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星光 | 中国科学院院士薛禹群:打开“水科学”走向世界的大门
2020/10/13 20:31  新华报业网  

  交汇点讯 首次将数学、计算机引入到地下水动力学的研究当中,彻底改变了传统地质学依靠“罗盘、放大镜、铁锤”进行研究的方式,首次运用数学建模将地下水的体量和流速定性表示出来……作为我国地下水资源研究的领头人之一,中国科学院院士、南京大学教授薛禹群,用一甲子的勤勉,在研究海水入侵、地面沉降和地下水污染领域收获了丰硕的学术成果。伏流无声,薛禹群却淌过岁月的河流,打开了我国地下水科学研究走向世界的大门。

  薛禹群院士工作近照

  建立国内第一个三维海水入侵模型

  一头花白头发,满面和煦笑容,薛禹群院士俨然一位平易近人的“邻家老伯”。“科研不能靠想象,观测数据做不得半点假。”“要做学问,先要做人,做一个老老实实的人,做一个立志报国的人。”关于怎么做好学问,老人娓娓道来。

  “当年之所以念工学院,是高中时去杭州参观钱塘江大桥,觉得工科能够帮助国家解决问题。”胸怀这一朴实的理想,1952年的夏天,薛禹群从唐山工学院毕业,连家都没有回,就直接来到了南京大学地质系,从此开始了长达60多年的科研和教学生涯。

  水是生命之源、生产之要、生态之基。“建工厂首先需要考虑水源,地质地形也同样需要考虑”,薛禹群深知水文地质研究对国民经济发展的重要性。上世纪80年代初,我国沿海地区因过量开采地下水,造成了海水入侵,并导致了地下水恶化、土地盐碱化,使得沿海土地难以耕种。薛禹群心系国家水环境问题,迅速投身到对海水入侵问题的研究中。

  当时国际上尚无一个针对海水入侵的三维监测网,研究仅停留在单维水平。薛禹群经过多方实地考察、论证,建立了国内第一个三维海水监测网,经过长达7年的不间断监测,取得了大量的科学数据,系统地揭示了我国海水入侵的特点、成因和规律,建立了国内第一个三维海水入侵模型。

  此后,薛禹群从我国实际出发,建立了一系列水量、水质模型,其中很多属我国最早出现的此类模型。同时还提出很多模型求解方法,其中一些算法达国际先进水平。这些原创性成果,为我国水资源评价、水位预报、地下水污染预测提供了先进方法和手段,对山东莱州湾项目、整个长江三角洲地区的地下水管理和地面沉降的防控等,起到了非常重要的科学支撑作用。

  薛禹群的学术成就得到了国际国内同行的高度认可。获得教育部科学技术进步奖一等奖等多个奖项,并于1999年当选为中国科学院院士。他推动主持了我国首次地下水水流和污染模拟国际会议,中国学者的研究成果由此走向世界。

  1991年,薛禹群在“地下水水流和污染模拟国际会议”上作学术报告

  做研究要当破除成规的“勇士”

  薛禹群一直倡导“睁开眼睛看世界”。早在上世界70年代,随着大量国外文献、书籍的引入,薛禹群就发现外面还有一个更加精彩的水科学世界,顿时惊觉以往引以为荣的以三大件——罗盘、铁锤、放大镜为代表的地质之路已经远远不适应新形势了。

  “国外开始用计算机来模拟、再现地下水流过程,通过建立数学模型来刻画实际地下水系统内所发生的物理过程的数量关系和空间形式,达到再现地下水系统的能力。”薛禹群非常兴奋,敏锐地感觉到这是未来水文地质学科发展的一个重要方向。

  “水无常形”,传统方法研究地下水,只能解决“哪里有地下水”的问题,而无法精确预测地下水的水量。为了解决国家实际生产的需要,薛禹群此时做了一个重大决定:放弃研究了10多年的传统地质学,转而探索地下水动力学和地下水数值模拟。但是这一决定遭到了许多人的反对和不理解。薛禹群不惧他人眼光,靠着毅然决然的勇气、探索钻研的精神,开拓起一条国内尚未有人走过的路。

  “不惑之年”转变研究方向重新出发,探索一个未知的领域,不得不说是一种巨大的挑战。在将数学和计算机引入到地下水研究的过程中,薛禹群可谓历经艰辛万苦。上世纪70年代计算机在我国还不普及,南京大学也没有可以运算的计算机,当得知江北大厂镇南化公司引进了一台计算机后,薛禹群开始了马不停蹄地奔波。

  “每天早上6点钟从家里出发,拎两大袋很重的资料步行去汽车站,再坐汽车去江北的南化公司‘上班’,抓紧一切时间借用人家先进的计算机进行数学模拟运算。晚上回来往往都10点多了,因为天冷手经常冻得红彤彤的。”薛禹群的妻子张冬茹说。有时候,薛禹群还会去杭州、上海借用那边的计算机运算题目,往往一去就是一个多月。

