中國水周｜人類為水有多拼？科學(xué)家的節(jié)水“黑科技”

3月22日-3月28日是中國水周。3月22日，在“節(jié)水中國行·北京朝陽”主題宣傳活動北京朝陽主會場，正式發(fā)布了“2024中國節(jié)水十大經(jīng)典案例”，其中既有管理上的革新，也有技術(shù)上的進(jìn)步。除此之外，你還知道哪些關(guān)于節(jié)水護(hù)水的方法呢？

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01 給水庫鋪上“防曬衣”

2015年8月， 9600萬個黑色空心高密度聚乙烯球在洛杉磯艾芬豪水庫緩緩鋪開，宛如給水庫穿上了一層厚厚的“防曬衣”。這些直徑10厘米的小球漂浮在水面上，能夠有效阻擋陽光射入，每年可減少約115萬立方米蒸發(fā)量[1]。

然而，有專家經(jīng)過計算后指出，至少要使用兩個多月至兩年半，才能讓這些黑色塑料遮陽球發(fā)揮出理想的保護(hù)效果。而且，制造這些塑料球本身需要消耗25萬-290萬立方米水資源（具體取決于球的壁厚）。

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此外，這些黑色塑料球可能會阻礙水體的氧氣交換，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物的生存。而且，這些塑料球在長期使用過程中可能會逐漸老化、破碎，對水庫生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅。不過，科學(xué)家們并未因此而氣餒，他們正積極研發(fā)可生物降解材料，期待未來能為水庫打造出既實(shí)用又環(huán)保的“防曬衣”。

02零能耗的“沙漠飲水機(jī)”

液態(tài)淡水不僅存在于江河湖海，還能以霧氣形式懸浮空中。在極度干旱的秘魯利馬，人們將一種特殊的網(wǎng)掛在山坡上捕捉霧氣，讓細(xì)小的水滴凝結(jié)在網(wǎng)上，然后順流而下到管道中收集起來。據(jù)統(tǒng)計，一張網(wǎng)一天就可以收集300至400升淡水[2]，雖然不能直接飲用，但可以用來洗衣、洗澡、洗菜和煮沸后做飯。最神奇的是，這種裝置無需電力，僅靠晝夜溫差就能循環(huán)工作，堪稱最節(jié)能的“沙漠飲水機(jī)”。如今，這種捕霧網(wǎng)已經(jīng)在秘魯、玻利維亞以及哥倫比亞的一些地區(qū)廣泛應(yīng)用。

圖片來源：WaterSeer

2017年，美國加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)了一種名為“waterseer”的空氣取水裝置。這個裝置的使用方法十分簡單，只需將其插入地面，然后利用上層空氣與插入地面以下部分的溫差來產(chǎn)生水分，就像空調(diào)機(jī)里產(chǎn)生的冷凝水一樣。經(jīng)過試驗(yàn)，WaterSeer每天收集的產(chǎn)量可達(dá)37升[3、4]。有了它，那些地下水嚴(yán)重缺乏的地區(qū)，人們就能利用空氣生產(chǎn)出安全可靠的飲用水，再也不用為喝水發(fā)愁了。

03 沙漠里的“海鮮奇跡”

以色列的大部分領(lǐng)土被內(nèi)蓋夫沙漠所覆蓋，早在1970年，當(dāng)?shù)厝嗽谏衬牡貙又型ㄟ^鉆探尋找水源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了地?zé)猁}水。這種水不僅溫度高，出水溫度約為40℃，而且含鹽度高于飲用水。科學(xué)家們經(jīng)過試驗(yàn)，開發(fā)出了分級多次利用地?zé)猁}水的方法，他們將農(nóng)業(yè)種植與水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)合起來，先把地?zé)猁}水引入溫室大棚，為種植的農(nóng)作物保溫，將其熱量消耗掉一部分之后，再把冷卻后的水按順序分級流入不同的魚塘，用來養(yǎng)殖不同品種、適宜不同生存環(huán)境的魚類[5]。在這里，每一滴水都發(fā)揮到極致，真正實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用和循環(huán)利用。

無人機(jī)拍攝的新疆溫泉縣的一處冷水魚養(yǎng)殖基地。（新華社發(fā)/李強(qiáng)攝）

我國的新疆最近也憑海鮮火出了圈。近年來，人們通過科技創(chuàng)新和水資源綜合利用，利用沙漠中豐富的地下鹽堿水資源，在沙漠中建設(shè)養(yǎng)殖池塘，調(diào)節(jié)水質(zhì)以模擬海洋環(huán)境，用循環(huán)水系統(tǒng)保持水質(zhì)清潔，并根據(jù)海鮮的生長需求，合理調(diào)控光照、通風(fēng)等環(huán)境條件，在峽谷和鹽堿地里養(yǎng)出了螃蟹、大蝦等多種海鮮產(chǎn)品，成就了一段沙漠戈壁中的漁業(yè)傳奇。

04 人工干預(yù)向海洋要水

有時候，人們還會通過人工干預(yù)的方式改變水資源的流向，以合理調(diào)配水資源。不過，讓河水改變流向，不僅需要具備改天換地的勇氣，更需要精準(zhǔn)無誤的規(guī)劃設(shè)計與實(shí)力雄厚的經(jīng)費(fèi)支持，若要取得成功絕非易事。例如，以含鹽度高而著稱的死海，水位仍在以大約每年1米的速度繼續(xù)下降，為了拯救死海，曾有學(xué)者提出設(shè)想——從紅海中抽水，經(jīng)過淡化處理之后將淡水供當(dāng)?shù)厝耸褂?，再把鹽水注入到死海。然而，因這項(xiàng)工程耗費(fèi)巨大，還有可能對死海的生態(tài)環(huán)境造成破壞，時至今日依然未能實(shí)施。

人類與水的博弈，是科技與自然的碰撞，每一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新的背后都隱藏著對自然的敬畏。我們只有在高效利用與生態(tài)保護(hù)間找到平衡，才能真正守護(hù)生命之源。

參考文獻(xiàn)：

[1]張夢然.洛杉磯水庫實(shí)驗(yàn)表明：用遮陽球減少水分蒸發(fā)并不可行[N].科技日報，2018年07月20日.

[2]央視新聞.說說這張神奇的捕霧網(wǎng)[N].總臺環(huán)球資訊廣播，2024年5月19日.

[3] WaterSeer可在空氣中取水[N].中國民商,2016年第12期.

[4] https://offgridworld.com/waterseer-provides-endless-supply-pure-water-thin-air/

[5]郝雨.沙漠魚塘[J].大自然探索，2022年第5期。

作者：馬志飛 地質(zhì)高級工程師，中國地質(zhì)學(xué)會會員，自然資源優(yōu)秀科普圖書獎獲得者

審核：徐奎 天津大學(xué)水利水電工程系副教授

策劃：翟國慶

出品：科普中國