媒體報道 :
“高山平湖”是我追求的境界
2007年的第一個工作日,我們如約來到清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點試驗室王兆印的辦公室。一進門,左邊靠墻柜子里的瓶瓶罐罐吸引了我的注意,我有些納悶,這位著名泥沙專家的辦公室怎么像一個生物實驗室?王兆印笑著解釋,最近在做河流綜合治理和河流生態修復的研究,那些都是他和學生去野外采集回來的生物樣本。
王兆印稱自己是一個“隨遇而安”的人。因為興趣他從學習地質轉向鉆研數學,因為“運氣”他又從數學轉向研究河流泥沙。如今,因為研究思路的拓寬和多年的學術積累,他又從單純的泥沙研究拓展到河流綜合治理……他說他自己是一個非常感性的人,但他總能將一些感性思索擦出的火花融入到嚴謹理性的科學研究中去,不斷地推陳出新。
眼前的王兆印目光篤定、笑容爽朗。在三個多小時的言談中,他有著很多的感性的表達。“平原上的河流,洪水水位不高就可能泛濫成災;高山上的湖泊,水位很高但仍然平靜”。他說,他追求的就是這樣一種“高山平湖”的境界。
十九志于學,興趣和天資使他成為“博士”。
1951年10月,王兆印出生于山東濟南一戶殷實人家。初中畢業后,17歲的他來到山東生產建設兵團。七年的兵團生活給王兆印留下了非常深刻的印象。當時他在后勤排當排長,種地、放羊、喂馬、扛麥包、挖河、小麥育種……什么活都做。雖然艱苦,工作很累,但他做得很開心。“我在那里學會了吃苦,學會了與人相處,磨練了意志,更重要的是我開始主動地學習”。
“當我讀《光合作用原理》這本書時,很感興趣又很驚奇,書里很多物理、化學的知識看不懂”。但要學習物理、化學又得先學數學。十九歲的他從這時開始“志于學”。“這跟以前的學習不一樣,以前是按家長老師的要求學習,而這時是自己主動求知。比較孔子‘吾十有五志于學’的人生座標是晚了幾年”。
七年兵團生活也是奮斗和沉淪的分野。當一些人閑聚在一起抽煙、發牢騷、想盡辦法離開兵團的時候,王兆印則訂閱了40多份雜志,“沉迷”于知識的海洋。他學以致用、“樂此不疲”,在連隊里組建了“科研班”,成功地為小麥育種。他驚人的自學能力也在此時凸顯出來。高中兩年的數學課程,他只用一兩個月就學完;當時山東大學物理系的講義,他也僅用了一年的時間就學完。
1975年兵團解散,知識青年回城。王兆印被分配到山東地質局第三地質隊當鉆工,有人勸他,到地質隊是去山里,既辛苦又危險,但他沒有多想,又一次“隨遇而安”。一年后,技術過硬的他被推薦到中南工業大學地質系學習。在大學里,他發現自己的興趣并不在地質學,還是偏好數學。一次,系里五個班的學生一起考數學,他只用了17分鐘就交卷,還得了滿分,這在同學中引起了轟動。在學校里他樂于幫助同學,知識面寬,不久贏得“王博士”的稱號。
“師從錢寧是我一生最大的運氣”
因為對數學的偏好,1979年大學還未畢業王兆印就報考了應用數學的研究生。他憧憬著成為徐遲筆下《哥德巴赫猜想》里那樣的數學家。但他報考的數學專業只收一位研究生,而他考了第三名。這樣,他被調到中國水利水電科學研究院泥沙所,師從錢寧先生,開始了他的泥沙研究生涯。
“這是我一輩子的運氣”,如今王兆印回憶起來還感慨萬千。“我當時還不知道,后來才曉得錢先生是非常了不起的科學家。我跟錢先生學習和工作7年。毫無疑問,錢先生是對我一生影響最大的一個人”。“從學習到研究是一個很大的跨越。是錢先生教會了我怎么做科研,怎樣從學習別人的知識到創造新的知識”
從地質、數學到泥沙,轉變起來有一定的難度,好在王兆印擁有過人的自學能力,又有錢先生的指導,他很快就適應了。他從1979年開始作“高含沙水流運動機理”研究,先后建立了包括偽一相高含沙水流、紊流型兩相高含沙水流、層移質運動及泥石流運動的理論體系。他通過實驗和分析發現了高含沙湍流的分層規律、脈動頻譜、高含沙遏紊和減阻機理,建立了高含沙明渠水流不穩定性理論,得出了無量綱數Sy 和Svis以及它們在流動失穩發展中的作用。王兆印從動力學角度研究河道在非恒定流條件下在沉積物構成的空間中的運動規律,提出了河道運動強度、水流沖刷率、水流移床力和河床慣性的概念并發現了他們的動力學關系。這些成果已經應用于河流治理工程研究和埋設石油天然氣穿河管道的技術規范中。
