葛立新
摘要:本文在歸納列舉各種沙漠資源的基礎(chǔ)上,指出沙漠的經(jīng)濟(jì)價值、生態(tài)價值和戰(zhàn)略價值,并提出了沙漠作為新型戰(zhàn)略發(fā)展空間的理念,且提出了具體可行的措施:以其發(fā)明的正六棱柱體及高比熱材質(zhì)儲能裝置作為沙漠固沙營林的有效手段,一方面可以把其當(dāng)作沙漠砂資源的轉(zhuǎn)化器,同時也可以將其用做苗圃,在其內(nèi)種植各種園藝農(nóng)作物。此發(fā)明具有易操作和可行性特點(diǎn),是當(dāng)前有效改造沙漠和利用沙漠的有效手段,值得大力推廣、
關(guān)鍵詞:漠區(qū);國土資源;戰(zhàn)略意識;戰(zhàn)術(shù)物化
人類為抗擊沙漠對生存環(huán)境長期的多重負(fù)面影響,付出了艱辛的探索和努力,局地甚至發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。但從總體方向來看是因?yàn)槲茨馨凑照軐W(xué)辨證思維方法尋找其內(nèi)在的客觀規(guī)律,扼住沙漠本質(zhì),整合區(qū)域內(nèi)各有形無形的資源,從內(nèi)部根本解除其危害,進(jìn)而變害為利。
1漠區(qū)的國土資源優(yōu)勢
1.1沙漠本質(zhì)是無形的風(fēng)光熱與有形的地表及地下各類儲備的集合
1 1 1風(fēng)能沙漠的風(fēng)能已能有效發(fā)電,是清潔的免費(fèi)動力源與電力源。
1.1 2光能太陽能發(fā)電能力早在2000年5月11日《人民日報海外版》第十版上,聯(lián)合國防治沙漠化公約中國執(zhí)委會秘書處國際合作處處長楊有林指出,僅1平方公里的光伏發(fā)電量在日照平均年3000小時的條件下,比全國年水力儲能高155倍多,達(dá)到10 62萬千瓦。日光除具有降解、消殺滅菌功能,還能為地球提供積溫,滿足人畜日光浴需求,促進(jìn)植物光合作用,還可針對沙漠而聚焦或用日光所發(fā)電能致砂(Si02)熔融的能量,是與風(fēng)能發(fā)電共同徹底改變沙漠的要素之一。
1 1 3熱能沙漠的晝夜溫差大,筆者研發(fā)的高比熱材質(zhì)儲能裝置可以緩釋這種溫差能。低溫同高溫都是能量源,對低溫也是能源的認(rèn)知同等重要。
1 1 4水及科學(xué)取水沙漠水來自自身。一為空氣制水技術(shù),可在濕度5%的沙漠地區(qū)利用“空氣制水機(jī)”技術(shù)制得少量的水,用于早期沙漠工程的零星需求;二是新法采水,是筆者構(gòu)思的在沙漠地下水層采水的同時,將漠區(qū)的砂子無害化回補(bǔ)到地下水層,可完全避免地下水的污染與地表沉降,克服了其他區(qū)域開采地下水所造成的危害,為今后地下取水找到了一種安全方式,也為沙漠砂找到了一種更加有效的利用方式。由于Si02難溶于水及自身的穩(wěn)定理化性能,決定了這一方式的可行性。
1.1 5砂及礦藏砂的主要成分是制造玻璃的主體成分,沙漠的優(yōu)勢能源為此提供了零距離、零成本保障。砂可制成建筑用的規(guī)格結(jié)構(gòu),滿足球狀應(yīng)力均衡與自身孔狀分布吸附,改寫了建筑用砂只有大致規(guī)格范圍而無各類用途目的下的各統(tǒng)一粒徑與粒型標(biāo)準(zhǔn),為建筑業(yè)的部件工廠化生產(chǎn)提供了量化與質(zhì)量雙重保障,并且杜絕了陸地采砂、河道采砂、海底采砂為主要的途徑,保護(hù)了水陸表面面貌,防止了地表裸露加劇,河道危險與近海珊瑚與紅樹林的消亡。另外砂可制成氣相Si02,參與醫(yī)藥、食品、建材、化工、制膠與城市道路表層優(yōu)化的處理等等行業(yè)進(jìn)步;可制成?;?可做光纜、通訊設(shè)備;可構(gòu)成光伏發(fā)電板材上、下表面透光材料;可與沙漠中的其他礦物鹽制成各類型建材水泥等。
沙漠礦藏因其區(qū)域廣、年代久,故種類和分布都很可觀,品位具未知性。
