一种在干旱地区自动从大气中获得淡水的系统及其方法
[0002] 此发明是属于发明者绿色水源系列发明之一部分，受 US 62/495,709 （Sep. 22, 2016）在先发明申请 优先权的权利保护时效范围之内。
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非专利文件参考：
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背景技术
地球上的水受热会蒸发到空气中成为气态的水。空气中的气态水也可以在一定的条件下凝聚成液态的水并且成为水滴降落回地面，这个过程称为降水。一般认为降水包括了降雨，降雪，和 冰雹等形式，但是降水还包括了一般不被人们所注意的其它形式：如空气中的气态水，特别是森林中空气中的水分可以在植物的表面凝聚并沿着植物的枝叶滴入土壤，或者沿着植物的枝干流下进入植物的根部土壤，露水以及霜的形成也应该属于气态水直接在地表的凝聚的降水形式。
地表每年被蒸发水量十分多，使得大气中含有巨量的水份。这些水气在地球的大气运动迁移中十分活跃。Reginald Newell 等人于1993年发现在距地表大约2公理以内的对流层中存在水气运动的大气河流大约有每秒1.65亿公斤的水从赤道运往中纬度地区。 仅仅在南美的上空，这种空中的河流迁移的水量就相当于一条亚马逊河流 [1]。 在地球大气中的水约有3100立方英里，其中蒸汽的形式为98%，云层仅为2%。
通常大气的降水特别是降雨和降雪被认为是地球上淡水的主要来源，也是最直接的来源。降水也可直接沿着地面汇成湖泊与河流，部分的水可以沿地表的缝隙渗透到地表下直到被不透水的地质结构所阻挡而地势流淌并聚积成为地下含水层湖泊。 这些淡水可以在地下被储存很长时间， 也可以当地表的地势势校低时。或在地下水位较高时可以流出地表而成为河水或泉水的源头，并在地表的洼地成为湖泊。最终除去再次被蒸发入空气中之外，相当部分的水流都经汇聚成河流而归于大海。所以海洋可以看成是裸露在地球表面的巨大露天盐水湖泊。这里没有涉及地下原始的固有矿物水，那些含盐量较高的水层通常位于地底较深的岩石层下。
人类通常是由降水获得所需的淡水；包括从降水或者降雪融化后汇集形成的河流，湖泊以及泉水或者从地下含淡水层的地质结构中直接抽取以等方法直接获得淡水。再就是用海水淡化的方法，从含盐的海水中获得淡水以供人们日常生活所用。但是，随着人们的社会发展需要和人口数量的增加，人类对于淡水的需要量也在日益增加。直接从地下开采淡水的量越来越多，使得人类聚集处的地下水在不断地下降。 水荒干旱的事件更加频繁地发生。土地的沙化也越来越严重。人面临因用水的短缺带来的生存危机，造成越来越严重的全人类的社会问题和矛盾[2, 3, 4]。 甚至引发国家以及民族之间的战争。所以，淡水的来源问题，特别是寻找直接可用淡水的水源，对于人类的社会生活十分重要。对于淡水的迫切需要，使得人们不仅使用收集装备从雾和露来制备淡水 [5, 6]. 而且发明各种收集淡水方法，想方设法地直接从空气中制备淡水。所以，从空气中回收淡水是一个越来越受人重视的方法。特别是在水源稀少的地区比如沙漠地带。
