为海岛“解渴”
我科学家首提新方法增加海岛地下淡水储量
本报采访人员陈席元
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 。
【「鲁春辉」为海岛“解渴” 中科学家首提新方法增加海岛地下淡水储量】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 。
北京联盟了解到“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 。 ”鲁春辉告诉采访人员 。
“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？鲁春辉告诉采访人员 ， 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 。 【「鲁春辉」为海岛“解渴” 中科学家首提新方法增加海岛地下淡水储量】【编辑:叶攀】

稿源：(新华每日电讯)

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