“錢先生待人接物真誠、嚴謹治學的態度,因材施教培養學生的方法都潛移默化地影響了我”。如今王兆印帶11個博士生,3個博士后,他根據每個學生的特點,給他們提出不同的創新思路。他給學生的忠告是“研究從實際出發,要看一百條河,進入‘國家隊’,走上大舞臺,關注新方向,望眼全世界”。
走向國際舞臺
1989年,林秉南先生和德國的普拉特教授(曾任國際水利學會主席、德國減災十年委員會的主席)為爭取德國大眾汽車公司基金會資助的一個科研項目,請王兆印寫項目合作建議書。“當時申請截止日期快到了,要得很急,我手快,只花了一天一夜就完成了”。項目申請成功后,王兆印作為研究成員之一來到了德國卡爾斯魯厄大學水工研究所作訪問學者,這是他第一次到德國,與普拉特教授合作研究非恒定流輸沙。雖然只有不到半年的時間,但普拉特教授對他的工作非常滿意,并幫助他申請了德國洪堡基金。回國不久,王兆印就接到“洪堡”的通知。1991年,他作為中國水利行業第一位獲得德國洪堡基金資助的學者,再次赴德,研究非牛頓體湍流運動。
如果說是錢寧先生把王兆印領入了泥沙研究領域的大門,那么林秉南先生和普拉特教授則把他推向了國際舞臺。“我在德國工作到95年年初,在這期間,普拉特教授有意識地將我向歐美學術界介紹,他幫助我開闊了視野并建立了國際聯系網。”當然,這些跟王兆印自己的努力是分不開的。為了遵守出國前的承諾,1995年年初,他放棄了在德國的永久性位子,回到祖國。此后,王兆印由于學術成就和國外的經歷,經常活躍在國際學術舞臺上,在國際學術界的影響日益擴大。
1994-2000年,王兆印與普拉特教授等組織“中德非恒定流輸沙”合作研究,得到德國大眾汽車公司基金會、中國自然科學基金委員會和德國科研基金會支持,在中國和德國各舉辦了三次非恒定流輸沙學術討論會。如今雙方仍在繼續深入這項合作研究。
1995-1997年,他作為聯合國開發計劃署核心專家參加支持黃河三角州可持續性發展項目,研究控制黃河尾閭擺動, 水資源及生態、環境保護的方略, 并負責整個項目組向聯合國開發計劃署提交學術報告和進展報告。
1999-2002年,他和美國學者嚴本奇、梅爾卿(音譯)組織了中美環境泥沙合作交流,在中國自然科學基金委員會和美國自然科學基金聯合支持下分別在北京和密爾沃基舉辦了學術討論會。
2000年,他作為大會主席, 主持了國際水利學會隨機水力學學術大會。2002年又以大會組委會主席的身份主持了“第二屆國際防洪學術大會”,成功地組織了防洪大會委員會并且把秘書處設在了中國。
自1996年以來,王兆印十多次應邀在國際學術大會上作大會主題報告,例如29屆國際水利工程學會大會、13、15屆亞太水利工程學會大會、第一屆國際防洪大會、2006年河流水力學大會等,每次報告都引起各國學者的強烈反響。許多國際水利界學術大會請他作大會報告以吸引更多學者參與,在國際上為我國贏得了聲譽。
“能夠開展這些國際學術活動首先是由于中國的日益強大,其次才是我本人的國際背景、語言能力和學術水平。如果我繼續在德國工作,參加國際會議既不能代表德國,也不能代表中國。現在可以堂堂正正地代表中國參加所有的國際活動。”
“‘高山平湖’是我追求的境界。”
現代水利周刊:您覺得自己成功么?
王兆印:我認為是成功的,但每個人對成功的認識不一樣。其一,成功多是主觀概念而不是客觀概念,簡單地說,樂觀向上就是成功;其次,成功是一個過程而不是目標,也就是說沒有終極的成功;其三,成功不能用榮譽、地位和金錢來衡量。我個人更喜歡具體化的成功,比如實驗效果很好,這就是成功。
現代水利周刊:您如何看待榮譽?