从空气中回收淡水的发明已有相当长的历史背景了。上世纪的30年代Knapen曾申请过他的美国专利（US1816592），一个如蘑菇状的，中空的，混凝土结构，利用自然夜晚的凉气来冷却混凝土墙壁的石质，用来在白天冷却温度较高的空气以得到凝聚水。这个简单的设计没有采用有效的抽吸通风系统，没有采用较好的与空气接触面积大的冷凝材料，因而效果可想而知。在这前后各种从大气制备淡水的方法都有一些共同的特点，一是耗能，特别是大规模的尺度上的环保角度上来看，即使是发明者称为低耗能的设计 ， 例如US4146372A。二是巧妙的，但实际上在应用上并不必要那样复杂的 弯路设计 （US4146372A， 2761292A） 等等。或者不适合大规模的环保实际上的应用；这方面的一个例子包括了先进科技含量很高的最新报道 [7]。相比，2016年9月本发明人公开了干旱地区水气循环的学说，和在此学说指导下的利用自然日夜温度变化从大气中几乎不停顿地自动获得淡水的简单方法， [US 62/495,709] 。这个学说以常规的知识来推理解释沙漠绿洲普遍的，但又被以往的研究者们们忽视了的现象 ， 用别人以前从未考虑过的角度来分析 沙漠的特性 。来揭示一个全新的沙漠产水的概念。从而建立一个地质和气象学的水循环的新理论。并且在这个新理论中，建立了一系列新的概念和定义。这个理论及其应用将对于大气温度的变化，水的大气和地质循环以及人类对于新水源的研究认识和获取，以及沙漠的成因及其治理，都具有开创性的指导意义。同时，对于缓解人类面临的水荒问题，开发占全世界表面积达1/3的干旱沙漠土地，解决社会矛盾等方面具有巨大的社会现实意义。 除了理论上的发明之外 相对于他人的发明，本发明依此新理论公开的应用方法极其简单。全部利用自然能量，系统运行所需的人工能耗几乎零。 除了基本简单的结构，几乎无需任何其他的人工材料。
学术知识背景
沙漠是被人们认为是地球上最干旱的地区,空气中的含水量极低,因而那里的年平均降水量也极低,甚至是不毛之地。 但是,沙漠中往往会有一些含水充裕的绿洲,与其周围的严酷环境形成鲜明的对比。沙漠绿洲水源的奥秘,不仅是一个科学的奥秘,而且更如上述的原因和意义, 值得人们的研究和探讨。在长期以来,人们普通第认为沙漠绿洲水的来源或理所当然地是得益于来源于自然降雨,或者是来源于不同类型地下水源的上涌。或者是两者共同的原因。特别是学术界对中国西北部的巴丹吉林沙漠干旱地区的绿洲湖群特有现象的原因一直在争论不休,各种观点包括: 地下水源说 [8, 9, 11],降水来源说 [12-15] 两大类。然而,科学家们的争论所基于的各种观点都不能圆满地解释巴丹吉林沙漠绿洲的某些特定现象。上世纪 80 年代学者孙庆峰在他的综述中总结了各个方面因素之后,认为相关的研究应该考虑到沙层的厚度,沙层之下的基岩股地形,地质构造和岩性等因素的影响。同时指出:“要根据现有的研究来判定湖水是来自降雨或地下水的结论为时过早。但可以肯定的是还有其他尚未明了的地质因素在影响湖泊的形成,”[16] 。 学者王涛在他的研究文章中曾结论性的论述到:“巴丹吉林沙漠内部湖泊的形成主要是受控于高大沙山的地貌特点”[15]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干旱地区自动从大气中获得淡水的系统及其基于该系统的沙漠产水方法。 为了实现上述发明目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种干旱地区自动从大气中获得淡水的系统,完全不消耗包括人工转换的自然能源在内的能源的。该系统借助对吸附空气中水气的物体被大气日夜温差造成持续循环的冷却,以促使所述吸附空气中水气的物体之间的空气进行循环冷却以降低空气露点来产生凝聚水的方法。该 产水系统包括了用来产生负压为目的的风井,气/水分离装置和带有节制阀的储水池和吸附空气中水气为目的的物体。
