江海振天行,秉心纯超越
——访郝振纯教授
人物简介
郝振纯,河海大学水文水资源学院,教授(二级),博士生导师。1982年毕业于华东水利学院陆地水文专业,获学士学位。1984年毕业于该校工程水文水资源专业,获硕士学位,同年留校任教。1986-1988年在河海大学攻读水文学及水资源博士,并获博士学位。1989-2003年参加水资源开发利用国家专业实验室的筹建和建设工作,任实验室副主任,2004-2006年担任河海大学水资源环境学院副院长。曾担任全球变化与水循环研究中心常务副主任,河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室团队学术带头人。主要研究方向为水文物理规律及流域水文模拟、大尺度水文及数字水文、全球变化影响等。曾兼职中国水利学会水资源专业委员会委员,中国气候研究委员会委员,国际水文科学协会中国国家委员会地表水专业委员会副主任等。
主持国家自然基金重点项目、面上项目、水利部重点科技项目和国家及地方重点工程研究项目共计20余项,参与国家973项目、国家自然科学基金重大项目、水利部公益性项目等30余项。曾获教育部自然科学奖、教育部科技进步奖、大禹水利科学技术奖、江苏省科学技术进步奖、安徽省科技进步奖等省部级奖10余项,获国家发明专利4项,出版《分布式水文模型理论与方法》等著作3部,发表学术论文280余篇,其中SCI、EI检索60余篇。
山重水复疑无路,觅得水文求真知
1975年,郝振纯老师高中毕业。不同于现在的九年义务教育,郝老师所接受的是“7+2”的教育模式——小学和初中在一起一共上七年,高中上两年。初中高中时期的学习时间也大多被学工、学农的实践劳动所代替。高中毕业之后,他开始了在山西省翼城县城关公社的插队生活。动荡的岁月里无法潜心学习,对知识的渴望让他在劳动间隙里挤出时间坚持文化课学习。郝老师上初中和高中时,我国学校师资和教材匮乏,语文课多数是听老师念小说,《欧阳海之歌》就是在语文课上听完的,英语课是在高中才开始学习,水平基本上停留在ABC阶段。郝老师在初高中阶段打下了良好的数理基础,在那些“读书无用论”的日子里,仍然有优秀的老师倾注满腔热情传授知识,郝老师至今记得数学老师在节假日主动给学生补习功课和解答难题,这些都为他顺利通过高考打下了坚实的基础。当1977年恢复高考的时候,他怀着激动和充满希望的心情参加了地方初考选拔和国家统一考试,有幸被录取来到了华东水利学院。与华水的缘分,似乎很浅,也似乎很深,填报志愿时勾选的“服从分配”,开启了他与华水的故事。当时的他不知道什么是水文,看到华东,便以为学校是在上海,向当兵的人打听才知道是在南京。第一次出远门,怀着对未来的憧憬与忐忑,他来到了南京、来到了华东水利学院陆地水文系。郝老师回忆时说,“能够上大学已是我们这一代人最大的幸运,学好本领为国家做贡献是我们的初心”。
由于1977年高考汇聚了十年高中生,录取的学生都有着不同的经历,有插队知青、农场工人、大队干部和农村教师、退伍军人,也有极个别的应届高中毕业生,年龄差距相差十几岁。那时候,知识是稀缺品,学生们对知识的渴求十分强烈,特别是在社会上有过各种经历的人,大家都十分努力地学习弥补浪费了多年的青春年华,不论曾经经历了什么,都未曾磨灭他们对于知识的渴求。郝老师回忆到,在进入华东水利学院陆地水文系之初,学校的教学条件并不好,学生没有现成的课本,大多数专业课都是用学校印刷厂铅印的教材,但对于有多年的社会经历的一代大学生而言,大家还是特别珍惜宝贵的学习机会,不敢有任何懒惰的思想。时至今日仍然可以在档案馆看到曾经老师们学习过的课本,透过课本,似乎可以看见一代一代水文人求学的身影。历史不会再次重演,郝老师的经历也不会重现,但他对于知识强烈的渴望、对于学习的热情,是激励我们水文学子不断前行的榜样力量。