1 .1.6石油預(yù)判沙漠地區(qū)常有烴類逸出,其可加劇草木生長困難,似為石油層向上的輕質(zhì)氣體散發(fā),具有富油的可能性。
1.2沙漠能量
沙漠的風(fēng)能、曰光能、晝夜溫差能及地表、地下儲備,單位時空乘以中國沙漠戈壁面積與厚度,其能量難以窮盡。
1.3沙漠儲量
沙漠地表層砂石量以120萬平方公里表面積計(jì)算,每變化1毫米就是12立方千米的量,沙量龐大。目前,沙漠地下水資源雖未探明,但地球地下水資源是廣泛分布的,只是區(qū)域不平均,但總量是存在的。各類沙漠礦藏因地域廣闊,差異是必然的,多為人類尚未使用或探明的,但儲量必因面積廣闊而富饒。
2漠區(qū)國土資源地位
2.1宜居區(qū)人口多、耕地少、資源相對枯竭是不爭的事實(shí)
據(jù)官方的公開統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)動態(tài)顯示,相對不增加的基本農(nóng)田面對尚未負(fù)增長的中國人口基數(shù),人均只有1畝左右。隨著中國物質(zhì)文明的提高,一方面全面提升平均壽命,進(jìn)入老齡化社會;另一方面全面開放二胎政策鼓勵生育,以期帶來人口紅利,這兩方面共同使中國人口呈現(xiàn)老幼激增。隨著中國發(fā)展速度增快引發(fā)的世界矚目,消耗的資源也是逐日攀升,其中不可再生資源與城鄉(xiāng)地下水位劇降足以引起重視。
2.2綠水青山式的頂層發(fā)展智慧,注重對各資源的保護(hù)利用
沙漠尚未得到充分利用,且多重負(fù)因素影響著中國夢的進(jìn)程。希望筆者的研發(fā)設(shè)計(jì)系列應(yīng)用到人類最大陸地的凈界過程中,保護(hù)好沙漠不被發(fā)展進(jìn)程所污染,各類資源的有序友好利用得以法律保障,各項(xiàng)事業(yè)能夠最嚴(yán)格地按照區(qū)位優(yōu)勢與制度優(yōu)勢下的新區(qū)規(guī)劃落實(shí)。
2.3漠區(qū)是集先天資源獨(dú)特優(yōu)勢與后發(fā)科技于一體的綜合體
上文已述漠區(qū)先天資源獨(dú)特優(yōu)勢??茖W(xué)觸發(fā)今天偉大中國的科技優(yōu)勢,整合利于漠區(qū)反轉(zhuǎn)的科學(xué)規(guī)律中的具體關(guān)鍵,依靠中國制度優(yōu)勢、政治優(yōu)勢,集中力量,有效開發(fā)漠區(qū)。
3確立漠區(qū)國土資源地位的戰(zhàn)略意識
作為農(nóng)業(yè)大國,依賴耕地面積的保有量與耕地的水肥保持程度,近年來每年有將近3000萬畝的耕地輪休即為“存糧于地”的保地力舉措。若能使120萬平方公里的漠區(qū)改造成類農(nóng)林、為農(nóng)林服務(wù)與自動量化生產(chǎn)基地,比肩良田與科技控制的溫室,產(chǎn)品涵蓋農(nóng)林牧副漁等行業(yè),可滿足國民肉蛋奶等需求,提升國家糧食自給安全等級,營造沙漠水體和綠洲,建成新型可應(yīng)急調(diào)配安置下特大城市人口規(guī)模的旅游觀光新區(qū),對未來不可預(yù)測的自然災(zāi)害與其他危險做好預(yù)案與準(zhǔn)備,國內(nèi)逐步在消除返貧人口,為世界免除饑餓方面做出了貢獻(xiàn),也為中國夢助力,更為世界和平助力。沙漠區(qū)域尚未完全為人類所知曉,是可以用科學(xué)為畫筆描繪的畫布。確立漠區(qū)國土資源地位的戰(zhàn)略意識,很有現(xiàn)實(shí)與未來深遠(yuǎn)的意義。筆者具體的研發(fā)系列成果,結(jié)合宏觀哲學(xué)觸發(fā)科技實(shí)力,厲行戰(zhàn)術(shù)物化,將漠區(qū)演進(jìn)成國民從搖籃到天堂的人生樂園與現(xiàn)代化綜合生產(chǎn)基地。
4厲行哲學(xué)思維觸發(fā)科技實(shí)力的戰(zhàn)術(shù)物化