风井大部分突出地表以上,产生一个对吸附空气中水气为目的的物体单一方向的负压。 所述用于产生负压作用的风井其下部连接有气/水分离作用的,可引导水流进入的空间。所述风井底部带有除尘口,用以排除沉积的沙粒。 所述的气/水分离室指任何分离所产的水和空气的部分。其有一定的空间高出所产水流以上以分离水和空气。可以让水和气体溢出。并且有开口引导水流最终进入储水池。在简化设计可以与储水池合并。 所述的储水池由一个引导水的流入管和一个储水池和一个出水管组成。出水管上带有节制阀,其作用是当储水池中的水压但到一定的程度时会自动打开放水。 所述系统的原理可以变通简化包括但不仅仅限制于用在沙堆下方直接承接该沙堆因温度变化所导致的沙堆产生的凝聚水。承接水的方法可以用任何方法来引出或者储存。 任何增加沙堆或替代物之间的空隙之间的空气流通量以增加冷凝水产量的方法包括但绝不局限于在此发明原理的基础上使用电能使风井增加吸气排气能力的方法。
基于上述应用系统的沙漠产水方法,包括了,沙漠底部凝聚水的排流造成沙漠沙层产生负压使得沙漠吸入地表大气在沙漠日夜温差变换条件下导致沙漠对大气中水分抽吸是造成沙漠干旱原因的理论概念。
本发明的理论原理:
为叙述方便, 这里首先把沙漠的沙层从表面至沙层最底部依次大致分为 4 层:第一层是在沙漠环境中被太阳灸烤得发热的表层。第二层是沙漠表层以下,温度开始下降,仅仅有凝结的薄膜水出现。第三层是出现有第二层的薄膜水继续凝结成的非饱和的重力水层。第四层是指出现饱和的重力水并成为沿着地下地势流动的水流;这个水流最终形成地下河流或者地下湖泊,或者储存在地下储水层。这样的分类类似于赵景波在考察腾格里沙漠时发现描述的中卫沙层剖面那样[12, Fig. 5, b2] 。通常来说,沙漠彼此之间各自总沙层的厚度的不同将决定不同沙漠在上述不同沙层的厚度不一。更要强调的是,这仅仅是理论上的标准分层。因为各个沙漠各处地形的不同和大气湿度的变化,直接影响到上述各沙层的相对厚度变化和各层依地势起伏的变化。同一处沙地的同一个沙山的不同检测地点,同 一类沙层所处的深度也会有些不同,或者说,在不同地点的同样深度可以会有不同类型的分层出现。同这种粗略的分层法不考虑每一层特别是第二第三层还会有更细节的分层,如赵景波对于沙层的划分 [17] 。 由于在沙层第二第三层中液态水的出现会使得这层中空气的体积变小,并且沙层第四层中的重力水是向下流动或者是顺斜坡流走的,虽然在第三和第四两层中的重力水的产生和下沉会向上排挤出沙层中砂粒空隙中的空气,但是,空气冷却的体积收缩,和其中水气体变为固体的体积变换,以及重力水向下的沉降,都会使得在沙漠内层的空气产生一个综合向下的,对整个沙漠沙层上部的空气都向下抽吸的负压。显然,这时毛细管现象仍然存在,但是,两者可以在在沙层中共存。而且,毛细管现象更有利于沙层中负压的生成:因为毛细现象占据了部分沙层内部的空间,使得负压更具效果。使得沙漠中的沙地可以更有效的吸收其表面的空气进入沙层之中。着个过程虽然似乎是微弱和缓慢,但是却日复一日,年复一年的一直持续着。
当白天沙漠热空气被吸入沙层表层以后,被吸入的热空气一方面与沙层中的凉空气和低温砂粒进行热交换,交换的结果是产生并增加了第一层沙层的厚度。 但同时由于被吸入的热空气在第二层的沙层中的这个交换中变冷,使得空气被继续吸入沙层下部并持续地进行热交换变凉的同时而其湿度逐渐升高,且温度持续地下降直到露点温度的出现而产生冷凝的薄膜水,进而成为重力水并依靠自身的重力克服在砂粒表面的黏附力自动下沉。这个现象可以从上述赵景波的勘探研究报告中得到佐证 [12. Fig. 5, b2] 。要注意的是在该文中认为沙层中的水分源自大气降水。