本科学习结束后,他选择了考研。当时水文系有60位学生,当年考上研究生的仅有5位,其中有2位出国,3位留在国内,郝老师就是留在国内的3位同学之一。谈及为什么考研,郝老师说,令他感受颇深的是,1978年全国科学大会上,邓小平指出,四个现代化的关键是科学技术的现代化,并着重阐述了科学技术是生产力这个马克思主义观点,邓小平同志提出的“科学技术是生产力”的著名论断,对国家长远发展具有十分重要的意义,成为改革开放以来我们党一以贯之的基本思想。这次大会被广大科技工作者称为“科学的春天”,新中国的科技工作开始全面复苏,国家的需要给了科研工作者极大的动力,激发了青年学生的报国热情,这就是他当年考研的初衷。郝老师回忆硕士和博士阶段的经历时说到,在硕士导师于维忠老师指导下,主要开展了黄土高原超渗产流研究,提出了新入渗雨水驱替旧土壤水体的入渗方程;在博士阶段,有幸师从我国著名水文学家赵人俊老师,开展地表水地下水耦合与水资源评价研究,为后期研究中新安江模型推广应用和改进打下了良好的基础。在研究生阶段,在业务学习和科研方面有了很大提升,学到了老一辈科学家创新、严谨、求实的科研精神和严以对己宽以待人、团队协作互帮互学的精神。
郝老师1984年12月加入中国共产党,至今不忘的是入党誓词和老一辈的谆谆教诲,在入党时支部书记的话“正确处理好个人、集体、国家三者的关系”一直是郝老师一生的对自我的要求和做人标准。在后来的国家专业实验室、教育部重点实验建设和学科建设中,郝老师不忘初心,始终坚持这一准则。
与水文的相识相熟开启了郝老师的水文故事,而他的实验室科研经历,更是浓墨重彩的一笔。
致力学问无遗力,建设实验室话愿景
用郝振纯老师的话来说,“一生中大部分时间都在实验室里发光发热”。1989年郝老师博士毕业后留校任教,1989年底学校成立水资源开发利用国家专业实验室筹备组,郝老师便加入其中,主要负责室内实验的规划和设计。由于时间紧任务重,郝老师和他已经退休的硕士导师于维忠教授在很短的时间内跑遍了国内有关实验室和实验站,调研了当时已有和在建的实验室设施,如土槽实验、人工降雨设施等。时值春节过年,需要调研的高校和研究所都已放假,他们克服各种困难,终于在大年三十前圆满完成了调研任务,大年初一是在火车和轮船上度过的。
当时规划实验室地点的气象山上仅有几间用于本科生课程设计的简易平房,条件艰苦,国家下拨经费也有限,没法像有些研究所建设全部引进进口的仪器设备,本着既要满足实验条件又要节省资金的原则,郝老师带领课题组自己设计和建设自动控制人工降雨设施。在建设人工降雨系统阶段,郝老师自己设计了多种降雨喷头,同时调研了工业冷却、农用和园艺场所等使用的喷淋系统,进行了雨滴、均匀性、雨强等多方面实验。在控制人工降雨系统的时空变化方面,课题组调研了许多有关厂家,基于“通电开断电关”的思路,选用电磁阀控制每一个喷头,实现了在时间上、空间上、组合雨强等方面的实验要求。最终建成了可以持续1小时人工降雨强度为5mm/min、面积18m×18m、高度10m,可以分4个区单独自动控制运行的人工降雨实验系统,和一个面积18m×8m、高度20m的人工降雨系统。在国家重点实验后期人工降雨系统升级改造中,又采用了可更精确控制的工业冷却喷头。人工降雨的建成,为各种下垫面水土流失、土壤水、地下水及溶质运移等基础研究提供了强有力的实验基础。
大型变坡土槽也是实验室重要的大型实验设施,大型变坡土槽建设的目的是开展水土流失和土壤中水分和溶质迁移转化规律研究,因此,土槽的设计和回填土的土壤类型有较高的要求,在土壤厚度上需要保证在一次降雨入渗过程中下渗水能够达到土槽底部形成地下水,同时在土槽长度上保证在出口断面能够形成地表水、壤中流和地下水过程。郝老师在调研了中科院地理所、陕西机械学院、西北林学院、水文地质工程地质研究所和铁道部峨眉径流实验站土槽设施基础上,通过分析模拟不同土壤的水分过程,最终确定大型变坡土槽长12m、宽3m、深1.5m、可变坡范围0~30°,取用长江江心洲淤积沙性土壤进行回填。土槽土壤回填过程也是保障实验可靠性的关键环节,郝老师带领团队青年教师在炎热的夏天,在保证安装土壤水分传感器稳定性和抽取水样可靠性的基础上,严格按照容重标准一层一层回填土壤,保质保量完成了土槽设施的建设任务。同时配合土槽上空高20m的人工降雨系统,可保证雨滴能量到达土槽土壤表面时接近天然雨滴能量的90%以上,满足开展水土流失实验的要求。至今为止大型变坡土槽和人工降雨系统在开展水文基础实验方面仍然发挥着重要作用。
从1989年开始参加水资源开发利用国家专业实验室,到1993年实验室建成,1994年室内实验装置建设完成,2002年申报成功教育部重点实验室,2004年申报国家重点实验室。从30出头参加实验室筹建到60岁离开实验室,郝老师在实验室工作时间长达20多年,为实验室的建设与水文学科发展做出重要贡献。实验室的从无到有也见证着郝老师的水文故事:从毕业之后教书、到水资源开发利用国家专业实验室筹建小组成员,到实验室主任助理,再到实验室常务副主任,最后到水文水资源与水利工程科学国家重点实验室“水循环与陆气耦合”团队学术带头人。
