资源简介

探究淡化海冰缓解环渤海地区淡水短缺问题
研究背景
环渤海地区人口众多、城市密集、产业发达，需水量极大，而淡水资源严重不足。南水北调只能缓解部分城市的缺水状况。淡化海水成本较高，目前推广利用较少。我国渤海每年冬季有较长的结冰期，能形成大面积海冰。能否采用简单技术淡化海水，解决环渤海地区淡水短缺问题？
问题提出
能否淡化海冰缓解环渤海地区淡水短缺问题
　　环渤海地区人口众多、城市密集、产业发达，需水量极大，而淡水资源严重不足。
　　南水北调只能缓解部分城市的缺水状况。淡化海水成本较高，目前推广利用较少。我国渤海每年冬季有较长的结冰期，能形成大面积的海冰。能否采用简单技术淡化海冰，缓解环渤海地区淡水短缺问题？
　　对这一课题的探究，建议采用以下思路。
现实问题：环渤海地区淡水资源严重不足。
　　淡化海冰是否可行？
了解渤海海冰的资源量。
　　了解淡化海冰的技术及经济可行性。
综合生态环境影响等问题，作综合探讨。
探究思路
1.渤海海冰资源是否可开采利用 为什么
可以开采。
①渤海海冰融水盐度低；
②海冰可开采时间长，次数多；
③海冰面积大，储量丰富；
④距海岸近，便于开采。
2.为什么渤海海冰可开采次数由北向南递减？
渤海由北向南纬度逐渐降低，气温逐渐升高，结冰时间变短，可开采次数减少。
合作探究
探究点1 海冰资源的形成和分布
环渤海地区水资源极为短缺，为了增加水资源的供应，人们正在探索一种新途径——海冰淡化。海水含有钠、钾等多种盐类物质，在结冰过程中析出盐分，但是一部分高盐度盐水仍然会被包裹在冰块内。开采的海冰在适当的温度下放置两个月左右，其内部的高盐度盐水会沿着冰裂缝自然排除，之后融化的海冰就符合淡水的标准。海冰资源的丰富度受太阳辐射，水体深度(储热量)、盐度等因素的综合影响，独特的地理条件使渤海形成了丰富的海冰资源，但空间分布不均(如图)。
(1)读图，描述渤海海冰资源的空间分布特点。
(2)分析辽东湾海冰资源较为丰富的原因。
答案：(1)主要分布于近岸海域；集中分布于辽东湾、渤海湾和莱州湾海区(或海湾地区分布面积大)；辽东湾海冰面积最大、最厚(或辽东湾海冰资源最丰富)。
(2)纬度高，获得太阳辐射少；受冬季风影响大，温度较低，结冰时间长；河流注入，海水盐度低，易结冰；海区封闭，与邻近水域的热交换少；水域深度小，热容量小；内海海湾，受大陆影响大，且海浪较小，易结冰。
小结
1．海冰的形成
(1)形成：海冰是低温条件下的海水冻结物。海水在结冰过程中析出盐分，导致海冰含盐量远低于海水含盐量，接近淡水，这是海冰作为潜在淡水资源的基础。
(2)渤海海冰资源丰富的原因：
环渤海地区属于温带季风气候，每年约有4个月的寒冷期可以形成海冰，加上海域封闭、海流弱、大陆架等因素，渤海海冰总量大
2．渤海海冰的分布
海冰资源量与纬度、水深、风向、洋流、地形等因素密切相关。总体上，北多南少，自北向南递减；辽东湾最多，莱州湾最少；近岸多外海少，从近岸向外海递减。
3．渤海海冰的价值
渤海海冰总量丰富，多生成于海边，是可以开采利用的，特别是北部近海海域，如辽东湾、渤海湾。
归纳总结
影响水体结冰的因素
1. 气温
（1）纬度：高，气温低，易结冰。
（2）地形 ：高山围绕，阻挡寒冷气流；
盆地和谷底地形，热量不易散失。
（3）洋流：寒流流经，水温低，易结冰
（4）大气环流——冬季风影响大，易结冰。（西风影响不易结冰。）
（5）海陆因素：距陆地近，降温快。
2. 海域封闭度，和其他海域热量交换少，易结冰
