邊遠(yuǎn)島礁淡水保障的問(wèn)題與對(duì)策

查呂應(yīng)， 黨俊虎， 朱曙光， 張瀚月， 劉荔

（1.軍事科學(xué)院國(guó)防工程研究院， 武漢 430014； 2.安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院， 合肥 230022）

邊遠(yuǎn)島礁既是藍(lán)色國(guó)土開發(fā)利用的基地， 又是我國(guó)海防的前沿， 淡水是島礁后勤保障最重要的物資之一， 也是島礁補(bǔ)給任務(wù)中占比重最大的物資。 淡水資源供需矛盾格外突出， 成為制約海島開發(fā)的重要因素之一。 面對(duì)邊遠(yuǎn)島礁持續(xù)增加的生活、 生產(chǎn)和生態(tài)用水需求以及日益嚴(yán)峻的缺水形勢(shì)， 如何提供足量穩(wěn)定的淡水資源， 是一個(gè)重大而緊急的課題［1］。

1 我國(guó)邊遠(yuǎn)島礁淡水保障現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)， 南海島礁駐守力量的后勤保障難度很大。 島礁上的淡水和蔬菜均需要補(bǔ)給船運(yùn)送， 電力也僅有個(gè)別島礁有柴油發(fā)電。

目前， 南海島礁淡水供給對(duì)船運(yùn)十分依賴，對(duì)于生活污水、 海水、 雨水等就地可取的非傳統(tǒng)水資源的利用占比非常低。 除了甘泉島、 琛航島、永暑島發(fā)現(xiàn)有少量淡水外， 其余島礁士兵生活淡水完全依賴補(bǔ)給船。 如“三沙一號(hào)”每次攜帶淡水量在350 t 左右， 南沙群島的永暑島駐島部隊(duì)的生活用水靠2 艘排水量為4 000 t 的運(yùn)輸船， 每次運(yùn)輸水量1 500 t［2］。 2012 年三沙市政府成立后， 島礁的后勤情況有了很大改善， 在永興島、 趙述島安裝了海水淡化系統(tǒng)； 另外， 有些島礁建設(shè)了雨水收集系統(tǒng)， 可部分解決這些島礁的供水問(wèn)題。 受環(huán)境、 技術(shù)及遠(yuǎn)離大陸等條件的限制， 其他島礁仍依靠補(bǔ)給船供水。 由此可見， 南海島礁淡水保障形勢(shì)不容樂(lè)觀， 急需行之有效的系統(tǒng)解決方案。

2 島礁淡水保障常規(guī)模式及問(wèn)題

島礁淡水保障可采用大陸引水、 雨水收集回用、 開采地下水、 大陸或島際船運(yùn)補(bǔ)給以及海水淡化等方式［3］。 對(duì)于邊遠(yuǎn)島礁而言， 這些保障方式各有不足， 具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

大陸引水是將島礁供水納入大陸供水系統(tǒng)。 這種方式對(duì)于邊遠(yuǎn)島礁而言， 須建設(shè)跨海引水工程，施工難度大， 可行性弱。

由于海洋環(huán)境雨水豐富， 雨水收集回用具有巨大潛力， 一直作為島礁淡水保障的有效手段而受到廣泛關(guān)注。 姜海波等［4］提出了珊瑚沙灘淺層暗湖雨水收集利用的方法， 該方法具有生態(tài)友好、 成本低廉、 運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。 然而， 雨水利用易受制于海洋季節(jié)、 氣候、 環(huán)境的影響， 用于島礁淡水保障的穩(wěn)定性差。

地下水也不能作為島礁淡水的主要供給方式。海島土壤層較薄、 巖石層較厚， 水井開鑿難度大［5］。海島四周環(huán)海， 多是獨(dú)立的水文地質(zhì)單元， 地下水賦存條件差， 資源量少， 水文地質(zhì)條件極其脆弱。大量取用地下水， 海島容易受到破壞， 當(dāng)?shù)叵滤幌陆邓俣瘸^(guò)補(bǔ)給速度時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致地下水的污染和海水入侵等不可修復(fù)性的問(wèn)題［6］。

大陸或島際運(yùn)水的方式是當(dāng)前島礁淡水主要保障方式。 然而西沙、 南沙等偏遠(yuǎn)島礁距大陸數(shù)百甚至數(shù)千公里， 保障距離太遠(yuǎn)， 水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足駐島用水需求。 對(duì)于島上駐軍， 在補(bǔ)給船因天氣等原因延遲到達(dá)時(shí)， 官兵只能依靠雨水維生， 造成士兵生活困難甚至出現(xiàn)非戰(zhàn)斗減員。 另外， 這種方式成本高昂， 同時(shí)還存在長(zhǎng)距離運(yùn)輸容易滋生細(xì)菌、 造成水質(zhì)污染等問(wèn)題， 在特殊時(shí)期還易受復(fù)雜軍事斗爭(zhēng)環(huán)境的干擾以及臺(tái)風(fēng)等因素的影響， 在極端情況下會(huì)嚴(yán)重威脅駐島人員的生命安全［4］。 因此遠(yuǎn)距離船運(yùn)淡水的保障模式不是解決島礁淡水保障的長(zhǎng)久之計(jì)、 根本之法。