显然,在沙漠白天的热空气进入沙层内部的结果造成了第一沙层渐渐变厚和第二层和第三层逐渐的下移。虽然这种随温度的变化会很细微,而且通常到一定的厚度就因为日夜交替而停止,反转。 沙漠日夜间的温差通常可达到 20 摄氏度,有时可以差到 50 摄氏度甚至更大。当夜晚的到来时,沙漠上空的空气温度快速急剧下降。沙漠沙层的表面通常会出现冷凝冰粒。
白天的热交换现象会因地表凉气下沉而很快的停止。在极短暂的沙层内外空气热交换停滞后,出现了与白天情况相反的热能交换现象: 由于这时造成沙漠内部负压的因素虽然变小但应该仍然存在,所以当沙漠表面处于水气露点以下温度的冷空气因自身的重量较重下沉及负压的原因进入入沙层之后,与白天变厚了的第一沙层和第二层砂粒和砂隙间的空气进行冷交换。此时冷交换的结果导致沙漠第一沙层的快速变冷,接着第二沙层随第一沙层后也逐渐变冷。 以致第一沙层会变薄并消失和第二层沙层融合。因为沙层外部冷空气进入沙层内部,一方面冷却了因白天热交换导致被升温了的沙粒,另一方面排挤出在第二沙层的沙粒间隙中相对较热的空气。这个过程业也会使得沙层中砂粒间在白天逐渐变热的空气此时更易产生凝聚的薄膜水。因此,此时沙漠的产水过程虽若于白天但仍然没有停止,第三沙层也会因产水量的变少逐渐地上移。这时,沙漠表层空气进入沙层内部不仅仅是由于沙层内的负压,还由于沙层表面的冷空气较重的原因,可以直接下沉入沙层内部。 夜晚低温的冷交换的结果使得沙漠重建了第二沙层的低温, 并在白天沙漠上重新出现的高温使第一沙层重建并保护内部第二沙层的温复和湿度,使内部有足够的较低温度维持在上一段中所述的,产生冷凝水的条件。 如此循环。
这里可以看出;沙漠淡水的生成主要由于沙漠昼夜较大变化的温差造成的,这个过程同样发生在白天和夜晚。与之同样存在的现象还有夜晚冷空气造成的空气中水分在沙漠表面的凝聚成水和冰。而当早晨初生的太阳迅速热烤大地时,冰被刚刚融化时的冰水会直接流入沙层并进一步地淋漓已经变得很冷的沙层使第二层(第一层这时已经消失)变得更厚,自然地,为沙漠在炽热的白天从空气中产水创造了更加充实的条件。而白天, 炙热的阳光灸烤大地重建了第一层沙层,并再次有效地保护了其下第二沙层的温度和产水的条件。在有关沙漠研究的文章中,至今还没有见到专门研究干沙层(第一沙层)在昼夜不同气温条件下的变化,以及对下部沙层含水量影响的研究文章和探讨,论述。并且仅仅考察一些顺带提及的研究结果(见下)。
在本发明中,如果区分寻常大气的降水是空气中的水分在大气中变冷而导致水汽凝结成降至地面的过程为外降水的话,那么,沙漠内部沙层的低温致冷被吸入沙层的空气产生凝结的薄膜水和重力水的过程就应该被定义为沙漠的 ‘内降水’ 现象。 同时,这里把沙漠各沙层中的含水特征随昼夜温度的变化而起伏变化的现象称之为沙漠的 ‘内潮汐’。而把沙漠昼夜内外冷热空气的交换现象称之为 ‘沙漠的呼吸’。 而把沙层温度的变化特别是第一
第二沙层温度变化随昼夜循环而变化的现象称为沙漠内部的 ‘温度变化的循环’, 简称‘温度循环’。 显然,沙漠的内降水是由两部分组成:大部分是白天的热空气被沙漠内的负压吸入沙层内并降温到露点导致空气中水汽的凝结出现薄膜水并最终成为重力水下沉, 以及少部分是夜晚的冷空气因沙漠的负压和自身的重力下沉进入沙层内进一步降温在白天被热交换升温了的沙砾间隙的空气并使之降到露点产水。至于夜晚沙漠上空大气中的水汽凝结在沙漠表面沙粒上的冰(或露水)应该是属于沙层外部的凝聚水。这部分的水一部分在白天会被重新蒸发回大气,另一部分会因负压进入第一沙层参与沙层产水过程。 因此,沙漠产水来源除了内降水之外还部分来源于每个夜晚的地表冷凝水的部分水量。 应该指出的是:沙漠内降水和地表冷凝水在单位时间的计量上较之沙漠环境的大气降