4 1用哲學(xué)思維發(fā)掘并扼住物質(zhì)變化規(guī)律中的利人方向,將自然界中取之不盡、用之不竭的“生命載體原料”轉(zhuǎn)化為極為豐廉的優(yōu)質(zhì)肉蛋奶等食材、藥材、飼料、建材與化工原料等,以此為部分物質(zhì)基礎(chǔ),結(jié)合沙漠的風(fēng)能與光能、晝夜溫差等獨(dú)特優(yōu)勢能源,就地免費(fèi)獲取自然界多重能源與砂料等礦料,總體零成本即先期用日光聚焦/光伏電力熱熔融制玻璃法,制成本人研發(fā)設(shè)計(jì)之可快速六項(xiàng)拼出并互鎖為高抗扭矩防蒸發(fā)路面與苗圃通用的工程級特型凝模塊規(guī)格零件,待綜合了路面通行技術(shù)等級要求所需單位特型凝模塊規(guī)格零件尺寸及農(nóng)林苗圃基地設(shè)計(jì)情況下的實(shí)際生產(chǎn)能力確定后,達(dá)到具體沙漠面積在減少蒸發(fā)并最終實(shí)現(xiàn)防風(fēng)固沙全覆蓋與綠化基地預(yù)留、道路交通完備方面的進(jìn)度可控。
該規(guī)格比例的零件拼接體,還可應(yīng)用到搶修堤壩與損毀路基修復(fù)、舟橋建筑、城市道路等處。
4 2用物理、化學(xué)與生物代謝方式將生命“載體原料”轉(zhuǎn)化為肉蛋奶等食材、飼料、餌料、肥料、建材等產(chǎn)品或用品及其他前料半成品,向沙漠進(jìn)行異地系統(tǒng)輸血,完成財(cái)力、物力和相關(guān)人才的時空轉(zhuǎn)移,為進(jìn)一步厲行戰(zhàn)術(shù)物化改變沙漠提供部分客觀保障。相關(guān)概念與設(shè)計(jì)刊于《吉林農(nóng)業(yè)》雜志,筆者將就相關(guān)細(xì)節(jié)與規(guī)律另文載明。
4 3沙漠未來的交通與農(nóng)林等業(yè)態(tài)的工廠化規(guī)劃設(shè)想,另文載明。
4 4封閉沙漠與道路建設(shè)、農(nóng)林苗圃一體設(shè)計(jì)的規(guī)格零件,如圖1所示。
4 4 1以Y為三個相鄰正六棱柱的交匯頂點(diǎn),OY為正六棱準(zhǔn)外接圓的半徑,OB為內(nèi)切圓半徑,過E點(diǎn)的內(nèi)切圓切線交YA于C點(diǎn),△YEC為直角三角形,F(xiàn)為YE的中點(diǎn)。4 4 2過F點(diǎn)做RT△YEC的中位線,交/YEC的角平分線于G,以G為圓心,GF為半徑做圓,交YA于H、D兩點(diǎn)。
4 4 3弦HD與弧HFD圍成的截面即是相鄰兩正六棱柱的凹凸槽柱互鎖的截面圖。
4.4.4 l為正三角形OYA的五心合一點(diǎn),以O(shè)I為半徑的圓內(nèi)部中空,外部的環(huán)狀陰影部分為應(yīng)力環(huán)帶,凹凸槽柱鎖為正六棱柱最厚壁處所在,且沒有破壞應(yīng)力環(huán)帶對外力的傳導(dǎo)。
4 4 5比例折算若設(shè)定正六棱柱的截面邊長即外接圓半徑為a,則凹凸槽鎖的圖紙半徑為約等于0 067a。圖紙上的圓心G為/YEC的平分線與YE中點(diǎn)F上做的中位線交點(diǎn)。
4 4 6正六棱柱的一端封閉,厚度視道路等級而相應(yīng)調(diào)整。備注:規(guī)格零件亦可簡化外型與互鎖方式,如在正方體的四個側(cè)面相應(yīng)互鎖,槽柱的長度縮至不影響相鄰的互鎖槽柱進(jìn)行安裝。
另外,4 4所陳述的除圖1外,還有一種四面體從側(cè)面互鎖的方式,即圖2-1和圖2-2,下面對其進(jìn)行圖解與說明。
1兩塊玻璃質(zhì)地的正面為正方形的立方體,各個側(cè)面的中部水平方向有相應(yīng)的卵榫(其中凸出的為榫頭,凹下的為榫眼,也叫卯眼)。2其中腰線為卯的立方體,各個側(cè)面的卯眼在4個豎棱處貫通。3卯的縱截面為圓形加矩形組合形狀。深處為圓,形似電阻符號。4其中腰線為榫的立方體,4個方向的榫型兩兩相對一致,縱截面分別為矩形,圓形加矩形組合。
根據(jù)沙漠道路與農(nóng)林苗圃基地需求,立方體內(nèi)部可以制成圓柱形中空或圓柱一端有底。