海水淡化作為重要的水資源開發(fā)利用方式已逐漸被廣泛接受［7］。 以色列55%的用水來(lái)自海水淡化，成為中東地區(qū)唯一不受嚴(yán)重水資源壓力影響的國(guó)家。我國(guó)先后在浙江嵊泗、 遼寧大山長(zhǎng)島、 獐子島、 山東小欽島、 崆峒島、 靈山島、 廣西潿洲島等沿海地區(qū)和海島建成多個(gè)海水淡化工程。 雖然海水淡化應(yīng)用相對(duì)廣泛， 但淡化技術(shù)用于邊遠(yuǎn)島礁還存在很多技術(shù)問(wèn)題， 比如能耗高、 能源模式單一、 設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)難度較大、 尚未形成統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)范（不同海域環(huán)境差異大）等［6］。 尤其是能源問(wèn)題， 對(duì)遠(yuǎn)海島礁而言， 大規(guī)模的淡化工程需要負(fù)荷足夠、 時(shí)間持續(xù)的清潔能源， 這一直是困擾性的問(wèn)題。

3 邊遠(yuǎn)島礁淡水保障的對(duì)策

適應(yīng)邊遠(yuǎn)島礁大力發(fā)展的形勢(shì)， 結(jié)合邊遠(yuǎn)島礁的實(shí)際情況， 從常規(guī)保障與應(yīng)急保障的不同情景入手， 充分利用島礁非傳統(tǒng)水源， 將上述不同的淡水保障方式聯(lián)用， 建立多元互補(bǔ)、 集成的、 智能化的邊遠(yuǎn)島礁供水體系， 實(shí)現(xiàn)就地保障， 從而實(shí)現(xiàn)平戰(zhàn)結(jié)合、 系統(tǒng)解決邊遠(yuǎn)島礁淡水貧缺的難題。

3.1 常規(guī)保障

（1） 根據(jù)島礁遠(yuǎn)期功能定位， 將淡水保障納入規(guī)劃。 根據(jù)島礁遠(yuǎn)期功能定位， 確定淡水需求階段性限值。 據(jù)此將相應(yīng)規(guī)模的集中水廠納入規(guī)劃， 包括海水淡化廠、 雨水收集回收設(shè)施、 污水處理廠以及相應(yīng)的附屬配套設(shè)施等， 形成科學(xué)合理、 有序循環(huán)的島礁用水自循環(huán)系統(tǒng)， 使島礁淡水能夠自給自足， 擺脫對(duì)外界的依賴。

（2） 淡水保障體系實(shí)現(xiàn)高精細(xì)度和智能化。 以有限水資源優(yōu)化配置為原則， 優(yōu)先以海水直接利用為第一選擇（如廁所沖洗、 冷藏等用水需求）， 再依次以污水再生水、 雨水收集回用、 海水淡化作為補(bǔ)充， 大陸或島際運(yùn)水僅作為備用措施。 逐步構(gòu)建島礁環(huán)境下供水體系的智能化操作、 管控、 維護(hù)系統(tǒng)， 以及高精細(xì)度的“分質(zhì)給水、 分質(zhì)排水、 分質(zhì)處理回用”體系， 最終構(gòu)建自循環(huán)、 高可靠性、 智能化、 環(huán)保型的島礁淡水就地保障長(zhǎng)效機(jī)制。 該體系在保證實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置的同時(shí)， 還能充分符合環(huán)境保護(hù)的基本原則， 節(jié)能降耗減排治污， 有利于島礁長(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

（3） 加強(qiáng)能源保障技術(shù)研究。 能源是制約邊遠(yuǎn)島礁淡水就地保障的重要因素。 為解決水處理能源保障問(wèn)題， 構(gòu)建“來(lái)源多樣、 互補(bǔ)性強(qiáng)、 儲(chǔ)量充沛、綠色環(huán)保、 可持續(xù)性好”的島礁能源系統(tǒng)： 一方面充分利用太陽(yáng)能、 風(fēng)能、 潮汐能等海洋環(huán)境自然條件發(fā)電； 另一方面加強(qiáng)高效能量回收裝置的研究，節(jié)能降耗； 同時(shí)將核電等新型能源體系納入規(guī)劃、建設(shè)， 為包括淡水保障在內(nèi)的島礁全方位功能的實(shí)現(xiàn)提供有效能源保障。

