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。