聚焦河北科技奖励大会 刘昌明:智者乐水

    刘昌明  郭伟摄

    阅读提示

    70年前,故乡湖南省汨罗县农村的水塘里,那个游泳戏水、不知疲倦的“细伢子”。

    50年前,莫斯科大学水文教研室彻夜不熄的灯光下,那个寒夜中苦读思索不怠的留学生。

    40年前,海拔4700多米昆仑山口长风呼啸中,那个手拿经纬仪记录水文数据的青年学者。

    20年前,栾城一座不起眼的农业试验站内,那个发现水分传输界面过程这一节水农业新理论的科学家。

    ……

    3月23日,一生与水相伴的中科院院士刘昌明,在78岁这年走上河北科学技术奖励大会的最高领奖台。

    虽曾捧得奖项无数,但在大会上做个人发言时,刘昌明还是有些激动。

    “回顾50多年来的科研生涯,我深深感到,我的命运和祖国的水文水资源研究已紧紧交融在一起。”刘昌明个子不高,但声音却有力:“我常想,人的一生是短暂的,科学技术的进步却永无止境。只有不骄不躁,持之以恒,踏实勤奋,才能迎接和应对挑战,才能为祖国做出贡献。”

    读懂水的语言

    智者乐水,这句话用在刘昌明身上格外贴切。但刘昌明对于水的喜爱与关注,似乎早已超越“乐水”的范畴。

    无论是工作考察还是私人旅游,只要置身江河湖泊的岸边,刘昌明总会格外兴奋。“见到漂亮的水景,别人总会先兴冲冲地占领最佳地势拍照留影,但第一个到岸边的大都是我。”刘昌明说,“我不是要拍照,是去取水。”

    让许多人意外的是,刘昌明的取水“设备”,不是试管、烧瓶,而是自己的水杯。所取的水样也不是要拿回去在实验室里做复杂的分析,而是“当下喝一口尝尝”。

    “水是会说话的,要读懂水的语言,首先要看出门道、尝出味道。”这位水文地理科学的著名科学家,几十年来,竟是用这样的方式获取“第一手资料”。

    刘昌明自幼生长在雨水丰沛的南方,大学却在干旱缺水的西北度过。“或许正因为这种反差,强化了我对水的喜爱、渴求、珍惜乃至疑惑。”刘昌明说,“水多了,远可观其景致,近可投身嬉戏,很好玩。可太多了,成了洪水,反倒可怕。我常想,要是能掌握水的运转规律,该有多好。”

    就是这个“孩子式”的问题,成为刘昌明追寻一生的方向。

    1962年,从前苏联莫斯科大学学成回国的刘昌明,创建了我国最早的室内降雨径流实验室,其目的正是探寻降雨与洪水之间的关系与规律。但在大多数时间里,刘昌明的研究却并不是在实验室中进行的。

    为研究山区森林对于削减洪水、调节水循环的作用,1963年,刘昌明和同事们在陕西一处荒无人烟的林区设立野外试验站。土壤渗透试验、草地渗透试验、记录气温和降雨量……每天的科研工作繁忙而枯燥。最近的粮站离那里也要三十里山路,刘昌明和同事们不得不经常自己用手推磨磨面吃。“山里的夜特别安静。”刘昌明回忆道,“你可以远远听到狼的叫声。”

    狼嚎声,刘昌明听了整整四年,直到测试数据满足了数学模型参数要求。

    为进一步积累研究数据,上世纪70年代初,刘昌明又开拔奔赴青藏高原。从格尔木到拉萨,刘昌明手持水平、经纬仪,背着口粮和记录本,这条平均海拔4750米的“死亡线路”,刘昌明是一步步走过去的。

    “一路上都是无人区,好在每走90公里都有一个兵站,我们可以得到补给。”待到返家之时,刘昌明收获了“前无古人”的详细数据,还有终生难愈的心肌劳损。“除了大江大河外,当时人们对降雨过程中形成的小河流洪水流量及其规律一无所知,国外虽已有相关数学模型,但由于数据参数与我国实际情况差异较大,并不能直接套用。”刘昌明说,不掌握这一规律,铁路等可能受突发洪水影响的重大基础工程安全就无法得到保障。