王兆印:榮譽是科研成果的副產品,也是國家科學研究管理的手段。但我個人認為大量人力物力用于榮譽的管理和評價體系有點浪費。評價一個人要看他干了什么而不是得到什么,根據得到的榮譽來授予新的榮譽的做法更不可取。
現代水利周刊:您如何評價自己?
王兆印:錢先生說我是一個很好的科學工作者,但是不適宜做管理工作。我覺得非常準確。科研工作我可以做得很好,但我可能承受不住管理工作中的那些心理負擔。我覺得自己還是一個很好的探索者,雖然年紀大了,但腦子和體力一直沒有退化,對新的有挑戰性的研究還有濃厚的興趣。
現代水利周刊:您有哪些處世經驗?
王兆印:我總結了生活中的十三條定律,介紹其中的四條:
“進出口定律”:當你的獲得比你的付出還要多的話,實際上處于“貿易逆差”,別看現在得意,但對你將來的發展不利。相反,如果你付出的多,獲得的少,實際上是處于“貿易順差”,對你將來是很有利的。
“奇正律”:“奇不可久,正不可守”,出奇可以制勝,用手段可以達到目的,但是終究會垮臺。君子坦蕩蕩,做人正派,但如有人攻擊,就會受到傷害。所以做人要正大光明,但最好不要樹敵。
“十一律”:如果要把工作做的更好一倍,就要準備付出更多十倍的努力;
“高山平湖律”:平原上的河流,洪水水位不高就可能泛濫成災;高山上的湖泊,水位很高但仍然平靜。比如搞研究,把自己置身于大師之間,水平很高但仍然平淡。我要追求的就是這樣一種境界。
現代水利周刊:您這么多年有沒有什么遺憾?
王兆印:最大的遺憾有兩個,一是錢先生過世太早,不能和他討論泥沙研究的新方向并得到他的指導;二是父親去世太早,不能在他生前好好孝敬他。
現代水利周刊:對于將來您有何打算?
王兆印:未來十年里繼續以科研工作為主,想做兩件事。一是從泥沙研究出發,拓展到包括環境、生態的綜合河流學。泥沙研究的發展不再能保持單一學科的發展。可以先在環境泥沙學、生態泥沙學、經濟泥沙學等多個方向發展,但最終還要攏在一起,發展宏觀的河流學理論。二是在較短的時間里(比如五六年)提出可持續性發展的河流水沙生態綜合治理方略。例如在云南吊嘎河利用人工階梯-深潭系統治理滑坡泥石流、改善生態和創造景觀,在此基礎上建成山區河流綜合治理示范。十年之后我想以國外教學為主,讓中國的研究成果影響和主導國際河流動力學研究。
“植被—侵蝕動力學”和河流水沙生態綜合治理 :
▲ 未來泥沙研究將“從微觀的泥沙顆粒運動研究向著宏觀泥沙輸移和河床演變研究”發展,向著“跨學科”發展,向著“河流綜合治理”發展。
▲ 采用植被或工程措施把渤海灣沿岸泥質海灘固定,或者在河口建設雙導堤隔斷高含沙帶可以控制河口萎縮。
▲ 利用階梯-深潭系統治理山區河流,既能控制河道下切、減少泥石流和滑坡,又能維持較高的生物多樣性,保持健康的河流生態系統。
▲ 利用植被-侵蝕狀態圖,可以分析得出流域是否可能以及如何才能盡快的控制侵蝕和發育植被,由此來評價各種水土保持措施效果,提出優化治理方略,指導流域治理。
現代水利周刊:您認為中國泥沙問題的研究水平在國際上處于什么位置?未來的泥沙研究有何發展趨勢?
王兆印:總體講中國的泥沙研究處于世界的先進行列,如水庫泥沙、泥沙測量、河流泥沙、高含沙水流理論、泥石流觀測治理、河流泥沙實體模型等。但是有的方面還稍顯遜色,如河口海岸、河床演變基本理論和數學模型。先進的方面是由于我們國家問題多投入大,但我們還欠缺統領國際泥沙研究潮流的氣魄領袖人物。
在中國,泥沙問題正從淤積向著沖刷轉變。未來泥沙研究的發展將體現在綜合性的河流學理論中,融合泥沙運動、河床演變、河流生態以及工程治理。
我認為未來泥沙研究有三個趨勢:一是從微觀的泥沙顆粒運動向著宏觀的泥沙輸移和河床演變發展,遙感技術提供了有利條件;二是向著跨學科發展,如植被-侵蝕動力學,環境泥沙、生態泥沙、經濟泥沙學等;三是向著河流水沙生態綜合治理發展,如河流水沙概算,生態修復和綜合管理等。
現代水利周刊:河口淤積萎縮是近年來出現的一個比較嚴重的問題,作為泥沙專家,您認為該如何應對?
