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解決津巴布韋的干旱問題:應(yīng)用核科學(xué)了解地下水和河流動態(tài)

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非洲最大的瀑布維多利亞瀑布一直是該地區(qū)干旱的受害者,而與其兩岸接壤的津巴布韋也在深受其害。(照片來源: Sammy Wong

維多利亞瀑布的轟鳴聲在當(dāng)?shù)芈妪R語中稱之為“Mosi-oa-Tunya”,即“咆哮的云霧”,但到2019年底,更像是涓涓細流。這個非洲最大的瀑布一直是該地區(qū)干旱的受害者,而與其兩岸接壤的津巴布韋也在深受其害。

更頻繁、更劇烈和更不可預(yù)測的干旱奪走了津巴布韋居民和農(nóng)民充足的清潔淡水,影響了糧食安全,威脅到45%的農(nóng)村人口生計。城市地區(qū)也受到影響。津巴布韋嚴(yán)重依賴水電作為電力來源,其能源網(wǎng)因長期干旱而癱瘓,導(dǎo)致城鎮(zhèn)經(jīng)常出現(xiàn)電力短缺和停電。

為津巴布韋長期缺水問題尋找解決方案,包括依靠利用核技術(shù)制定地下水開采準(zhǔn)則,需要充分了解地表水與地下水的相互作用以及津巴布韋的水資源。

通過其技術(shù)合作計劃,原子能機構(gòu)與津巴布韋大學(xué)、津巴布韋國家水務(wù)局、環(huán)境管理局和亥姆霍茲環(huán)境研究中心合作,正在尋求利用同位素水文學(xué)揭示津巴布韋地下水和河流系統(tǒng)如何相互作用。他們的研究結(jié)果將有助于津巴布韋更好地管理淡水資源,應(yīng)對水污染,以及確保對津巴布韋人民的安全供水。

“津巴布韋雨水主要降于11月至次年3月;一年中其他時間長期處于旱季。而且,最近,每五年才有兩次好雨?!苯虬筒柬f大學(xué)建筑和土木工程系前主任AlexanderMhizha說,“因此,我們越來越不得不依賴地下水,但對含水層補給區(qū)和補給率的了解有限。培訓(xùn)科學(xué)家和加強實驗室是更好地管理我們水供應(yīng)的關(guān)鍵?!?/p>

原子能機構(gòu)負(fù)責(zé)津巴布韋計劃管理官員Anna Grigoryan說,原子能機構(gòu)地區(qū)和國家項目重點關(guān)注在津巴布韋國內(nèi)開展培訓(xùn)和支持伙伴關(guān)系?!巴ㄟ^協(xié)調(diào)水務(wù)利益相關(guān)者之間應(yīng)對干旱措施,津巴布韋決策者可以作出明智的選擇,并促進國家供水可持續(xù)管理?!?/p>

對優(yōu)質(zhì)水的需求

干旱造成的缺水不是唯一的問題;缺乏清潔用水日益嚴(yán)重。

河水很容易受到污染,并且容易受到許多類型的污染物影響。原子能機構(gòu)同位素水文學(xué)家Ioannis Matiatos說:“如果河被污染,污染會自動流向地下水,而這兩個水體并不相互隔離,因此了解它們?nèi)绾蜗嗷プ饔脴O其重要,不僅在水量方面,而且在水質(zhì)方面也是如此。”

“通過使用氧和氫的穩(wěn)定同位素以及天然存在的放射性同位素,如氚和氡-222進行水追蹤,我們可以更好地了解河流和地下水系統(tǒng)的復(fù)雜動態(tài)?!彼f,這使科學(xué)家們能夠了解哪個水體受到污染,以及如何補充水體。

在薩韋爾集水區(qū),即原子能機構(gòu)項目的重點地區(qū),河水和地下水在提供清潔飲用水以及城市和農(nóng)業(yè)用水方面都很重要。該集水區(qū)位于津巴布韋東部,在旱季降雨量有限,容易發(fā)生干旱。隨著人口的增長和經(jīng)濟對農(nóng)業(yè)的依賴,集水區(qū)的水需求在增長。

對科學(xué)家進行同位素技術(shù)培訓(xùn)

為了更好地了解河水和地下水之間的關(guān)系,2018年,來自津巴布韋大學(xué)的同行們在埃塞俄比亞亞的斯亞貝巴大學(xué)接受了培訓(xùn),同年年底,在原子能機構(gòu)維也納實驗室,Alexander Mhizha學(xué)會了如何評價地質(zhì)、水文化學(xué)和水文數(shù)據(jù),以及為研究場地設(shè)計現(xiàn)場取樣活動。

2021年6月,來自德國萊比錫亥姆霍茲環(huán)境研究中心的專家為津巴布韋專家舉辦了為期五天的虛擬培訓(xùn)班。學(xué)員們接受了同位素水文學(xué)基本原理的指導(dǎo),特別強調(diào)了使用穩(wěn)定和放射性示蹤劑作為調(diào)查地表水與地下水相互作用、地下水測年技術(shù)和含水層易受污染性的工具。

萊比錫亥姆霍茲中心礦物學(xué)家、培訓(xùn)班教員Michael Schubert說:“當(dāng)?shù)匮芯咳藛T研究的同位素結(jié)果將有助于確定津巴布韋國家地下水管理系統(tǒng)需要應(yīng)對的挑戰(zhàn),進而使該國供水管理更加可持續(xù)?!?/p>

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