探索！中國科學家首提新方法增加海島地下淡水儲量

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，島上的生產生活怎么辦?

在魯春輝看來，“骨質疏松”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、開采方式、影響因素等方面。“現在的問題是，怎么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。然后，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咸淡水交界面位置的變化。

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。

之后，魯春輝團隊又以美國佛羅里達的圣喬治島為假想對象，進行案例研究。

“圣喬治島有個特點，它可以抽象為一個長方形。”魯春輝介紹，基于外國文獻對圣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。

那么，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咸淡水間的交互。

“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’，相比建成之后再行改造，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。