雨量可能要少得多。 但是在沙漠条件下,这个过程却每日每夜都在几乎不停的进行着。自从沙漠诞生以来的第一天到千年万年来一直不停积累将会使得沙漠内降水的总量会较之人们目前,即使是在读此发明介绍时所能想象的还要多得多。所以,沙漠地下的储水量必定十分可观, 沙漠越大,沙层越厚的沙漠产水量就越大。这点,可以从世界上的大部分沙漠地下都发现巨大的水源积聚,特别是在沙哈拉大沙漠地低的巨大储水探测量得到佐证 [21]。
本发明理论的另一个观点是认为沙漠上空大气极端干燥的原因是由于沙漠日日夜夜的产水作用造成的不停抽吸排干空气中的水份的效果所导致。 因为如果沙漠上空大气的干燥原因是通常人们认为是因为白天的高温所致的高蒸发量和高露点的原因,造成降雨量的极少的话,那么,白天被蒸发入空气中的水分在晚间低温露点时的降雨和强降雨应该是很普通的沙漠现象;即因此的日均 24 小时降水量应该不少 --- 这显然与事实不符。在这里, 通常沙漠在日间所说的蒸发量严格来说应该被称为是‘蒸发潜能’或者是 ‘蒸发能力’; 因为实际上在沙漠日间根本没有那样多的水量供白天的沙漠环境去蒸发。所以,沙漠以其在温度循环基础上的沙漠呼吸,使得沙漠把空气中的水份经过沙层外部的地表冷凝和内部的内降水形式日日夜夜不停的收集并储存在地下。这才是沙漠上空大气极端干燥的真正原因。
纵观各研究文章的叙述可以看出,如果把承压水换成内降水量的概念,几乎所有的疑问都迎刃而解。而把凝聚 -- 部分蒸发和部分内渗 --- 再凝聚 -- -再部分蒸发和部分内渗的蒸发和凝聚的循环因素考虑进去的话。那么上述沙层中孔隙水的反复蒸发-补给的过程也得到证实。也就是说沙漠地区白天地表蒸发入空气的水分在夜晚又会部分以地表冷凝水的形式回归地面沙层以下。由此是造成了一些文章中发现的 20-25cm 以下沙层中孔隙水的 18O 数值表明它经过了反复蒸发和补给的过程 [8,9, 11] 的真实原因。当然这里并不是说所有湖水的补充一定没有传统概念的地下承压或地质深层的水源介入,而是说绝大部分现在的承压水概念应该来源于沙漠内部的降水和夜间的凝聚水。
反大湖效应
在气象学中有一种现象被称为‘大湖效应’:当秋冬时节移动的冷气团遇见大湖上空的湿润暖空气之后会在冷气团经过的地区产生大量的降雪,形成雪暴灾害。此现象所降之水来源于湖区上空蒸发的水汽。而在沙漠地区的干旱高热气象条件,与大湖现象完全相反,应该存在一种 ‘反大湖效应’ 即‘沙漠效应’的气象现象的存在:白天的高温使得沙漠上空的空气膨胀上升到较高的大气空间。由此沙漠四周较低温度和较重空气在较低的高度上向沙
漠地区移动填补沙漠气流上升造成的空间并带来相对湿润的空气流。而沙漠上空白天上升并扩张的大气在于周边气流交集的结果造成了沙漠地区周围的气象也变得干燥少雨。简单地说沙漠上空的大气与周围的空气交融湿度和温度。使得沙漠内降水造成的干燥效果影响到沙漠外周围地区。远期的效果是沙漠环境的扩张。同时也使得沙漠区内边缘部分的内降水现象应该要大于沙漠的中心地区。特别是在沙漠外周空气流填补沙漠上空路过的“风径”上越过高山后下沉并温度降低导致空气的体积变小而湿度上升时应该更为明显。