3. 水量（水深），少，热容量小，易结冰。
4. 盐度：盐度高，水体不易结冰。
5，水体的流动性，弱，易结冰（水库下游）
6.板块交界处，地热丰富，不易结冰
知识拓展
　　资料 1 渤海海冰资源量
　　渤海海水盐度为 28‰—31‰。海水在结冰过程中会析出盐分，渤海海冰融水盐度平均为 4‰—13‰。据估算，在气温低于或等于 –4°C条件下（图 3.28），渤海海冰每天生成1.86 厘米厚。以此海冰生成速度计算，辽东湾每年冬季可采海冰 7.4—13 次，渤海湾可开采 3.7—7.4 次，莱州湾可开采 1.9—3.7 次。
在寒冷年份，渤海海冰作为淡水资源的潜在可利用储量可达 1 000 亿立方米，正常年份可达 410 亿立方米。渤海海冰多生成于岸边，离岸 10 千米范围内资源量最大。
资料分析
　　1. 渤海海冰资源是否可开采利用？为什么？
　　2. 为什么渤海海冰可开采次数由北向南递减？
　　
资料 2 渤海海冰淡化研究
海水在低温环境中发生冻结时，一部分来不及排出冰体的高浓度盐水被包裹在冰块内部。海冰淡化就是通过各种方法，将高浓度盐水从海冰中分离出来（图 3.29）。
方法1:将采集的海冰堆放在一起，控制温度，经过两三个月，海冰中的高浓度盐水会在重力作用下，沿着冰体内部的缝隙自然排出。
方法 2 ：在低温环境下，将海冰破碎，利用离心机将破碎海冰中的高浓度盐水脱离出来。
研究表明，经过上述方法处理的海冰，融水盐度可低至 1‰，符合淡水标准，而且成本低于直接淡化海水。
资料分析
　　1. 采取上述方法淡化海冰，产生的高浓度盐水如何处理？
　　2. 从供需角度看，淡化海冰生产淡水是否可行？
　　
海冰淡化是我国自己发明的海水淡化利用技术，是近年来非常规水资源开发利用研究领域的新动向。
我国环渤海地区人均水资源占有量低于世界公认的缺水警戒线，水资源短缺的问题一直存在。同时受季风影响，海冰灾害一直困扰着环渤海地区的人们。
变灾为宝,海冰为解决水资源短缺问题提供了新途径。中国历经10年研发的海冰淡化技术，有望使整个渤海成为一个珍贵的“淡水碗”，缓解水资源短缺。目前，我国海冰淡化水平已居国际首位。
资源开发利用的新途径
海冰，指直接由海水冻结而成的咸水冰，亦包括进入海洋中的大陆冰川（冰山和冰岛）、河冰及湖冰，其盐度比海水低2％。～10％。。
“海冰淡化是海水淡化的延伸和补充。” 北京师范大学资源学院资源技术与工程研究所所长顾卫教授说，“从长远看，海冰淡化开辟了海冰作为淡水资源的开发利用的技术新途径，必将有效地丰富我国海水淡化技术形式，为环渤海地区提供可行的新型非常规水资源开发和利用的新模式以及战略储备技术。”
1995年，以北京师范大学史培军教授为首的专家针对我国环渤海地区的水源缺乏的问题提出了海冰淡化的议案。1999年，科技部社发司将海冰淡化列入“863”预研究计划，国家投入了一定的经费支持。
在我国，环渤海经济圈水资源一直严重短缺，是全国水资源保障压力最大的地区。其中，大连、天津、北京、青岛等城市人均水资源量甚至低于180立方米，远低于世界公认的人均占有量1000立方米的缺水警戒线，处于极度缺水状态。
“海冰的危害，主要是阻塞航道，渔业受阻。取走海冰用于淡化，不但航道冰被清除，而且保持了航道的通畅。”顾卫说。
顾卫说，渤海海冰可作为淡水资源加以开发利用的主要依据源自其两个基本特征：海冰的可再生性和低盐性。可再生性使得海冰能够年复一年地产生，低盐性使得海冰淡化成本较低，经过简单物理处理，就能从微咸水转变为淡水。
