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解決津巴布韋的干旱問(wèn)題:應(yīng)用核科學(xué)了解地下水和河流動(dòng)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(lái)源: Sammy Wong

維多利亞瀑布的轟鳴聲在當(dāng)?shù)芈妪R語(yǔ)中稱(chēng)之為“Mosi-oa-Tunya”,即“咆哮的云霧”,但到2019年底,更像是涓涓細(xì)流。這個(gè)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(cè)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(jì)。城市地區(qū)也受到影響。津巴布韋嚴(yán)重依賴(lài)水電作為電力來(lái)源,其能源網(wǎng)因長(zhǎng)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(zhǎng)期缺水問(wèn)題尋找解決方案,包括依靠利用核技術(shù)制定地下水開(kāi)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(guò)其技術(shù)合作計(jì)劃,原子能機(jī)構(gòu)與津巴布韋大學(xué)、津巴布韋國(guó)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(duì)水污染,以及確保對(duì)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(shí)間長(zhǎng)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(shuō),“因此,我們?cè)絹?lái)越不得不依賴(lài)地下水,但對(duì)含水層補(bǔ)給區(qū)和補(bǔ)給率的了解有限。培訓(xùn)科學(xué)家和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室是更好地管理我們水供應(yīng)的關(guān)鍵。”

原子能機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)津巴布韋計(jì)劃管理官員Anna Grigoryan說(shuō),原子能機(jī)構(gòu)地區(qū)和國(guó)家項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注在津巴布韋國(guó)內(nèi)開(kāi)展培訓(xùn)和支持伙伴關(guān)系?!巴ㄟ^(guò)協(xié)調(diào)水務(wù)利益相關(guān)者之間應(yīng)對(duì)干旱措施,津巴布韋決策者可以作出明智的選擇,并促進(jìn)國(guó)家供水可持續(xù)管理。”

對(duì)優(yōu)質(zhì)水的需求

干旱造成的缺水不是唯一的問(wèn)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(lèi)型的污染物影響。原子能機(jī)構(gòu)同位素水文學(xué)家Ioannis Matiatos說(shuō):“如果河被污染,污染會(huì)自動(dòng)流向地下水,而這兩個(gè)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(guò)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(jìn)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(dòng)態(tài)?!彼f(shuō),這使科學(xué)家們能夠了解哪個(gè)水體受到污染,以及如何補(bǔ)充水體。

在薩韋爾集水區(qū),即原子能機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的重點(diǎn)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(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)對(duì)農(nóng)業(yè)的依賴(lài),集水區(qū)的水需求在增長(zhǎng)。

對(duì)科學(xué)家進(jìn)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(lái)自津巴布韋大學(xué)的同行們?cè)诎H肀葋唩喌乃箒嗀惏痛髮W(xué)接受了培訓(xùn),同年年底,在原子能機(jī)構(gòu)維也納實(shí)驗(yàn)室,Alexander Mhizha學(xué)會(huì)了如何評(píng)價(jià)地質(zhì)、水文化學(xué)和水文數(shù)據(jù),以及為研究場(chǎng)地設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)取樣活動(dòng)。

2021年6月,來(lái)自德國(guó)萊比錫亥姆霍茲環(huán)境研究中心的專(zhuān)家為津巴布韋專(zhuān)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(qiáng)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(cè)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(shuō):“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(guó)家地下水管理系統(tǒng)需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn),進(jìn)而使該國(guó)供水管理更加可持續(xù)。”

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