比如在中国的巴丹吉林沙漠湖群现象;湖群密布在盆地地貌的沙漠东南部边缘区,山区的西北面地区。这种效应在气象和地质学上应该被定义为 ‘沙漠效应’。 在巴丹吉林沙漠内缘周围的沙漠效应过程用还涉及另一个过程,或者另一个现象:似乎是 ‘逆焚风’现象:即当有相对湿度较高但实际湿度较低的空气流吹向山背后相对湿度较低的地区时,由于此时空气的实际湿度较低,所以在越过山峦时不会像焚风吹过高山那样产生降水现象。因此此时空气所带的水量没变。当这样的风吹过山峰后,为山背面相对湿度较低的大地带来相对较高的湿度(而非像焚风那样在越过高山后给山背面带去干燥的热风)。 在个过程在效果上起到了沙漠抽吸周围大气中水分的作用。 这自然地有利于沙漠 ‘主动地’向外扩张,造成周边地区的沙化。这也应该是位于雅布赖山西北面和北大山以北的巴丹吉林沙漠湖群区降水多于西北部的原因之一。
从以上的原理还可以看出:沙漠大气的湿度越高就越有利于沙漠内降水的效率。但是,降雨却对沙漠内降水会产生抑制效果;因为降水淋漓第一沙层可以快速地破坏第二沙层的温度稳定和填补沙漠的负压效果。这从一些研究结果可以直接看出[18,Fig. 4] 。虽然由于降雨带来入渗的水量,使得流入地下的水量会是增加的。但在雨量小的时候有时仅仅可以观察到只在第一沙层的潮湿增加而似乎没有影响到第二沙层 [8 ],但是,由于负压的存在,第一沙层由雨水所致的潮湿空气中的大部分水分将被负压吸入第二沙层增加内降水的量,而非想象的全部又被蒸发回到大气中。
在诸多的研究中都报道沙层表面的干沙层仅仅在 20-40 厘米之间 [9, 12, 14(表6), 17]。 陈建生还报道,2003 年 9 月两次分别为 5.5 和 10.6 毫米降水量的大气降雨仅仅渗入沙层的厚度为 65 和 130 毫米。且于一周后入渗的雨水全部被蒸发干[9] 。马宁报道,在 2012 年观测到几次 4.0 毫米的大气降水事件,绝大部分在随即的几天内蒸发 [20] 。依此现象,那么现在通常大气降水量对湖水补给的概念都应该依当地干沙层的厚度及其季节变化来更精确地计算和相关概念的评定。因为如果不以内降水的概念来看,所有降水量小于可以湿润表面干沙层(约 200-400 毫米)的大气降水都不应考虑为 直接补给湖水的来源。况且又有报道在巴丹吉林沙漠地区的降水中,有高达 90%的降水次数是小于 5 毫米的事件[20] 。 因此,引入‘表层降水’,‘表层降水量’,和 ‘深度降水’,‘深度降水量’,及其两者间‘阈值降水’ 和‘阈值降水量’的概念是必要的。(这里不用‘有效’和‘无效’ 的概念来划分,是由于所有的大气降水都会对沙漠内降水产生某种‘有效’的影响)。 同理,在考虑蒸发量时应该把实际的蒸发量和蒸发潜能分开:湖水水面的蒸发量与沙地表面的实际蒸发量是不同的:对于前者来说,蒸发量等于蒸发潜能。而对于沙地来说,实际的蒸发量应该要小于蒸发潜能,即湖面的蒸发量。因为沙地的实际蒸发量依照大气的状况在不停的变化的特别是大气降水的前后这种变化极具明显[20 图 6a,图 8a] 。 所以,湖水水面的蒸发量实际上对于沙地表面来说应该是蒸发潜能。那么,在考虑到沙漠的蒸发量,特别是沙地的实际蒸发量对湖区水源来源量作统计时,不应该把所有湖区流域面积与湖水面积和沙地面积来统一的计算它们的蒸发量。也就是说,在沙地的蒸发量不应该以沙地的蒸发潜能来计算实际的蒸发量。
