您当前的位置:首页 > 科技 > 高新技术

科学家首提新方法增加海岛地下淡水储量

2020-01-14 08:57:04 来源: 新华每日电讯 作者: 陈席元
摘要:然而,淡化1吨海水需要耗费近1吨柴油。如何提高淡水资源安全保障能力,是海岛开发亟待解决的世界性难题。在河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室副主任鲁春辉教授,已经带领团队研究了2年。

  原标题:为海岛“解渴” 中科学家首提新方法增加海岛地下淡水储量

  对居住在海岛上的人们,淡水是稀缺资源。在开山岛上坚守32年的“时代楷模”王继才,起初有岸上定期送淡水,但他听说每次送水的登陆艇,光是油钱就得花5000元时,就坚决不让人送了。

  王继才把雨水导到水窖里,又听从别人的建议,放泥鳅来净化水质。为了节约本就不多的雨水,即便是夏天洗澡,他和妻子王仕花也只用一脸盆的水。

  我国是海洋大国,据不完全统计,面积达500平方米以上的岛屿6500多个,有人居住的海岛约450个。

  随着社会经济的发展,船运淡水、海水淡化、收集雨水等方法,越来越难以满足日益增长的淡水需求。

  然而,淡化1吨海水需要耗费近1吨柴油。如何提高淡水资源安全保障能力,是海岛开发亟待解决的世界性难题。

  在河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室副主任鲁春辉教授,已经带领团队研究了2年。

  2年前,鲁春辉回到他的家乡江苏南通,拜访了洋口港先期开发的重点区域阳光岛。

  “这座岛在南通如东外海13公里处,由人工吹填而成,岛上的淡水是用管道送上去的。”鲁春辉说,“当地担忧,万一水源断了,岛上的生产生活怎么办?

  在鲁春辉看来,“骨质疏松”的海,是天然的蓄水池。

  “雨水落到海岛上,小部分从地表流进海里,还有很大一部分渗透到地下,汇集到海岛地下的沙土或珊瑚礁的孔隙中。”鲁春辉解释,“因此海岛下的淡水资源,就像‘灯下黑’,以往没能得到太多重视。”

  他介绍说,国内外学者对海岛地下淡水的研究,多集中在其形成与演变机理、开采方式、影响因素等方面。“现在的问题是,怎么把不多的淡水储量变大?

  “因为淡水密度比海水小,所以在大部分海岛的地下,淡水就像‘漂浮’在海水上,形成类似透镜的状态。”鲁春辉告诉记者。

  “我们叫它‘淡水透镜体’。”鲁春辉说,淡水透镜体的厚度因岛而异,有的只有几米,有的可达十几米,是可再生的、有限的淡水资源。

  “如果能将这些淡水储存起来,海岛就可以实现一部分自给自足,极大地降低经济和生态成本。”鲁春辉说,具体方案就是给海岛“套围脖”,用一层低渗透性介质材料把海岛圈起来。

  在国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助下,鲁春辉团队在实验室搭建起一座座砂槽,用不同粒径的砂子充当海岛地下的介质,模拟各种条件下淡水透镜体的变化。

  他们在一个玻璃槽里填进大量砂子,模拟海岛;顶部用滴管向砂槽输水,模拟降雨带来的淡水。然后,研究人员在砂子的外侧填充更细的砂子,形成低渗透层;再从低渗透层的外侧输入海水,观察在不同的“降雨”强度下,低渗透层能在多大程度上增加淡水的体积。

  每隔1分钟,研究人员就用相机记录一次咸淡水交界面位置的变化。

  研究发现,当低渗透层的渗透性,达到“海岛”原始砂子渗透性的十分之一时,就能够显著观察到“淡水储量”的增加。这说明低渗透层有效地阻止了“海水”入侵。

  “当然了,实际上能增加多少淡水储量,还受制于海岛几何尺寸、地质条件、降雨强度、潮汐等因素。”鲁春辉说。

  之后,鲁春辉团队又以美国佛罗里达的圣乔治岛为假想对象,进行案例研究。

  “圣乔治岛有个特点,它可以抽象为一个长方形。”鲁春辉介绍,基于外国文献对圣乔治岛水文气象方面的研究数据,河海大学的科研人员在计算机上进行了模拟。

  数学推导结果显示,当外围低渗透层的厚度达20米、渗透性减小到海岛自身渗透性的1%时,海岛地下淡水体积就可以增加4倍。

  那么,是不是渗透性越低越好,最好完全不渗透呢?鲁春辉告诉记者,在实际工程应用中,还不能彻底阻断海岛地下咸淡水间的交互。

  “一旦发生海啸、风暴潮等意外状况,地下水将被长期污染,无法实现自我净化。”鲁春辉说。

  香港大学地球科学系的焦赳赳教授是国际知名水文地质专家,近20年来,他一直在研究海岸带填海工程对地下水造成的影响。

  “在建设人工岛之前就要考虑设置围挡介质,在填海造陆的同时建设‘地下水库’,相比建成之后再行改造,可以大幅节约成本。”焦赳赳建议。

  目前,鲁春辉团队正在申请5项发明专利,相关成果已发表在水文水资源领域的国际顶级期刊《水资源研究》上。据了解,这是国际上首次提出能够增加海岛地下淡水储量的方法。


热门推荐
返回顶部