    正是在对多个不同地区大量的实际观测和室内实验模拟基础上,刘昌明通过严格科学的数学计算和推导,首次提出了著名的小流域暴雨洪峰径流量的计算公式,解决了我国缺乏实测资料流域的水文预报和径流计算的难题。

    这项震动国际的学术成就,此后广泛应用在我国缺资料地区铁路桥涵的防洪设计中。采用刘昌明公式设计的新疆101线,青藏线(西宁-格尔木-拉萨)等8条铁路,在确保安全的基础上,得以节省大量财力和物力。这一公式,也让刘昌明摘得1978年全国科技大会重大成果奖。

    寻找节水之道

    从1980年开始,刘昌明就长期工作在河北。

    “地球全部水资源中,能被人类利用的淡水只有0.26%。”采访中,刘昌明不时向记者做科普式的讲解,“全世界人均水资源量是9000立方米,而我国人均水资源量仅有2200立方米,我们是全球13个水资源量最为贫乏的国家之一。”

    “你知道这一数字具体到我们河北是多少吗?河北人均水资源量仅为300立方米,是全国平均水平的1/7。”刘昌明说,“这是个缺水之地,最需要节水之道。”

    这正是让刘昌明在河北“驻扎”下来的原因。1992年,刘昌明出任原中科院石家庄农业现代化所所长。他带领团队在栾城建设了农业生态试验站,开展系统的土壤—植物—大气水分运移研究。正是在这个试验站里,诞生了水分传输界面过程的新理论。

    “这一理论阐明了作物耗水结构的基本规律,可以为华北平原推广节水农业提供理论和应用的基础支撑。”刘昌明解释道,“简单来说,我们可以明确出一种小麦浇多大量的水即可获得最高产,这样就可以精确地控制灌溉量,避免水的浪费。”

    此后,刘昌明带领团队开展了“河北平原典型地区农业节水示范与地下水可持续利用”等多项相关课题,最终提出河北平原地下水资源可持续利用的战略对策。在农业节水的基础理论和技术研究方面,刘昌明带领团队通过深入研究品种节水、调亏灌溉制度、耕作种植、覆盖等节水技术的机理、节水效果和应用条件,形成了适合平原区不同条件下的7种节水模式,在山前平原取得了每亩节水100立方米、增收100元的节水、增产和增收效果,其中,冬小麦和夏玉米的水分利用效率达到每立方米2公斤以上。

    这些节水技术模式在石家庄、保定、邯郸、衡水和沧州等地进行了大面积推广应用。几年间,借由新技术推广,累计新增社会粮食5亿公斤,累计新增社会纯收益5.47亿元,累计节水7.91亿立方米!

    “解决河北的‘水危机’,只靠节流还不够,必须想办法开源。”多年前,刘昌明就提出,在资源性缺水严重的北方地区,应将雨水作为重要水源看待并利用。循着“雨水资源化”这一理念,刘昌明提出了利用数学物理方法完善雨水收集系统的理论,并指明“用高新技术开拓雨水利用的硬件系统是雨水研究的重要方向”。

    这一观点扭转了全球的“水资源观”。国际山地综合发展中心教授查理斯因此称刘昌明为“中国雨水利用之父”。

    “水资源也有一个平衡问题,这就要求我们站在更大时空范围内统筹考虑。”南水北调,这一宏大工程在实施之前的论证阶段就争议不断。会不会打破生态平衡?会不会带来环境恶化?刘昌明就此带领团队进行了深入研究。从地理水文学观点出发,对水资源调配的分析和合理性进行了充分论证,对调水工程的生态平衡与环境影响问题进行了基础性分析,同时从生态平衡方面分析调水工程的规模,指出区域降水量与蒸发量是计算调入区适宜调水量的基本判定参数。

    南水北调工程环境影响三个主要内容:环境影响因子的鉴别,环境影响的预测及环境影响的评价计算,逐一被刘昌明确定。在此之后,调水工程生态与环境问题的主要对策也随之出炉。这些成果对南水北调的水量平衡生态环境保护问题起到了重要作用,指导了南水北调工程规划中的水资源合理调配。

    “2013年,南水北调东线通水,2014年,南水北调中线通水。”向记者介绍这些情况时,刘昌明表情中透出心满意足,像是完成了一个多年的心愿,“我希望,这可以帮助河北摘下缺水的帽子。”

【责任编辑:张昭】

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