受沙漠内降水因素的影响,沙漠绿洲湖泊水源相当一大部分甚至可以是全部来自于附近沙漠地质结构的内降水造水。沙漠湖泊绿洲的生存环境一方面与沙漠绿洲地下的地质构造高度由关,另一方面也与之高度相关的是绿洲附近沙漠沙层的厚度。 沙层的总厚度越厚,第二第三沙层产水的潜力就越大。同时,沙山的高度因为所拥有的面积和体积要大于平坦地势的沙地,所以沙山内部的内降水将多于后者。 这应该也是沙漠湖泊多临近沙山的原因;几乎绝大部分的绿洲都傍沙山存在。 如果沙漠巨大的地下水资源是来源于大气降水的话,那么,在撒哈拉地区空气极其干燥,大气降水量极其罕见的条件下仍然在地下储藏着世界最大的地下水量, 就与之矛盾。
沙漠内降水理论对先前研究结果的解释,或者现有的研究结果对它有利的证明:
1. 巴丹吉林沙漠地区大气降水量少且年蒸发量大的条件下,湖区仍基本维持常年的丰富水量。虽然被认为是地下水源补给湖水,但至今为止没有足以说服人的证据来直接给与证明。
2. 马延东的报道发现 [14]:在距离沙山顶部 35 米处发现的洼地聚水滩[图 2],以内降水原理来解释:说明了该沙山内降水至少在 35 米厚处的沙层中就可以形成上述第四沙层。因为如果是大气降水的话,那么,依据该文表 5 的大气降水入渗虑率 2.0cm/min 来估算, 从沙山顶部及其附近雨水入渗到该处洼地聚水应该不到 36 小时的时间。如果在考察前一两天该处如果已经下过雨的话,那么,研究人员绝不会把那个对研究有如此重大影响的因素忽略掉。参考赵景波在腾格尔中卫沙层所发现在距地表约 2.5 米处就已经发现有重力水出现的事实,结合该地沙层入渗率来分析 [12,图 5,表 1] , 可以佐证在距沙山顶部 35 米这个深度以上的沙层应该早就已经有内降水产生了。而作者再往沙山下部发现水的径流溢出的现象应该是由于内降水造成的;该处内降水的重力水量超过了该处的入渗率。也就是说该处的内降水的重力水向下流渗时遇到相对渗透率较小的细沙层而溢出山体。这是与在山顶 35 米处发现的水滩洼地是由同一个原理造成,只不过在洼地时发生使水聚积而非再次入渗下层粗沙层而已。所以在洼地处的水聚集没有也不易发生文中随后所述的,在海拔 1350 米和 1326 米处发现的径流出露产生造成的化学和物理沉积现象。
3. 在陈建生的报道中距湖面高 17 米处的沙地有泉水流出的现象 [9],在当地 9 月份考察的时间仅仅有过两场‘表层降水’的条件下出现高出湖面 16 米(17 米减去 1 米的井深)处的泉水流出,且没有地下泉水上涌的类似高程水头的泉眼出现的情况下,该处的泉水来源只能以沙漠内降水的产物来解释。
4. 同位素异常测定值:孔隙水的千分偏差 18O 的正值表示它经过了反复补给-蒸发过[8, 11]。地下水中的氘氧同位素异常表明地下水在入渗之前就受到了强烈的蒸发[8!] 。同时,这个结果间接地证明了依照上述分析的原理, 表层降水量的去向分化为重新蒸发部分和被负压吸入深部沙层成为孔隙水的部分:后者的千分偏差 18O 的正值表示它经过了反复补给蒸发。
5. 不仅是巴丹吉林沙漠下,几乎所有沙漠地下都发现有地下水储存。特别是撒哈拉沙漠[21] 。这似乎给人以沙漠越大,其地下水越多的概念。
6. 在赵文考察中卫沙漠同一时期考察的民勤地方的沙层,却在地下 4 米处仍然未见重力水的出现[12, 图 5a1,a2],说明了沙层的分层变化依不同的地质和大气条件而不同的事实;中卫地区的年降水 186mm,民勤地区的年降水 107mm。