此榫卯結(jié)構(gòu)的玻璃規(guī)格零件均在元件側(cè)面連接,相鎖的元件呈連續(xù)的有規(guī)律跳躍間隔分布,此分布又共同圍鎖了以縱截面為矩形的卯榫的零件、實(shí)現(xiàn)零件間的平整性、牢固性、高抗扭壓性能。此立方體、正六棱柱玻璃規(guī)格零件因其綜合性能優(yōu)越和環(huán)保優(yōu)勢,必將被廣泛應(yīng)用。
卯榫的縱截面圖(陰影部分):圓與距地尺寸關(guān)系:圓的半徑等于矩形的寬,矩形的長寬比例不大于2:1,榫的外形尺寸相應(yīng)減少,如圖2-3。
4.5規(guī)格零件使用說明
4 5 1通槽鎖式使用說明通槽鎖式的拼裝使用為上插入式,凹凸圓槽、圓柱兩兩相對插入即為互鎖,六個方向插入鎖牢互不影響,無插入秩序分別。拆解時只需由下向上均勻提出即可,適合大面積封閉沙漠或拼接農(nóng)林苗圃。根據(jù)具體需求進(jìn)行內(nèi)口轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)換時通用。
4 5 2半槽鎖式使用說明半鎖槽式與通槽鎖式相比只是通凹槽改為半通凹槽、通凸柱相應(yīng)改為了半凸柱;相鄰邊上的既互鎖又互相支撐,形成道路平整路面,而且受力可傳導(dǎo)。安裝方式為交替式,兩兩由上向下進(jìn)行;變更開口方向時,要與已安裝的一行反向逆行。
4 5 3互鎖的受力點(diǎn)是正六棱柱各頂點(diǎn)最結(jié)實(shí)的部位各受力點(diǎn)均在正六邊形的外接圓與內(nèi)切圓之間,均未破壞正六棱內(nèi)切圓以內(nèi)的圓環(huán)體的應(yīng)力。
5沙漠的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益
5.1能源免費(fèi)
沙漠的風(fēng)、光、晝夜溫差是周而復(fù)始的能源,結(jié)合風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電,日光聚焦熔融模具中的砂子即可獲得封閉全境(漠區(qū)),同款產(chǎn)品可輸出到各個城市創(chuàng)收,也可利用能源外輸創(chuàng)收。
5.2砂、水免費(fèi)
砂為天體量,又可向地下水層注入后置換出地下水,相當(dāng)于存砂于地下。以砂、水等為材料制成本文中所表述的建筑業(yè)專用規(guī)格用結(jié)構(gòu)砂、水泥,外輸以創(chuàng)收,砂為露天礦,易于開采,同時為深層礦的開采做了相應(yīng)的準(zhǔn)備,降低了深層砂的開采成本。
6科技實(shí)力的戰(zhàn)術(shù)物化表現(xiàn)
以現(xiàn)代技術(shù)疊加在沙漠晝夜大溫差資源上的兩個應(yīng)用為例加以解析。
現(xiàn)代技術(shù)服務(wù)于人類需求,后者的日益發(fā)展倒逼著前者按更高目標(biāo)要求而探索發(fā)現(xiàn)進(jìn)步的途徑。途徑之一就是在已存的現(xiàn)代技術(shù)(應(yīng)用與否均可)中,扼住各自關(guān)聯(lián)的物質(zhì)特性在變化規(guī)律內(nèi)的相輔利人方向,“善假于物也”,以物質(zhì)特性相結(jié)合,予以現(xiàn)代技術(shù)疊加,使其在效果與節(jié)約各項(xiàng)成本上均處于階段發(fā)展優(yōu)勢。
在維度上,我國處于北半球40 15- 530 31之間,無寒帶,日照相對充足。漠區(qū)干旱,空中難有云層,白晝?nèi)展鉄o遮擋照射到比熱容較小的干砂地面,地表溫度上升快,氣溫高;黑夜地表熱量因無云層反射作用的保護(hù),散熱快,氣溫低。一年四季周日溫差都很大,常常超過500c以上。低溫與高溫均是能源的階態(tài),各有取向上的使用價值。
6.1記憶金屬形態(tài)改變中勢能做功發(fā)電
