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海岛下藏着“淡水池”,特殊“围脖”可显著增

科技日报 金凤

对付阔别大年夜陆的海岛来说,淡水资本是稀缺品。但着实,这些海岛下方,就“自带”大年夜量的淡水。这些淡水经降雨渗到海岛地下,不绝地流向海里。假如能将这些淡水储存下,并开拓使用,那海岛就可以实现自给自足,极大年夜低落经济、生态资源。河海大年夜学水文水资本与水利工程科学国家重点实验室副主任鲁春辉教授带领团队耗时两年,发明在海岛外部区域,“围”一层低渗透性介质材料,可以阻拦海水入侵,显明增添海岛地下淡水储量。这一钻研前不久颁发在水文水资本领域国际顶级期刊《水资本钻研》(《Water Resources Research》请编辑保留英文名称,以差别于一本中文同名期刊)上。这也是国际上首次提出的一种可以增添海岛地下淡水资本储量的措施。

鲁春辉教授指示博士生做海岛地下水实验,受访者供图

“骨质松散”的海岛,是天然的蓄池塘

2年前,鲁春辉访问家乡南通的阳光岛时发明,这座间隔南通如东外海13公里、吹填而成的人工岛,是洋口港先期开拓扶植的重点区域,岛上的淡水供应,便是靠输水管道输送上去的,“当地很担忧,万一水资本断了,那岛上的临盆生活怎么办?”

我国是海洋大年夜国,海岛资本十分富厚,也是我国经济成长的紧张依托。。据不完全统计,我国拥有面积达500平方米以上的岛屿6500多个,有人栖身的海岛约450个。

进入21世纪以来,人工岛成为今朝天下用海的盛行趋势。跟着海岛的开拓扶植,相关的水资本提供问题日趋首要,仅仅经由过程船运大年夜陆淡水、海水淡化、网络雨水处置惩罚等步伐难以满意日益增长的淡水需求。是以,若何前进淡水资本安然保障能力是海岛开拓亟待办理的问题。

着实,海岛的淡水资本开拓存在“灯下黑”,每一座海岛便是一座天然的淡池塘。常年钻研水资本的鲁春辉先容,“平日,海岛的‘土质’都对照稀松,由于透水性很好、渗透性大年夜,这也造成岛上很难形成河流、湖泊。雨水落到海岛上,一小部分随地表径流流进海里,还有很大年夜部分是渗透到地下,搜集到海岛地下的沙土或珊瑚礁的孔隙中。”鲁春辉表示,因为淡水密度比海水小,以是大年夜部分海岛的地下淡水看起来是“漂浮”于入侵的海水之上的,这种外形好像透镜体,故被称作“淡水透镜体”。淡水透镜体的厚度因岛而异,有的仅几米,有的十几米,是海岛上可再生的有限地下淡水资本。

曾有钻研显示,我们西沙主要岛屿淡水透镜体的总储量为数百万立方米,年度可开采量为数十万立方米。

“这些搜集在海岛地下孔隙中的淡水,会跟着海平面上升或者降雨量削减而赓续削减。然而,国内外学者对海岛地下淡水的钻研,多集中在其影响身分、形成与蜕变机理、开采要领等领域。”站在如东的海边,鲁春辉教授突发奇想,有没有可能找到措施,增添海岛地下淡水储量呢?

海岛淡水透镜体示意图,受访者供图

给海岛包一层低渗透的隔离带,能保留更多淡水

幸运的是,鲁春辉get到的科研领域,此前尚未有相关钻研成果宣布,此前学界不停缺少有效措施节制海岛海水入侵及增添海岛淡水储量 ,这为他打开了一扇窗。

但影响海岛地下淡水储量的身分很多,有水文地质前提、岛屿的几何形态、地下水的回补、潮汐等。“有没有可能在海岛周围圈上一层隔离带,让海水进得更少,从而增大年夜淡水储量呢?”在国家重点研发计划及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,以不合粒径的沙子充当地下不合渗透性的介质,来模拟不合情境下淡水透镜体的变更。

在实验室里,他们在一个玻璃槽里填进大年夜量的砂子模拟海岛,顶层用蠕动泵经由过程滴管向砂槽运送水,来模拟降雨的历程。在砂子的左侧,他们又填进更细的砂子来模拟低渗透性介质,再从砂槽左侧输入海水,模拟该降雨强度下细砂形成的低渗透性屏蔽对增大年夜淡水体积的效果。每隔1分钟,钻研职员便用相机拍摄记录一次咸淡水交界面位置的变更。

海岛地下水室内实验。左图为原始海岛地下咸淡水散播;右图为采纳提出的措施后地下咸淡水散播。血色为入侵咸水区域 ,受访者供图

终极,他们发明,当外部砂子的渗透性减小到海岛原始砂子的渗透性的十分之一时,增添淡水储存的效果相称显明。当然,这还受制于海岛尺寸、降雨强度、海岛深度等身分。

随后,他们又以美国佛罗里达州圣乔治岛为假想海岛,进行案例钻研。该长方形岛屿的半宽为500米,降雨强度约为125毫米/年,海岛深度40米,海岛地下介质的渗透系数为5 米/天。他们采纳更低渗透性介质模拟在海岛四四周成一圈,当外围低渗透层厚度20米,其渗透性减小到海岛介质渗透性的1%时,海岛地下淡水体积便可达到增添4倍的效果。

防渗透并不料味着不渗透,鲁春辉说,假如完全阻挡海岛地下咸淡水间的交互,一旦碰到海啸、风暴潮等意外,会导致地下水被经久污染,无法自我净化。

“当然,砂子也只是此中一种可用来实现低渗透层介质,任何满意这种渗透性的材料都可以填埋在海岛周围。”鲁春辉说,和船运大年夜陆淡水、海水淡化等步伐比拟,这种措施的稳定性和经济性较高,可以前进海岛的自力生计能力,实现淡水的自给自足。

“对付已经形成的海岛,可以进行改造,对付未建或在建的海岛,还可指示设计。”鲁春辉教授说。

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