海岛下藏着“淡水池” 特殊“围脖”使居民用水实现自给自足

对于远离大陆的海岛来说，淡水资源是稀缺品。但其实，这些海岛下方，就“自带”大量淡水。这些淡水经降雨渗到海岛地下，不停地流向海里。如果能将这些淡水储存下来并开发利用，那海岛就可以实现自给自足，极大降低经济、生态成本。

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带领团队耗时两年，发现在海岛外部区域，“围”一层低渗透性介质材料，可以阻止海水入侵，显著增加海岛地下淡水储量。这一研究前不久发表在水文水资源领域国际顶级期刊《水资源研究》（《Water Resources Research》）上。这种增加海岛地下淡水资源储量的方法也是国际上首次提出。

“骨质疏松”的海岛，是天然蓄水池

2年前，鲁春辉回到老家江苏南通的阳光岛，发现这座距离南通如东外海13公里、吹填而成的人工岛，是洋口港先期开发建设的重点区域，岛上的淡水供应，要靠输水管道运送上去。当地很担忧，万一水资源断了，那岛上的生产生活怎么办？

我国是海洋大国，海岛资源十分丰富，也是我国经济发展的重要依托。据不完全统计，我国大小岛屿6500多个，有人居住的海岛约450个。

进入21世纪以来，人工岛成为目前世界用海的流行趋势。随着海岛的开发建设，相关水资源供给问题日趋紧张，仅仅通过船运大陆淡水、海水淡化、收集雨水处理等措施难以满足日益增长的需求。因此，如何提高淡水资源安全保障能力是海岛开发亟待解决的问题。

其实，海岛的淡水资源开发存在“灯下黑”，每一座海岛就是一座天然的淡水池。“通常，海岛的‘土质’都比较稀松，因为透水性很好、渗透性大，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，还有很大部分是渗透到地下，汇集到海岛地下的沙土或珊瑚礁孔隙中。”鲁春辉表示，由于淡水密度比海水小，所以大部分海岛的地下淡水看起来是“漂浮”于入侵海水之上的，这种形状宛如透镜体，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源。

“这些汇集在海岛地下孔隙中的淡水，会随着海平面上升或降雨量减少而不断减少。然而，国内外学者对海岛地下淡水的研究，多集中在其影响因素、形成与演变机理、开采方式等领域。”站在如东的海边，鲁春辉教授突发奇想，有没有可能找到方法，增加海岛地下淡水储量呢？

包一层低渗透隔离带就能存下更多淡水

幸运的是，鲁春辉get到的科研领域，此前尚未有相关研究成果发布，学界一直缺少有效方法控制海岛海水入侵及增加海岛淡水储量，这为他打开了一扇窗。

但影响海岛地下淡水储量的因素很多，有水文地质条件、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，以不同粒径的沙子充当地下不同渗透性的介质，来模拟不同情境下淡水透镜体的变化。

在实验室里，他们在一个玻璃槽里填进大量的砂子模拟海岛，顶层用蠕动泵通过滴管向砂槽输送水，来模拟降雨过程。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障对增大淡水体积的效果。每隔1分钟，他们用相机拍摄记录一次咸淡水交界面位置的变化。

最终，他们发现，当外部砂子的渗透性减小到海岛原始砂子渗透性的十分之一时，增加淡水储存的效果相当显著。当然，这还受制于海岛尺寸、降雨强度、海岛深度等因素。

随后，他们又以美国佛罗里达州圣乔治岛为假想海岛，进行案例研究。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。他们采用更低渗透性介质在模拟海岛周围围成一圈，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加4倍的效果。

防渗透并不意味着不渗透。鲁春辉表示，如果完全阻挡海岛地下咸淡水间的交互，一旦遇到海啸、风暴潮等意外，会导致地下水被长期污染，无法自我净化。

“当然，砂子也只是其中一种可用来实现低渗透层介质，任何满足这种渗透性的材料都可以填埋在海岛周围。”鲁春辉说，和船运大陆淡水、海水淡化等措施相比，这种方法的稳定性和经济性较高，可以提高海岛的独立生存能力，实现淡水的自给自足。

“对于已经形成的海岛，可以进行改造，对于未建或在建的海岛，还可指导设计。”鲁春辉说。