6 1 1變態(tài)溫度觸發(fā)記憶金屬迅速形變產(chǎn)生機(jī)械能記憶金屬即記憶合金,有單程、雙程和全程形狀記憶效應(yīng)。在外力改變記憶金屬制作時的形狀后,溫度上升至制作時的溫度時,記憶金屬因內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生聚變而迅速恢復(fù)至制作時的形狀,此溫度為此記憶金屬的變態(tài)溫度。只有一個變態(tài)溫度的記憶金屬為單程形狀記憶效應(yīng)。有兩個變態(tài)溫度且能反復(fù)隨溫度升降在兩個形狀間互變的為雙程形狀記憶效應(yīng)。在雙程形狀記憶效應(yīng)基礎(chǔ)上,形變的形狀相同,但變化后的形狀取向是相反的,為全程形狀記憶效應(yīng)。三種記憶金屬在形變時,均能產(chǎn)生與其材料數(shù)量,形狀復(fù)雜相關(guān)的機(jī)械能,可重復(fù)利用。
6 1 2在沙漠晝夜大溫差內(nèi)選擇相應(yīng)變態(tài)溫度的記憶金屬做發(fā)電材料目前,已在其他領(lǐng)域應(yīng)用的記憶金屬變態(tài)溫度,相對符合沙漠特例與特例季節(jié)的已知有“鎳鈦合金”,變態(tài)溫度400C。尚需試驗(yàn)和開發(fā)其他適應(yīng)此晝夜溫差內(nèi)的記憶金屬備用做發(fā)電材料。形狀上取發(fā)條、彈簧、曲板等,可由形變引發(fā)勢能做功,將勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,引發(fā)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,疊加現(xiàn)代成熟的風(fēng)力發(fā)電配套技術(shù),使沙漠晝夜大溫差通過記憶金屬做功,與其他發(fā)電能力互補(bǔ)。
6 1 3記憶金屬的動力機(jī)械源與發(fā)電軸組合方式
6.1.3.1 -拖多式一個機(jī)械做動力源,帶動多組軸心,配合變速齒輪箱達(dá)到風(fēng)力發(fā)電所需的(低速19 - 30轉(zhuǎn)/分鐘到高速950 -1500轉(zhuǎn)/分鐘)速度范圍。
6 1 3 2多拖一式多個機(jī)械做動力源,協(xié)同帶動一組軸心,疊加風(fēng)電中(轉(zhuǎn)子發(fā)電)部分技術(shù),與其他發(fā)電能力互補(bǔ)。
6.2沙漠晝夜大溫差的儲能緩釋
6 2 1儲能與緩釋
6.2.1.1儲能介質(zhì)與緩釋功能自然界目前發(fā)現(xiàn)的儲存或冷卻或保溫外界溫差能量的介質(zhì),從核反應(yīng)堆冷卻水到海產(chǎn)品保鮮用水,從海洋水溫相對恒定到三峽水庫對周圍城市氣候影響,優(yōu)選莫過于水。沙漠晝夜大溫差的儲能介質(zhì)水,可采于沙漠地下。水經(jīng)玻璃質(zhì)地容器吸收/緩釋晝夜溫差,在人類需求方向上緩釋或保溫,以達(dá)到調(diào)控氣候、改善生物生存環(huán)境、促進(jìn)沙漠友好改造等目的。綜上所述,水具備儲能與緩釋功能,意義深遠(yuǎn)。
6.2.1.2高溫與低溫都具有儲能與緩釋價值人類對高、低溫各有需求,而且高溫與低溫都是能量的表現(xiàn)階態(tài),在各自的溫度上進(jìn)行儲能都具有價值,緩釋同具價值。人類為獲得高溫或低溫都需要耗費(fèi)人力、物力及自然儲備;反之,人類為避開高溫或低溫也付出了很多。
6 2 2沙漠地下取水與利用晝夜大溫差儲能緩釋是現(xiàn)代技術(shù)疊加的有益探索水的比熱容大,沙漠晝夜溫差大,干砂的比熱容小,僅是水的近五分之一,三者的物質(zhì)變化過程中均有相輔利人的物質(zhì)特性,較記憶金屬形變勢能補(bǔ)充風(fēng)能復(fù)雜。
7結(jié)語
沙漠到處是寶,是不可多得的資源寶庫,一定要對其進(jìn)行有效開發(fā)和利用。這樣可以減輕其對周邊環(huán)境的危害,同時還能夠化害為利,充分利用其各種有效資源服務(wù)于百姓。只要能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的正六棱柱體及高比熱材質(zhì)儲能裝置用于對沙漠的改造,將使沙漠逐漸成為一個為百姓提供各種生活必需品的資源要地。