7. 值得注意的是,在以往的研究中在考虑湖区总补给水量时,都是将降水量以外的补给量都认为是来源于承压水及其越流。如果仅仅这样的分析将会得到大气的降水没有抑制反而增加了沙层内降水的效果而与上面 [0023] 中所述大气降水会抑制内降水的结论矛盾。因为在以沙漠内降水的原理来分析上述诸多的文章的结果时,比如中卫地区的年降水 186mm,民勤地区的年降水 107mm。前者沙层含水量较后者丰富是由于地区降水多造成的这样一个矛盾的概念。但是在考虑沙层的入渗率后就可以看出者是不对的。因为在发生可以入渗到第二沙层的降雨水量之后,依据当地的沙层入渗率[9 表 5]粗略地来推算,虽然沙层可以保持一定的水量,但仅仅需要大约不到三小时降水就可以穿透 4 米的沙层,在沙层下开始排出降水(重力水)。研究人员不会在雨后三个小时就开始收集数据而不特别说明。
8. 丁宏伟报道[10]:通过对巴丹吉林沙漠毛日图和西巴丹山顶剖面深度的温度和湿度的测量,发现“两个地点 20cm 以上浅沙层含水率仅为 1.1%~1.2%, 40 cm (处)迅速达到2.8~3.2 %, 形成湿沙层”[图 4]。
9. 所有上述沙层中重力水下行或以任何形式的排出,造成的流水体积的空缺会对沙层地表面产生向内的空气负压。上述所有观察到大气降雨在随后的时间又被蒸发消失的现象在上述负压的存在下逻辑上不可能全部都被单向地蒸发回到沙漠的大气中。这点从马宁文章[20 图 7 所示的 2012 年 6 月 28 日及以后数次降水后的沙层体积含水量变化可以看出:自第一次的 6 月 27 日降水后至 7 月 20 日的时间中 45 厘米深处沙层和含水量一直在增加。即使是在距离最后一次降水的 7 月 6 日以后的 14 天内都一直是这样。从而证明了沙层中的雨水有负向蒸发现象的存在。虽然目前还没有令人信服的理由来解释同图 65 厘米处含水量稳定的原因。但是在负压条件下来考虑,蒸发量不能作为否定大气降水入渗地下作为湖水来源的理由。
附图说明 （略）
此原理设计在相应的技术改进之后可以用在海洋,海岛来制备淡水。
具体实施方式
实施例
一种大气自动制水系统,完全不消耗包括人工转换的自然能源在内的能源的。该系统借助对吸附空气中水气的物体被大气日夜温差造成持续循环的冷却,以促使所述吸附空气中水气的物体之间的空气进行循环冷却以降低空气露点来产生凝聚水的方法。该 产水系统包括了用来产生负压为目的的风井 1,气/水分离室 3 和带有压力节制阀 19 的储水池 10和吸附空气中水气为目的的物体。
风井 1 大部分突出地表以上,产生一个对吸附空气中水气为目的的物体单一方向的负压。 所述用于产生负压作用的风井上部高出地面,其下部连接有气/水分离室 3,可引导水流进入。所述风井底部带有除尘口,用以排除沉积的沙粒。 所述的气/水分离室指任何分离所产的水和空气的部分。其有一定的空间高出所产水流以上以分离水和空气。可以让水和气体溢出。并且有开口引导水流最终进入储水池。在简化设计可以与储水池合并。 所述的储水池由一个引导水的流入管和一个储水池和一个出水管组成。出水管上带有节制阀,其作用是当储水池中的水压但到一定的程度时会自动打开放水。 所述系统的原理可以变通简化包括但不仅仅限制于用在沙堆下方直接承接该沙堆因温度变化所导致的沙堆产生的凝聚水。承接水的方法可以用任何方法来引出或者储存。 任何增加沙堆或替代物之间的空隙之间的空气流通量以增加冷凝水产量的方法包括但绝不局限于在此发明原理的基础上使用电能使风井增加吸气排气能力的方法。 基于上述应用系统的沙漠产水方法,包括了,沙漠底部凝聚水的排流造成沙漠沙层产生负压使得沙漠吸入地表大气在沙漠日夜温差变换条件下导致沙漠对大气中水分抽吸是造成沙漠干旱原因的理论概念。
说明书附图： （略）
