查呂應， 黨俊虎， 朱曙光， 張瀚月， 劉荔

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

邊遠島礁既是藍色國土開發(fā)利用的基地， 又是我國海防的前沿， 淡水是島礁后勤保障最重要的物資之一， 也是島礁補給任務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。 面對邊遠島礁持續(xù)增加的生活、 生產(chǎn)和生態(tài)用水需求以及日益嚴峻的缺水形勢， 如何提供足量穩(wěn)定的淡水資源， 是一個重大而緊急的課題［1］。

1 我國邊遠島礁淡水保障現(xiàn)狀

長期以來， 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給船運送， 電力也僅有個別島礁有柴油發(fā)電。

目前， 南海島礁淡水供給對船運十分依賴，對于生活污水、 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給船。 如“三沙一號”每次攜帶淡水量在350 t 左右， 南沙群島的永暑島駐島部隊的生活用水靠2 艘排水量為4 000 t 的運輸船， 每次運輸水量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， 有些島礁建設了雨水收集系統(tǒng)， 可部分解決這些島礁的供水問題。 受環(huán)境、 技術及遠離大陸等條件的限制， 其他島礁仍依靠補給船供水。 由此可見， 南海島礁淡水保障形勢不容樂觀， 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、 大陸或島際船運補給以及海水淡化等方式［3］。 對于邊遠島礁而言， 這些保障方式各有不足， 具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

大陸引水是將島礁供水納入大陸供水系統(tǒng)。 這種方式對于邊遠島礁而言， 須建設跨海引水工程，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、 運行可靠的特點。 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?shù)叵滤幌陆邓俣瘸^補給速度時， 會導致地下水的污染和海水入侵等不可修復性的問題［6］。

大陸或島際運水的方式是當前島礁淡水主要保障方式。 然而西沙、 南沙等偏遠島礁距大陸數(shù)百甚至數(shù)千公里， 保障距離太遠， 水量遠遠不能滿足駐島用水需求。 對于島上駐軍， 在補給船因天氣等原因延遲到達時， 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， 同時還存在長距離運輸容易滋生細菌、 造成水質(zhì)污染等問題， 在特殊時期還易受復雜軍事斗爭環(huán)境的干擾以及臺風等因素的影響， 在極端情況下會嚴重威脅駐島人員的生命安全［4］。 因此遠距離船運淡水的保障模式不是解決島礁淡水保障的長久之計、 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%的用水來自海水淡化，成為中東地區(qū)唯一不受嚴重水資源壓力影響的國家。我國先后在浙江嵊泗、 遼寧大山長島、 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)和海島建成多個海水淡化工程。 雖然海水淡化應用相對廣泛， 但淡化技術用于邊遠島礁還存在很多技術問題， 比如能耗高、 能源模式單一、 設備的維護保養(yǎng)難度較大、 尚未形成統(tǒng)一設計規(guī)范（不同海域環(huán)境差異大）等［6］。 尤其是能源問題， 對遠海島礁而言， 大規(guī)模的淡化工程需要負荷足夠、 時間持續(xù)的清潔能源， 這一直是困擾性的問題。

3 邊遠島礁淡水保障的對策

適應邊遠島礁大力發(fā)展的形勢， 結合邊遠島礁的實際情況， 從常規(guī)保障與應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、 集成的、 智能化的邊遠島礁供水體系， 實現(xiàn)就地保障， 從而實現(xiàn)平戰(zhàn)結合、 系統(tǒng)解決邊遠島礁淡水貧缺的難題。

3.1 常規(guī)保障

（1） 根據(jù)島礁遠期功能定位， 將淡水保障納入規(guī)劃。 根據(jù)島礁遠期功能定位， 確定淡水需求階段性限值。 據(jù)此將相應規(guī)模的集中水廠納入規(guī)劃， 包括海水淡化廠、 雨水收集回收設施、 污水處理廠以及相應的附屬配套設施等， 形成科學合理、 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， 擺脫對外界的依賴。