从与水文结缘,到与实验室相伴,他致力学问无遗力。
采得百花成蜜后,精耕水文育新人
关于科学研究,郝老师说值得一提的主要有三个方面,最早参与了国家气候变化影响方面的研究工作,申请了“气候变化下黄河源区区域水循环模型与不确定性研究”国家自然科学基金重点项目,承担了“数字黄河”诸多项目和黑龙江省中小河流预报系统的科技服务项目。
1988年,世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)联合成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC)。我国对IPCC活动进行了积极的响应和参与,在IPCC历次评估报告的编写中,中国科学家从未缺席,参与度越来越深,我国科学家作出了巨大贡献。在我校刘新仁教授带领下,河海大学在上世纪九十年代就参与了气候变化影响方面的研究,郝老师作为科研骨干,参加了国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验研究”(1997-2002年)和“九五”攻关专题“气候异常对我国水资源及水分循环影响的评估模型研究”,取得了许多重要的成果。郝老师回忆当时在国家攻关项目启动会上,科技部领导特别强调了气候变化影响研究是为国家在全球气候变化博弈中提供科学依据,1992年里约联合国环境与发展大会通过了《气候变化框架公约》,1997年通过《京都议定书》,对各国温室气体排放种类、减排时间等作出了具体规定,这些都离不开科学家的研究成果。他第一次切身体会到科学无国界,科学家有国籍,科学家就要为国家做贡献。郝老师参加的“气候异常对我国水资源及水分循环影响的评估模型研究”获得2003年水利部大禹水利科学技术三等奖,“淮河流域能量与水分循环和气象水文预报”获得2006年度教育部科技进步一等奖。他本人的贡献是:提出了大尺度水文模型的框架结构,建立了能与气候模式输出相嵌套的、能够动态分析气候异常对区域水资源量影响的评估模型;把水文模型的产汇流机制有机地加入到陆面过程模式中,实现了陆面模式和水文模式的交互和反馈作用,在陆气耦合的关键技术方面取得了突破;建立了能够反映土地利用变化和气候影响的分布式水文模型,并在我国北方干旱半干旱地区得到应用;研制开发的淮河流域新安江月分布式水文模型,在代表性流域上经过参数率定和校验以及模式输出结果检验,并采用敏感性试验方法就气候变化对淮河流域的水资源影响进行了评估,国家气候中心经过进一步业务应用研究,进行实时监测评估和预评估。
郝老师长期从事气候变化影响研究,曾多次获得国家自然科学基金重点项目和面上项目。2008年申请到国家自然科学基金重点项目“气候变化下黄河源区区域水循环模型与不确定性研究”,也是我校第一个在国家基金委地学部申报成功的重点基金项目。在项目实施过程中,郝老师带领团队成员考察了黄河源区主要水文站和若尔盖湿地、黄河源鄂陵湖、扎陵湖、以及阿尼玛卿山等对水循环影响较大的重要区域,在玛曲水文站建立了自动气象站和冻土观测设施,在流域内多地取土样开展室内外实验。在高寒地区水循环对区域气候变化的响应机理研究中,围绕气候情景降尺度问题、高寒地区复杂下垫面水循环机理、水循环过程模拟的不确定性问题等科学问题,揭示高寒地区水循环对区域气候变化的响应机理,研发了黄河源区水文预报模型,建立了一套集GCMs气候变化情景降尺度、水循环过程模拟及不确定性评价为一体的理论、方法和模型系统,提供未来黄河源区水循环要素变化过程和水资源演变趋势的预测成果及其不确定性评价,为黄河流域水资源综合规划和管理决策、生态环境保护提供技术支撑。
重点基金团队在阿尼玛卿山进行科考(左四为郝振纯)
郝老师坚持面向问题、剖析机理、创新方法的科学研究理念,依托水文实验站和实验流域开展长期水文实验,研究变化环境下降雨、水面蒸发、作物蒸散发、土壤水、地下水、径流等水文气象要素时空变化规律和地表水地下水转化机理。提出了“土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法”(2017年申请、2020年授权国家发明专利)和“基于土壤温度的潜水蒸发计算”新方法,这些方法耦合到流域水文模型中并取得了很好的结果。完成了农田排灌与水资源综合利用技术、土壤墒情监测预报与适时适量灌水技术、农灌区“四水”转化应用模型、地下水演变情势与安全开采潜力等项目,其中“淮北平原黄潮土区‘四水’转化水文实验研究”、“淮北平原变化环境下水文循环实验研究与应用”、“淮河流域水资源情势与供水保障关键技术研究”等项目分别获得2009、2010、2012年水利部大禹水利科学技术奖二等奖。