王兆印:黃河口和海河水系諸河口由于徑流減少而萎縮。在最近的將來用水增加徑流減少不可逆轉,河口會繼續萎縮。對于黃河,利用水庫調水調沙,可能將入海水量穩定在200億,經過調整河口可達到平衡。海河水系諸河口幾乎沒有徑流,波浪沖起的泥沙由潮流帶入并淤堵河口,可采用植被或工程措施把渤海灣沿岸泥質海灘固定,或者在河口建設雙導堤隔斷高含沙帶可以控制河口萎縮。
現代水利周刊:您最早接觸的是地質,緊接著又是數學和泥沙,后來又轉向流域和河流生態。那么目前您研究的重點在哪方面?
王兆印:最近5年來我一直在做河流綜合治理和河流生態修復的研究。例如泥沙概算、河道運動、植被-侵蝕動力學、河流生態評價和生態修復。最近我和學生們在云南東川利用人工階梯-深潭進行了滑坡泥石流防治和生態修復綜合治理野外實驗,相當成功。1999年對階梯-深潭的形成過程和發育機理進行過室內試驗,后來對長江上游山區河流進行調查研究,發現階梯-深潭系統顯著提高河流生物多樣性。自然條件下許多河流不能發育階梯-深潭系統,河道下切、滑坡泥石流頻發,生態惡化。云南小江支流吊嘎河就是這樣一條河流。我們在這條河上人工培育階梯-深潭系統,增大阻力、控制下切、穩定河勢,泥石流減少并且降解為高含沙水流,河流底棲動物的種類和數量大大增加,同時河流景觀得到改善。由于我們的工作取得成效,清華大學水利系與中國科學院成都山地災害研究所聯合在吊嘎河建立定點觀測試驗站,為長期研究人工階梯-深潭系統在控制河道下切和泥石流、恢復河流生態奠定了基礎。
現代水利周刊: “植被—侵蝕動力學”是一個新的研究方向,您是在什么背景下提出來的?
王兆印:1996年和1997年我考察了黃土高原和長江上游干熱河谷,1998年參加中央西部考察團考察西部后,開始思考侵蝕與植被的相互作用過程。為了解答土壤侵蝕嚴重植被退化的流域是否可能以及花多大努力才能恢復和達到山川秀美,我和研究小組開始研究植被發育和土壤侵蝕以及人類活動三者之間的動力學關系。2003年我們初步創建了植被-侵蝕動力學,應用植被-侵蝕動力學模型于云南小江及其子流域植被發育及土壤侵蝕演變過程的模擬。此后,又將其推廣到黃土高原西部和東部、北京西山地區、以及廣東東江流域等。
現代水利周刊:“植被—侵蝕動力學”的研究對具體的流域治理有何意義?
王兆印:植被發育和土壤侵蝕相互遏制、相互適應, 具有一定的動力學規律,同時受到許多自然和人類活動造成的生態應力影響,如火山爆發、森林火災、干旱、滑坡泥石流、以及砍伐、污染、放牧和植樹造林等。生態應力可以定量表達并且統一在植被-侵蝕動力學方程組中。方程組中的特征參數值a、c、b、f要用實測資料來確定。這些特征參數決定于流域氣候、土壤和地形地貌,而與人類活動沒有關系,是流域的不變特征值。確定參數后就可以得出植被-侵蝕動力學方程組的解。在此基礎上建立植被-侵蝕狀態圖,可以用來探討植被和侵蝕在沒有或停止人類干擾作用后的演變趨勢。
利用植被-侵蝕狀態圖分析發現,黃土高原東南部可以發育出具有自我修復能力的植被,西北部則不能。通過小流域治理在黃土高原西北部可以發育較好的植被,但是必須在人類維護下才能長期維持。長江上游干熱河谷區雖然植被很差,但是可以發育出具有自我修復能力的植被,通過小流域治理可以一片一片把植被改善,改善后的植被不需人工護理甚至于遭受不嚴重的破壞仍能自我修復。華南紅壤區具有最好的植被-侵蝕狀態圖,嚴重破壞后植被仍然可以慢慢修復,而選用適當物種人工造林可以大大加快植被修復和植被演替的過程。這些提高到理性上的認識可以幫助我們制定優化治理方略,指導土壤流失植被退化去的綜合治理工作。