3.2 應(yīng)急保障

邊遠(yuǎn)島礁應(yīng)急情景包括自然因素和人為因素2個(gè)方面。 自然因素指島礁面臨臺(tái)風(fēng)、 地震等自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)； 人為因素指島礁必須做好局部摩擦甚至戰(zhàn)事爆發(fā)的準(zhǔn)備。 在應(yīng)急條件下， 島上的淡水保障系統(tǒng)、 能源保障系統(tǒng)將可能被破壞， 而且船運(yùn)淡水保障難以為繼， 島上的淡水保障即面臨被切斷的風(fēng)險(xiǎn)， 對(duì)海島生存能力構(gòu)成重大威脅。

為解決應(yīng)急條件下島礁供水安全問(wèn)題， 構(gòu)建利用非傳統(tǒng)水源的具有高度機(jī)動(dòng)性的智能化凈水體系意義重大。 相關(guān)凈水技術(shù)已有一定的研究基礎(chǔ)， 但存在對(duì)水源的適應(yīng)性不全面、 集成度低、 機(jī)動(dòng)性和智能化程度不高等問(wèn)題。 開發(fā)高集成、 智能化應(yīng)急凈水裝備是有效之策， 可用于滿足應(yīng)急條件下重點(diǎn)人員和方向的淡水需求。 具體包括以下方面：

（1） 模塊化凈水技術(shù)。 一是基于現(xiàn)有雨水的回收利用、 海水淡化以及再生水處理回用技術(shù)， 以規(guī)模適當(dāng)、 節(jié)能、 高效并便于模塊化集成為原則， 對(duì)雨水、 再生水、 海水等非傳統(tǒng)水源的處理技術(shù)進(jìn)行模塊化， 各模塊均實(shí)現(xiàn)按使用要求分質(zhì)供水， 最高滿足生活飲用水衛(wèi)生國(guó)標(biāo)要求； 二是將不同處理技術(shù)模塊智能化集成， 實(shí)現(xiàn)各模塊集成度高、 體積小、 重量輕， 便于機(jī)動(dòng)和維護(hù)。

（2） 高機(jī)動(dòng)性。 機(jī)動(dòng)性是指應(yīng)急條件下凈水裝置可隨其他裝備一起入駐、 轉(zhuǎn)移， 并具有一定距離的運(yùn)水保障能力。 主要包括車載系統(tǒng)， 涉及裝置減振系統(tǒng)、 抗振穩(wěn)定性、 運(yùn)載車輛選型與改裝等機(jī)動(dòng)條件適應(yīng)性指標(biāo)。 高機(jī)動(dòng)性可保證裝備以制式化配備為目標(biāo)， 并能夠根據(jù)保障對(duì)象規(guī)模靈活匹配裝置的列裝型號(hào)與規(guī)模。

（3） 智能化操作控制系統(tǒng)。 通過(guò)智能化操控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)從源水到出水一鍵切換的傻瓜式操作， 滿足“多水源適用、 按需分質(zhì)給水”， 出水水質(zhì)、 水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)顯示、 報(bào)警， 以及特殊情況下的自動(dòng)停機(jī)保護(hù)、 危險(xiǎn)解除時(shí)自動(dòng)重新啟動(dòng)工作等。 不僅保證用水的便捷與安全， 還可緊密響應(yīng)應(yīng)急條件， 盡量使操作簡(jiǎn)單、 維護(hù)檢修便捷。

（4） 能源系統(tǒng)。 優(yōu)先利用太陽(yáng)能、 蓄電池等適于野外使用的新能源作為凈水裝置能源， 以油料發(fā)電為備用能源。

基于上述基礎(chǔ)的凈水裝置， 不僅可用于軍隊(duì)登島作戰(zhàn)、 演習(xí)或緊急布防營(yíng)區(qū)的用水保障， 還可用于應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、 搶險(xiǎn)救災(zāi)以及水源污染， 解決臨時(shí)飲用水問(wèn)題。 該裝置由于具備污水再生能力， 在緩解水資源短缺的同時(shí)， 還能夠減輕臨時(shí)生活場(chǎng)所生活污水直接排放而產(chǎn)生的生活不便和環(huán)境污染。

4 結(jié)語(yǔ)

利用非傳統(tǒng)水源就地保障是邊遠(yuǎn)島礁淡水保障的必由之路， 如何將其充分利用是重點(diǎn)研究課題。

基于“利用島礁就地資源、 將不同淡水保障方式聯(lián)用、 常規(guī)保障與應(yīng)急保障并重”的淡水綜合保障模式， 平戰(zhàn)結(jié)合， 充分利用中水、 雨水和海水等非傳統(tǒng)水源， 可從根本上系統(tǒng)解決邊遠(yuǎn)島礁不同條件下淡水就地保障問(wèn)題。 今后尚需進(jìn)一步加大科研力度， 不斷突破邊遠(yuǎn)島礁特殊環(huán)境條件的限制， 持續(xù)研發(fā)更加智能高效、 安全可靠的邊遠(yuǎn)島礁淡水保障模式及裝備， 助力我國(guó)藍(lán)色國(guó)土的開發(fā)利用和國(guó)防前沿陣地建設(shè)。