مروری بر نگاه ترمودینامیکی به بیلان آب با تاکید بر انتروپی و اصل تولید حداکثر انتروپی

در نگاه ترمودینامیکی به چرخه هیدرولوژی، این چرخه از طریق فرایندهای ترمودینامیک به سوی وضعیت غیرتعادلی ترمودینامیکی و تولید حداکثر انتروپی پیش می‌رود. لذا امکان شناخت و توصیف آن از طریق محاسبه نرخ تولید انتروپی و اصل تولید حداکثر انتروپی (mep) وجود دارد. بر طبق اصل mep اگر در یک سیستم به اندازه کافی درجه آزادی وجود داشته باشد، آن سیستم وضعیت پایدار را اتخاذ خواهد کرد، به‎طوری که تولید انتروپی در آن تحت محدودیت‌های موجود حداکثر می‏شود. اصل mep می‎تواند به برآورد مولفه‎ها و پارامترهای هیدرولوژیکی در حوزه آبخیز بدون نیاز به شناخت تفصیلی مشخصات سیستم کمک نماید. با توجه به اهمیت این موضوع در علم مدل‎سازی هیدرولوژیکی و کمبود منابع فارسی در این زمینه، مطالعه حاضر با استفاده از منابع علمی معتبر چرخه هیدرولوژی را با نگاه ترمودینامیکی مورد بررسی قرار می‌دهد. در این مطالعه چرخه هیدرولوژی به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی مورد توجه قرار می‎گیرد و نحوه محاسبه نرخ تولید انتروپی توسط هر یک از مولفه‎‌های بیلان آب ذکر می‏شود. هم‎چنین، نحوه برآورد مولفه‌های هیدرولوژیکی با استفاده از اصل mep در خلال یک مثال ساده بیان می‎شود. به‎طور کلی، اصل mep نویدی بزرگ است برای شناخت بهتر فرآیندهای هیدرولوژیکی درون سیستم زمین و توسعه مدل‌ها بر اساس ترمودینامیک غیرتعادلی.

A review on Thermodynamics in Water Cycle with Emphasizing on Entropy and Maximum Entropy Production Principle

Hydrological cycle is directed into thermodynamic nonequilibrium state and maximum entropy production through thermodynamic processes. Therefore, it is possible to understand and describe hydrological cycle through computation of entropy production rate and the maximum entropy production principle (MEP). Based on MEP, if there are sufficient degrees of freedom within a system, it will adopt a steady state at which entropy production is maximized under existing restrictions. This principle can help to estimate the hydrological components and parameters without need for detailed understanding of watershed characteristics. Due to the importance of this issue in the science of hydrological modeling and the lack of Persian resources in this field, the present study examines the hydrological cycle from a thermodynamic point of view using valid scientific sources. In this study, the hydrological cycle is considered as a thermodynamic system and the method of calculating entropy production rate by components of water balance is presented. Also, how to estimate hydrological components using the MEP principle is explained in a simple example. Overall, the MEP principle holds great promise for equipping us with a better understanding of the organization of hydrological processes within the Earth system and development of the models based on nonequilibrium thermodynamic.