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薛禹群: 伏流无声地质人

   2021-07-09 161

工作中的薛禹群院士

薛禹群心语:  

科研不能靠想象,观测数据做不得半点假。  

没有最好,只有更好。科学研究一定要解决实际问题,一定要创一流,要有原创性成果。  

对理科来说,如何对待科研数据最能体现个人的治学态度。地下水动力学研究涉及的数据尤其多,在工作中,不容许修改数据。对误差可以分析其原因,但不能随意改动,尤其不能成为一种不良的习惯,一流的成果只能建立在真实的数据上。  

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。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。  

淳朴无华、严谨求实、勤奋创新、自强不息——这是我对学生们的期望。  

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。  

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。  


薛禹群院士讲授地下水动力学


1、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。  

2、做研究要当破除陈规的“勇士”  

薛禹群一直倡导“睁开眼睛看世界”。早在20世纪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,薛禹群可谓历经千辛万苦。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通通的。”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陈规的“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。  

3、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。  

薛禹群(1931年11月2日~2021年6月29日),我国地下水动力学家、水文地质教育学家,中国科学院院士,南京大学地球科学系水文地质研究室、环科所地下水资源及其保护研究室主任、教授,博士生导师,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,专长于地下水研究,建立了三维热量运移模型和海水入侵潜水含水层的数值模型,克服了“降雨入渗和潜水面波动对入侵水质的影响”两个难题,在国际上被评价为“发展了潜水含水层条件下的海水入侵模型”。  


延伸阅读  

家学渊源刻苦求学  

1931年11月2日,薛禹群出生在无锡礼社一个承载着深厚历史和文化积淀的大家族,薛氏家族的经济占整个礼社经济总量的百分之九十以上,同时薛氏家族也秉承了“诗礼传家”的良好家风,走出了众多著名的科学家、经济学家、艺术家、教育家等。  

1937年,六岁的薛禹群就读于洛社师范学校附属小学。正当薛禹群对念书充满兴趣的时候,日本全面侵华开始。薛家在无锡石塘湾的房子被日军烧毁,为了生存,薛禹群跟随父母租了一条小船开始了东躲西藏的艰苦岁月。颠沛流离中他们辗转逃到了无锡张泾桥外祖父家,并在那儿安顿了下来。薛禹群在张泾桥小学继续自己的学业。在当时民生凋敝的情况下,薛禹群为了不给父母添麻烦,早早就学会了独立。  

由于父亲要时常变换工作地点,薛禹群小学和初中换了几所学校,放学后还要回家做饭,生活的艰辛磨砺了薛禹群小小的心灵,使他早早就懂得了责任、独立与坚持。  

科学研究硕果累累  

20世纪70年代开始,海水入侵正在成为沿海地区的“公害”,不仅造成经济损失,还对人们的生活用水造成了很大困难,严重危害着人体健康,破坏了生态环境,对社会发展造成诸多负面影响。  

1975年,薛禹群与山东地区的水利部门开展合作研究,开始了莱州湾地区的海水入侵研究项目。薛禹群团队经过实际考察并结合了大量国外文献之后,发现山东地区的海水入侵主要是由于过度开采地下水。  

经过长达数年的观测工作,薛禹群团队终于建立起了一套完整的检测系统,从地质角度弄清该地区海水入侵的规律并建立了两个数值模型:一个是单纯考核陆地上的水往大海流动的规律,另一个是考察咸水就是海水中的盐分的运动规律。这两个模型的建立为当地的海水入侵防治工作提供了重要的依据,也为其它城市海水入侵的问题提供了示范性的解决方案。1997年薛禹群团队的“海水入侵规律及三维可混溶海水入侵模型与相应解法”项目获得了国家教育委员会所颁发的科学技术进步三等奖。  

除了海水入侵,薛禹群在研究地面沉降问题方面也颇有建树。全国很多地区都面临着地面沉降的困扰。为响应国家需要,薛禹群在这方面展开了一系列的研究,其中以上海地面沉降项目最为典型。  

薛禹群团队深入研究了上海市地面沉降的特征,认为它有弹性,有塑性变形,还有蠕变及滞后的问题,其变形非常复杂。考虑到变形虽然复杂,但各地区、各时段就其类型来说还是有限的,大致为弹性、弹塑性、粘弹性和粘弹塑性变形四种类型。  

在这四类模型中,前三种前人做过不少工作,最后一种研究并不多。为此薛禹群团队对已有模型进行了修改并建立了新的模型来解决上海地面沉降的预测问题。这一模型的建立是薛禹群团队完成的最为重要的一个创新性成果,受到了国际同行的高度认可。  

2010年薛禹群团队所申报的“区域地面沉降模拟及其应用”项目获得了教育部科技进步一等奖。

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