（2） 淡水保障體系實現(xiàn)高精細度和智能化。 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、 海水淡化作為補充， 大陸或島際運水僅作為備用措施。 逐步構建島礁環(huán)境下供水體系的智能化操作、 管控、 維護系統(tǒng)， 以及高精細度的“分質(zhì)給水、 分質(zhì)排水、 分質(zhì)處理回用”體系， 最終構建自循環(huán)、 高可靠性、 智能化、 環(huán)保型的島礁淡水就地保障長效機制。 該體系在保證實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置的同時， 還能充分符合環(huán)境保護的基本原則， 節(jié)能降耗減排治污， 有利于島礁長期生態(tài)環(huán)境建設。

（3） 加強能源保障技術研究。 能源是制約邊遠島礁淡水就地保障的重要因素。 為解決水處理能源保障問題， 構建“來源多樣、 互補性強、 儲量充沛、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能、 風能、 潮汐能等海洋環(huán)境自然條件發(fā)電； 另一方面加強高效能量回收裝置的研究，節(jié)能降耗； 同時將核電等新型能源體系納入規(guī)劃、建設， 為包括淡水保障在內(nèi)的島礁全方位功能的實現(xiàn)提供有效能源保障。

3.2 應急保障

邊遠島礁應急情景包括自然因素和人為因素2個方面。 自然因素指島礁面臨臺風、 地震等自然災害風險； 人為因素指島礁必須做好局部摩擦甚至戰(zhàn)事爆發(fā)的準備。 在應急條件下， 島上的淡水保障系統(tǒng)、 能源保障系統(tǒng)將可能被破壞， 而且船運淡水保障難以為繼， 島上的淡水保障即面臨被切斷的風險， 對海島生存能力構成重大威脅。

為解決應急條件下島礁供水安全問題， 構建利用非傳統(tǒng)水源的具有高度機動性的智能化凈水體系意義重大。 相關凈水技術已有一定的研究基礎， 但存在對水源的適應性不全面、 集成度低、 機動性和智能化程度不高等問題。 開發(fā)高集成、 智能化應急凈水裝備是有效之策， 可用于滿足應急條件下重點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。 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， 以規(guī)模適當、 節(jié)能、 高效并便于模塊化集成為原則， 對雨水、 再生水、 海水等非傳統(tǒng)水源的處理技術進行模塊化， 各模塊均實現(xiàn)按使用要求分質(zhì)供水， 最高滿足生活飲用水衛(wèi)生國標要求； 二是將不同處理技術模塊智能化集成， 實現(xiàn)各模塊集成度高、 體積小、 重量輕， 便于機動和維護。

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

（3） 智能化操作控制系統(tǒng)。 通過智能化操控系統(tǒng)， 實現(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)、 水量自動監(jiān)測顯示、 報警， 以及特殊情況下的自動停機保護、 危險解除時自動重新啟動工作等。 不僅保證用水的便捷與安全， 還可緊密響應應急條件， 盡量使操作簡單、 維護檢修便捷。

（4） 能源系統(tǒng)。 優(yōu)先利用太陽能、 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。

基于上述基礎的凈水裝置， 不僅可用于軍隊登島作戰(zhàn)、 演習或緊急布防營區(qū)的用水保障， 還可用于應對自然災害、 搶險救災以及水源污染， 解決臨時飲用水問題。 該裝置由于具備污水再生能力， 在緩解水資源短缺的同時， 還能夠減輕臨時生活場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 結語

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

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)保障與應急保障并重”的淡水綜合保障模式， 平戰(zhàn)結合， 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)解決邊遠島礁不同條件下淡水就地保障問題。 今后尚需進一步加大科研力度， 不斷突破邊遠島礁特殊環(huán)境條件的限制， 持續(xù)研發(fā)更加智能高效、 安全可靠的邊遠島礁淡水保障模式及裝備， 助力我國藍色國土的開發(fā)利用和國防前沿陣地建設。