绿色环保的新技术
根据卫星遥感资料、海岸雷达监测资料和海上及沿岸冰调资料，以最低保证率进行估算，近20年来（1987-2007）渤海海冰可探明储量为13亿-60亿立方米，其中轻冰年约为13亿-20亿立方米，常冰年为20亿-40亿立方米，重冰年为40亿-60亿立方米。
海冰淡化技术已经完成室内实验和小试研究，目前正处于中间试验向产业化转化的阶段。顾卫说：“距离产业化也不是很遥远，由于海冰属于微咸水，其为结晶的水和被其包裹的浓盐水，经过处理，将淡水和盐水分离，就能得到淡水了。”
海冰资源的开发，为渤海湾沿岸土地的改造利用提供了新的模式。经研究，通过挖浅池、筑台田、覆海冰、洗盐碱的方式，可以在两年左右的时间里，把盐碱地改造为宜农、宜牧、宜林的良田。“可以说，海冰资源的开发利用，有可能为保障我国18亿亩耕地的底线做贡献。”顾卫说。
海冰淡化未来的应运前景主要是农业用水、工业用水和城市生活用水。
“作为一种新型的水资源开发技术，和当前常规的成熟主流海水淡化技术相比较，海冰淡化技术工艺简单，投资较少，易于推广，节约能源，清洁生产，环境友好，是一项绿色环保技术。”顾卫补充道。
仍面临不少新困难
我国海冰淡化技术在发展的同时，也遇到了不少困难。
史培军教授介绍说，海冰淡化要实现具有产业化开发意义的海冰淡化技术研发和工程性试验，就必须在海边建立海冰淡化综合试验基地，而在辽东湾沿岸的基地建设，由于用地问题几经挫折，至今尚未解决。
从“十五”到“十一五”，国家各部门在海冰研究上投入的总经费为2220万元，虽然取得了一系列研究成果，但平均到资源量调查、脱盐技术研究、关键设备研制、农业利用研究、基地建设等各方面，以及十家研究单位和近百位科研人员，这些经费还远远不足。
海冰淡化已经从设想成为了现实，并正在向产业化方向发展，但至今仍没有确定自己的行业所属。这将使海冰在“十二五”期间的立项仍然会面临不少阻力和困难，而环渤海沿岸的缺水事态正在急切地呼唤着海冰淡水早日产出。
“对环境的影响，肯定会有，但是从目前的科学研究来看，影响不会太大，首先渤海是一个一年的冰期，而且从采集量来说，远达不到很严重的环境问题。其次是盐分问题，有些环保人士认为大量采集海冰会使渤海的盐度增大，从而影响生态环境，但是都不会很大，一是环渤海周围有河流汇入，起到稀释作用，第二黄海与渤海的动力交换可以将其缓解。”顾卫说。
问题探讨
　　虽然渤海海冰资源丰富，淡化海冰技术的应用前景广阔，但是，淡化海冰也需要考虑其他问题。例如，海冰资源的季节性很强；大量开采海冰会导致海水盐度升高，影响海域生态环境；海冰淡化产生大量高浓度盐水，如处理不当，会对沿海的生态环境产生不良影响。
　　请综合考虑上述问题，对“能否淡化海冰缓解环渤海地区淡水短缺问题”给出自己的观点，并阐述理由。
实践活动小结
通过这次实践活动，我们认识到，在实验基地，采集的海冰被切碎后，通过输送带输送到蓄冰池，再通过淡化技术使海冰内部的淡水冰晶和盐水乳泡分离，最终获得淡水。目前淡化一立方米海冰的成本在6元左右，将来有望降到4元以下，海冰淡化也成为解决黄渤海周边地区淡水匮乏的有利办法。
通过这次实践活动，我们统一认识到，无论南水北调也好，还是资源调动都有一个好处，它实际上是一个资源量的存量再分配问题，而海冰淡化或者海水淡化它实际上是一个增量的存度，这个时候如果海冰用上的，这样我们整个边缘的资源就可以非常的充裕。

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