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应对津巴布韦的干旱:应用核科学了解地下水和河流动态

2021-10-12 10:04     来源:IAEA     放射性核素同位素分析国际原子能机构核技术

津巴布韦是一个以维多利亚瀑布美景而闻名的国家,多年来一直饱受干旱之苦。(照片: Sammy Wong )

在当地的洛齐语中,他们称其为Mosi-oa-Tunya,即 "打雷的烟雾",但到2019年底,维多利亚瀑布的雷声更像是滴滴答答的涓流。非洲最大的瀑布一直是该地区干旱的受害者,与瀑布两岸接壤的津巴布韦也在遭受苦难。

更加频繁、强烈和不可预测的干旱夺走了该国居民和农民足够的清洁淡水,影响了粮食安全,威胁到该国45%的农村人口的生计。城市地区也受到了影响。由于严重依赖水电作为电力来源,长期的干旱已经使津巴布韦的能源网络瘫痪,使城镇和城市经常出现电力短缺和断电。

为津巴布韦的长期水问题寻找解决方案,包括寻找制定地下水取水准则的核技术,这项任务需要对地表水与地下水的相互作用和该国的水资源有良好的了解。

通过其技术合作计划,国际原子能机构(IAEA)与津巴布韦大学、津巴布韦国家水务局和环境管理局以及亥姆霍兹环境研究中心合作,正在寻求利用同位素水文学揭示该国的地下水和河流系统如何相互作用。他们的研究结果将帮助该国更好地管理其淡水资源,应对水污染,并确保对该国人口的安全供水。

"津巴布韦的大部分雨水是在11月至3月之间落下的,一年中的其他时间是一个非常长的旱季。津巴布韦大学工程和建筑环境学院主席亚历山大-米扎(Alexander Mhizha)说:"而且最近每五年才有两次好的降雨。"因此,我们越来越不得不依赖地下水,但对含水层补给区域和补给率的了解有限。培训我们的科学家和加强实验室是更好地管理我们的水供应的关键。"

原子能机构在津巴布韦的技术合作项目管理官员Anna Grigoryan说,原子能机构的区域和国家项目侧重于培训和支持国内的伙伴关系:"通过协调水务利益相关者之间的干旱反应,津巴布韦的决策者可以做出明智的选择,促进国家供水的可持续管理。"

对优质水的需求

干旱造成的缺水并不是唯一的问题,缺乏清洁的水是一个日益严重的问题。

河水很容易受到污染,并且容易受到许多类型的污染物的影响。"如果河流被污染,污染会自动流向地下水。由于这两个水体不是相互隔离的,因此了解它们之间的相互作用是极其重要的,不仅在水量方面,而且在水质方面,"IAEA的同位素水文学家Ioannis Matiatos说。

"他说:"通过使用氧和氢的稳定同位素以及自然发生的放射性同位素,如氚和氡-222来追踪水,我们可以更好地了解河流和地下水系统的复杂动态。这使科学家们能够了解哪个水体受到了污染,以及如何补充水体。

河流和地下水在为拯救流域--国际原子能机构项目的重点地区--的饮用、城市和农业用途提供清洁水方面都很重要。该集水区位于津巴布韦东部,在旱季降雨量有限,容易发生干旱。随着人口的增长和经济对农业的依赖,集水区对水的需求正在增长。

对科学家及进行同位素技术培训

为了更好地了解河水和地下水之间的关系,津巴布韦大学的同行们于2018年在埃塞俄比亚的亚的斯亚贝巴大学接受了培训,同年年底,Mhizha在维也纳的IAEA实验室学习了如何评估地质、水文化学和水文数据,并为研究地点设计实地采样活动。

2021年6月,来自德国莱比锡亥姆霍兹中心的专家与当地专家进行了为期五天的虚拟培训课程。他们接受了同位素水文学基本原理的指导,特别强调使用稳定和放射性示踪剂作为调查地表水-地下水相互作用的工具;地下水测定技术;以及含水层对污染的脆弱性。

这种在线培训之后,将在年底对该国进行专家访问,以进一步培训津巴布韦专家的采样和分析技术、结果解释以及使用专门的实验室设备。然后,当地科学家将能够在几个季节内独立地继续进行同位素分析,以产生数据并了解水循环不同组成部分之间的相互作用。

"莱比锡中心的矿物学家和该课程的培训师之一迈克尔-舒伯特说:"当地研究人员发现的同位素结果将有助于确定津巴布韦国家地下水管理系统需要解决的挑战,并反过来使该国的供水管理更加可持续。

科学知识

利用环境同位素追踪地表水和地下水的途径

水体被天然地标记为独特的同位素特征。激光光谱分析器被用来确定独特的同位素特征或指纹,其依据是水样中不同同位素的相对比例。通过使用这些特征,可以在整个水循环中跟踪水的来源和运动。

自然发生的放射性同位素,如氡-222(Rn-222)、氚(氢-3)、碳-14(C-14)是强大的工具,使科学家能够确定非常年轻到古老的地下水系统的日期,并追踪它们在河水排放中的贡献。这些信息让水务专家了解采样河流和地下水的性质、历史和流量,并帮助他们校准和改进预测河流和含水层对取水和气候变化反应的数字模型。

中国核能高质量发展大会

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