在承担国家项目的同时,郝老师还注重面向应用的科技开发和科技服务。郝老师早在2001年就参与了黄河水利委员会“三条黄河”(即原型黄河、数字黄河、模型黄河)的规划工作,2004年承担了黄河小花间暴雨洪水预警预报系统中子项目“分布式水文模型预报系统”开发工作,2007年参与黄委国家防汛抗旱指挥系统工程项目“中国家防汛抗旱指挥系统一期工程黄河防洪调度系统”、“黄河防洪预报调度与管理系统二期开发项目”和“水库群水沙联合调控模型技术研究”等项目,负责开发了“黄河防洪预报调度与管理(耦合)系统”(2005年黄河水利委员会科技进步一等奖,黄河水利委员会创新成果(理论技术类)一等奖;2008年水利部大禹水利科学技术奖二等奖)。2015年负责黑龙江省水文局“中小河流预报系统开发”项目,是当时水文院第一个超1500万的科技服务类项目。在项目开发过程中,郝老师多次开设培训班,并在系统安装运行期间,乘火车、汽车跑遍了整个黑龙江的十个水文分局,开展现场技术指导工作,大大提高了系统的运行安全和预报精度。截至目前,黄河小花间分布式水文模型预报系统、黄河防洪预报调度与管理(耦合)系统、黑龙江省中小河流预报系统运行正常,为黄河下游重点防洪区的调水调沙和洪水预报调度演练及预报运用,为黑龙江省中小河流洪水预报预警提供了技术支撑。
郝老师在教学生涯中培养了硕士、博士140余人,这些学生分布在高校、科研院所、水利、电力部门,大多都已成为单位的技术骨干、技术负责人和副教授、教授等,继续传承着创新、严谨、求实的精神,在各自岗位上发挥着自己的力量。自2010年以来,郝老师参与了河海大学少数民族专业技术人才特殊培养工作,西藏水文局每年都有一名特培生到我校进修,郝老师连续接收培养了7名西藏特培生学员,是我校培养特培生最多的老师。对每一名特培生,郝老师都会根据他们的专业水平、所在单位、面临的问题制定特培计划,这些学员在通过一年的特培经历,在业务和科研能力上有了较大的提高,在职称和职务上都得到了提升。
心怀国家未来,以水文为笔,书写个人与国家共同发展的篇章,郝老师的水文故事由自己书写,也由他培养的学生、他获得的诸多奖项共同见证。
长风破浪会有时,情系水文济沧海
深耕水文教研数十载,郝振纯老师对水文学子也有着谆谆教诲。
对于学生,郝老师建议:青年时期是人生最宝贵的时光,要有梦想,要有目标。学习与思考要并重,脸皮要“厚”一些,敢于向老师请教,敢于和同学交流。在学习过程中养成思考的习惯,对于一知半解的问题,不要不懂装懂,要搞清楚背后的原理。郝老师向小记者们举例:学习水力学时,实验室水槽里的实验在课本上弄明白了,如何在实际的不规则河道中进行应用?能否以更高的站位来思考学过的知识?这是学生学习过程中所缺少的能力。
对于年轻教师和研究生,郝老师建议:科研与创新需兼具。坚持问题导向、机理揭示和方法创新的科研理念,多做一些自主研发的东西。我们现在的研究,大多应用的是国外的模型,如SWAT模型、VIC模型MODFLOW等等,而我们自己的新安江模型确没有做到全球广泛的应用,这是值得深思的问题。大多数学生还是停留在“拿来会用”的水平,而不去探究内在的原理、参数的意义等。郝老师特别强调,不要在论文中出现用了某某软件做了什么分析,而是要明确用了什么方法做了什么分析,这个问题强调了多年,至今在研究论文中还是大量存在。
实际上,我们的科研仍在原有的基础上发展着,但这种发展是“从有到有”的进步,也是科学发展的一种规律。人类对自然界的认识还远远不够,还需要探索未知过程的机理机制,提出“从无到有”的创新。我们仍需更加精确地理解自然,降低探索自然过程中的不确定性,掌握更多的规律,来解决水文科学领域中存在的问题。
从华东水利学院气象山上国家专业实验室、教育部重点实验室,到如今河海大学的国家重点实验室,郝老师的水文故事,在这里开始,也将永远书写下去...
来源:吕之望 周怡 杨雨蒙
编辑:肖晓 黄星怡 黄照凯
审核:陈培玲 莫晓曼 王天越
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