為海島「解渴」中科學家首提新方法增加海島地下淡水儲量

萬象資訊w 發佈 2020-01-13T11:18:42+00:00

為海島「解渴」我科學家首提新方法增加海島地下淡水儲量本報記者陳席元對居住在海島上的人們,淡水是稀缺資源。在開山島上堅守32年的「時代楷模」王繼才,起初有岸上定期送淡水,但他聽說每次送水的登陸艇,光是油錢就得花5000元時,就堅決不讓人送了。

為海島「解渴」

我科學家首提新方法增加海島地下淡水儲量

本報記者陳席元

對居住在海島上的人們,淡水是稀缺資源。在開山島上堅守32年的「時代楷模」王繼才,起初有岸上定期送淡水,但他聽說每次送水的登陸艇,光是油錢就得花5000元時,就堅決不讓人送了。

王繼才把雨水導到水窖里,又聽從別人的建議,放泥鰍來凈化水質。為了節約本就不多的雨水,即便是夏天洗澡,他和妻子王仕花也只用一臉盆的水。

我國是海洋大國,據不完全統計,面積達500平方米以上的島嶼6500多個,有人居住的海島約450個。

隨著社會經濟的發展,船運淡水、海水淡化、收集雨水等方法,越來越難以滿足日益增長的淡水需求。

然而,淡化1噸海水需要耗費近1噸柴油。如何提高淡水資源安全保障能力,是海島開發亟待解決的世界性難題。

在河海大學,水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室副主任魯春輝教授,已經帶領團隊研究了2年。

2年前,魯春輝回到他的家鄉江蘇南通,拜訪了洋口港先期開發的重點區域陽光島。

「這座島在南通如東外海13公里處,由人工吹填而成,島上的淡水是用管道送上去的。」魯春輝說,「當地擔憂,萬一水源斷了,島上的生產生活怎麼辦?

在魯春輝看來,「骨質疏鬆」的海,是天然的蓄水池。

「雨水落到海島上,小部分從地表流進海里,還有很大一部分滲透到地下,匯集到海島地下的沙土或珊瑚礁的孔隙中。」魯春輝解釋,「因此海島下的淡水資源,就像『燈下黑』,以往沒能得到太多重視。」

他介紹說,國內外學者對海島地下淡水的研究,多集中在其形成與演變機理、開採方式、影響因素等方面。「現在的問題是,怎麼把不多的淡水儲量變大?

「因為淡水密度比海水小,所以在大部分海島的地下,淡水就像『漂浮』在海水上,形成類似透鏡的狀態。」魯春輝告訴記者。

「我們叫它『淡水透鏡體』。」魯春輝說,淡水透鏡體的厚度因島而異,有的只有幾米,有的可達十幾米,是可再生的、有限的淡水資源。

「如果能將這些淡水儲存起來,海島就可以實現一部分自給自足,極大地降低經濟和生態成本。」魯春輝說,具體方案就是給海島「套圍脖」,用一層低滲透性介質材料把海島圈起來。

在國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助下,魯春輝團隊在實驗室搭建起一座座砂槽,用不同粒徑的砂子充當海島地下的介質,模擬各種條件下淡水透鏡體的變化。

他們在一個玻璃槽里填進大量砂子,模擬海島;頂部用滴管向砂槽輸水,模擬降雨帶來的淡水。然後,研究人員在砂子的外側填充更細的砂子,形成低滲透層;再從低滲透層的外側輸入海水,觀察在不同的「降雨」強度下,低滲透層能在多大程度上增加淡水的體積。

每隔1分鐘,研究人員就用相機記錄一次鹹淡水交介面位置的變化。

研究發現,當低滲透層的滲透性,達到「海島」原始砂子滲透性的十分之一時,就能夠顯著觀察到「淡水儲量」的增加。這說明低滲透層有效地阻止了「海水」入侵。

「當然了,實際上能增加多少淡水儲量,還受制于海島幾何尺寸、地質條件、降雨強度、潮汐等因素。」魯春輝說。

之後,魯春輝團隊又以美國佛羅里達的聖喬治島為假想對象,進行案例研究。

「聖喬治島有個特點,它可以抽象為一個長方形。」魯春輝介紹,基於外國文獻對聖喬治島水文氣象方面的研究數據,河海大學的科研人員在計算機上進行了模擬。

數學推導結果顯示,當外圍低滲透層的厚度達20米、滲透性減小到海島自身滲透性的1%時,海島地下淡水體積就可以增加4倍。

那麼,是不是滲透性越低越好,最好完全不滲透呢?魯春輝告訴記者,在實際工程應用中,還不能徹底阻斷海島地下鹹淡水間的交互。

「一旦發生海嘯、風暴潮等意外狀況,地下水將被長期污染,無法實現自我凈化。」魯春輝說。

香港大學地球科學系的焦赳赳教授是國際知名水文地質專家,近20年來,他一直在研究海岸帶填海工程對地下水造成的影響。

「在建設人工島之前就要考慮設置圍擋介質,在填海造陸的同時建設『地下水庫』,相比建成之後再行改造,可以大幅節約成本。」焦赳赳建議。

目前,魯春輝團隊正在申請5項發明專利,相關成果已發表在水文水資源領域的國際頂級期刊《水資源研究》上。據了解,這是國際上首次提出能夠增加海島地下淡水儲量的方法。 【編輯:葉攀】

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