  地下水数值模拟研究与数学学科紧密相关,可是当年不同学科之间的交流还很少,薛禹群和南京大学数学系谢春红教授一起成为了破除成规的“勇士”。上世纪70年代中后期开始,他们通过“民间”协作的方式,为两个不同学科找到了通向彼岸的道路,使得两个“边缘”学科在相互渗透之后发挥出了“1+1>2”的效应。而因为看得远、抓得早、钻得深、水平高,薛禹群在该领域取得了瞩目的成绩,被称为国内地下水流数值模拟大师。

  1998年,薛禹群给学生教授“地下水动力学”课程

  做老师不能只做“摆渡人”

  不墨守成规,勇于创新,也是薛禹群对学生的要求。他似乎总是更“偏爱”那些善于动脑筋,敢于提出不同意见,并坚持正确方向走到底的学生。他认为有潜质的学生不应该仅仅局限于教科书,而要把眼光放在更广阔的课外知识上。吴吉春就是薛禹群看上的“大胆学生”。

  “没有薛老师,就没有我今天。”吴吉春说,“一开始我并不想读研究生,想毕业工作,态度非常坚决。薛老师就经常到宿舍敲门,非常耐心地动员我,不厌其烦。”最终,吴吉春选择了考研,师从薛禹群,并且没有辜负薛禹群的厚望,现在,他已是南京大学水科学系主任、南京大学水资源与水环境研究所所长。

  “如果做科学家、工程师,你会在工作中得到很大的满足,每克服一点困难做出一点工作来,你会觉得有奔头的那种满足感是很强的。”薛禹群把对科学的热爱,就这样传递给自己的学生和子女。而今他已桃李满天下,在他的学生中,已经是教授或教授级高工的就有80余人,有些已成为所在学科的带头人。

  薛禹群上课的形式也不是一成不变的,而是跟着时代变化。“水文地质中的课程,百分之九十我都教授过。教课方式要跟着时代走。”薛禹群回忆说,“解放以前基本都是板书,因为我这个课程公式很多,所以尤其需要板书;我从美国回来还引进了幻灯片,我自己还买了幻灯机;到后来有了PPT就自己制作PPT。上课形式根据不同的课程采取不同的形式,学生也能更好地了解。”

  变化的是教学形式,不变的是薛禹群在教职岗位的坚守。薛禹群一直叮嘱学生,专业不要搞得太窄。“做老师不能只做‘摆渡人’,以为把学生护送到对岸就完成任务了。”薛禹群说,培养学生就像种树,不能天天“浇水”,否则会使他们产生依赖性,要引导他们自己寻找“水源”,把根扎深,这样才能凭借自己的能力做好科研。这样一位学术巨擘,60多年孜孜不倦,用高瞻远瞩的目光,带领着我国的“水文与水资源”研究向前进发。

  个人简介

  薛禹群,1931年11月2日出生于江苏省无锡市石塘湾,我国著名的水文地质学家、地下水动力学家。现为南京大学地球科学与工程学院教授、博士生导师、中国科学院院士,兼任中国地质学会水文地质专业委员会副主任、国家自然科学基金会评议组成员、中国地质学会水文地质专业委员会荣誉主任,水利部科学技术委员会顾问、《水文地质工程地质》刊物顾问。

  薛禹群院士长期从事水文地质的教学和研究工作,特别在地下水动力学、地下水数值模拟等领域的研究独树一帜。其研究成果系统揭示了我国海水入侵的特点、规律和机制、以及水文地球化学环境演变规律,在此基础上首次创立了三维海水入侵模型。薛禹群院士还长期致力于地面沉降的研究,构建了国内外首个面积达一万七千平方千米的长江三角洲南部区域地面沉降模型,为地面沉降的预测和评估提供了科学依据和有效手段。近年来又发展了混合有限元法,大大提高计算地下水渗流速度的精度。这些方法为我国水资源评价、水位预报、地下水污染预测提供了先进方法和手段。

  薛禹群院士著述甚丰,其中《地下水动力学》自1979年问世以来一直作为全国通用教材。此外,还出版《地下水动力学原理》、《水文地质学的数值法》、《海水入侵咸淡水界面运移规律研究》、《地下水数值模拟》等著作。所著《水文地质学的数值法》一书填补了这一领域的国内空白。发表论文150余篇,其中30多篇被国际权威检索刊物SCI收录、8篇被EI收录。有关成果曾获江苏省科技成果一等奖、教育部(国家教委)一、二等奖。

  交汇点记者 蔡姝雯

  素材来源:江苏省科学技术协会

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责编:顾志铭

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