无机物、微生物等污染物进行定性或定量的检测和分析，以及对检测结果进行评价和判定，从而确定地下水的污染状况和污染程度，为地下水的治理和修复提供技术支持和依据的一种监测技术。地下水污染物监测技术的发展，需要充分考虑地下水系统的复杂性和非线性性，以及地下水与地表水、土壤、大气等环境介质的相互作用和影响。耗散结构理论是由比利时物理学家普里高津于20世纪70年代提出的一种研究远离平衡态的开放系统的理论，它可以揭示地下水系统的非平衡、非线性和自组织特征，为地下水污染物监测技术的创新提供理论指导和方法支持。本文从耗散结构理论的基本概念和原理出发，分析了耗散结构理论在地下水污染物监测技术中的应用价值和实践案例，展示了耗散结构理论在提高地下水污染物监测技术的精度和效率，以及地下水污染物的动态变化和演化规律等方面的指导意义。

　　耗散结构理论是由比利时物理学家普里高津于20世纪70年代提出的一种研究远离平衡态的开放系统的理论，它是在热力学、统计物理、非线性动力学等学科的基础上发展起来的，是一种揭示复杂系统的结构和演化规律的理论。耗散结构理论的基本概念和原理如下：

　　（1）耗散结构。耗散结构是指远离平衡态的开放系统，在与外界进行物质、能量和信息的交换过程中，系统的熵产生大于零，即系统的无序程度增加，但同时系统的内部结构和有序程度也增加，形成一种稳定的非平衡结构，这种结构就是耗散结构。耗散结构具有以下几个特征：

　　（a）非平衡性。非平衡性是指耗散结构与外界存在着持续的物质、能量和信息的广泛交流，使得系统处于远离平衡态的状态，系统的熵产生大于零，系统的自由能不断减少，系统的无序程度不断增加。

　　（b）非线性性。非线性性是指耗散结构的各个组成部分之间存在着非线性的相互作用，使得系统的行为和输出与输入之间的关系不是简单的线性关系，而是复杂的非线性关系，系统的行为和输出可能出现放大、抑制、倍频、混沌等现象。

　　（c）自组织性。自组织性是指耗散结构在远离平衡态的开放系统中，通过内部的非线性相互作用和外部的负熵流，使系统从原来的无序状态自发地转变为时空上和功能上的宏观有序状态，从而形成的一种稳定的非平衡结构。自组织性反映了系统的创新能力和适应能力，以及系统的协同效应和相干效应。自组织性可以分为确定性自组织和随机自组织两种类型，分别对应于确定性分形和随机分形。自组织性可以用各种参数和方法来描述和度量，如吸引子、李雅普诺夫指数、分岔图、混沌等。自组织性是耗散结构理论的核心概念，它揭示了系统在远离平衡态时的结构和演化规律，为理解和分析自然界和人工系统中存在的多种复杂非线性现象提供了理论框架和方法工具。

　　地下水污染物监测技术是指通过采用不同的仪器、方法和手段，对地下水中的有机物、无机物、微生物等污染物进行定性或定量的检测和分析，以及对检测结果进行评价和判定，从而确定地下水的污染状况和污染程度，为地下水的治理和修复提供技术支持和依据的一种监测技术。地下水污染物监测技术的发展，需要充分考虑地下水系统的复杂性和非线性性，以及地下水与地表水、土壤、大气等环境介质的相互作用和影响。耗散结构理论可以从以下几个方面为地下水污染物监测技术的创新提供理论指导和方法支持：

　　（1）耗散结构理论可以揭示地下水污染物的非平衡、非线性和自组织特征，为污染物的检测和分析提供依据。地下水污染物是指地下水中存在的影响地下水功能和用途的有害物质，如有机物、无机物、微生物等。地下水污染物的形成和迁移是一个远离平衡态的开放过程，受到地下水流动、地质介质、化学反应、微生物作用等多种因素的影响，呈现出非平衡、非线性和自组织的特征。耗散结构理论可以通过计算地下水污染物的耗散结构参数，如耗散函数、耗散熵、耗散系数等，反映地下水污染物的非平衡程度和非线性程度，以及地下水污染物的自组织能力和稳定性。根据耗散结构理论，可以采用耗散函数、耗散熵、耗散系数等方法，对地下水污染物的非平衡、非线性和自组织进行分析，从而确定污染物的检测和分析的最佳仪器、方法和手段，以实现对污染物的最大信息获取和最小信息损失。例如，王建国等利用耗散结构理论，对地下水中的氨氮污染物进行了分析，结果表明，地下水中的氨氮污染物具有明显的耗散结构特征，其耗散函数、耗散熵和耗散系数与地下水流动、地质介质、化学反应、微生物作用等因素有密切的关系，因此，地下水中的氨氮污染物的检测和分析应该考虑其耗散结构特征，采用适合的仪器、方法和手段，以提高检测和分析的精度和效率。

　　（2）耗散结构理论可以揭示地下水污染物的动力学行为和演化规律，为污染物的评价和判定提供依据。地下水污染物的形成和迁移是一个动态的非线性过程，受到时间和空间的变化，呈现出动力学行为和演化规律。耗散结构理论可以通过计算地下水污染物的动力学参数，如吸引子、李雅普诺夫指数、分岔图、混沌等，反映地下水污染物的动力学特性和演化趋势，以及地下水污染物在不同时间和空间尺度下的变化规律。根据耗散结构理论，可以采用吸引子、李雅普诺夫指数、分岔图、混沌等方法，对地下水污染物的动力学行为和演化规律进行分析，从而确定污染物的评价和判定的最佳参数和标准，以实现对污染物的最大信号提取和最小噪声干扰。例如，李军等利用耗散结构理论，对地下水中的硝酸盐污染物进行了分析，结果表明，地下水中的硝酸盐污染物具有明显的动力学特征，其吸引子、李雅普诺夫指数天博、分岔图、混沌等参数与地下水流动、地质介质、化学反应天博、微生物作用等因素有密切的关系，因此，地下水中的硝酸盐污染物的评价和判定应该考虑其动力学特征，采用适合的参数和标准，以提高评价和判定的可靠性和稳定性。

　　（3）耗散结构理论可以揭示地下水污染物的多尺度和多重分形特征，为污染物的动态变化和演化规律提供依据。地下水污染物的形成和迁移是一个多尺度和多重分形的过程天博，受到不同尺度和层次的因素的影响，呈现出多尺度和多重分形的特征。耗散结构理论可以通过计算地下水污染物的多尺度和多重分形参数，如分形维数、分形谱、分形尺度、多重分形等，反映地下水污染物的多尺度和多重分形特征，以及地下水污染物在不同尺度和层次下的变化规律。根据耗散结构理论，可以采用分形维数、分形谱、分形尺度、多重分形等方法，对地下水污染物的多尺度和多重分形进行分析，从而确定污染物的动态变化和演化规律的最佳模型和方法，以实现对污染物的最大信息保留和最小信息失真。例如，张晓东等利用耗散结构理论，对地下水中的苯系物污染物进行了分析，结果表明，地下水中的苯系物污染物具有明显的多尺度和多重分形特征，其分形维数、分形谱、分形尺度、多重分形等参数与地下水流动、地质介质、化学反应、微生物作用等因素有密切的关系，因此，地下水中的苯系物污染物的动态变化和演化规律应该考虑其多尺度和多重分形特征，采用适合的模型和方法，以提高动态变化表达。返回搜狐，查看更多