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        矢志探索水資源 腳步丈量科研路
        ——記同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院水利工程系研究員王喜華

        2023-06-06 15:15:26李文博
        科學(xué)中國(guó)人 2023年5期
        關(guān)鍵詞:水資源研究

        張 聞 李文博

        《浪淘沙·問路》

        六瓣舞翩躚,素裹人間。山中寺院又炊煙。昔日仍能尋細(xì)徑,長(zhǎng)嘆云天。

        探索數(shù)千年,一日知源,舊時(shí)遺夢(mèng)未及諳。但問心兄無怨悔,不羨飛仙。

        ——王喜華作于吉林長(zhǎng)春,2009

        水是萬物之母、生存之本、文明之源,對(duì)于有著古老農(nóng)耕傳統(tǒng)的中華民族,文明發(fā)展史從一定意義上說就是一部水資源研究史。而王喜華致力奮斗的事業(yè)始終與水有著不解之緣,從2005年考入吉林大學(xué)水文及水資源工程專業(yè)那一天起,他的事業(yè)就與水資源緊緊聯(lián)系在一起。直到今天,他仍然奮斗在水資源探索的最前沿。

        20世紀(jì)90年代以來,洪水、干旱、水質(zhì)污染、生態(tài)環(huán)境惡化等問題愈加嚴(yán)重,直至今日相關(guān)問題仍是困擾國(guó)計(jì)民生的關(guān)鍵因素。為了將研究更好地面向社會(huì)所需,近些年來王喜華針對(duì)當(dāng)前我國(guó)的水資源短缺及水污染問題,選取了水文水資源領(lǐng)域最為前沿的課題之一——地下水-地表水交互作用帶——為研究對(duì)象,開展了大量科研探索,特別是在地下水-地表水的交互作用系統(tǒng)中的水量轉(zhuǎn)化,以及三氮、重金屬等污染在系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和溯源研究中,取得了一系列創(chuàng)新性科研成果。

        讀萬卷書,行萬里路?!笆畮啄陙?,我一直和水打交道,足跡幾乎遍布了中國(guó)的各大江河湖泊,并實(shí)地調(diào)查了諸多邊遠(yuǎn)地區(qū)的水資源短缺及污染問題。特別是當(dāng)我能夠?qū)⑺鶎W(xué)的科學(xué)知識(shí)運(yùn)用到水資源研究中,扎扎實(shí)實(shí)為祖國(guó)的水污染研究,為人民的生活作出一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)時(shí),是我最開心、最欣慰的時(shí)候。”王喜華說。伏流無聲,水潤(rùn)萬物。王喜華蹚過青春之河,在水科學(xué)研究中留下了自己堅(jiān)實(shí)的科研足跡。

        與水結(jié)緣,無心插柳柳成蔭

        《七絕·游黃果樹大瀑布》

        數(shù)里聞聲沫雨飄,一墻白練掛天條。

        疑棲仙子滌裳處,待日飛升奉九霄。

        ——王喜華作于貴陽,2018

        “當(dāng)初進(jìn)入與水資源相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域,可以說是無心之舉?!比缃裾勂鹋c水資源領(lǐng)域研究的結(jié)緣,王喜華始終認(rèn)為其中存在著一種冥冥中注定的機(jī)緣。

        事實(shí)上,在2005年參加高考時(shí),王喜華對(duì)專業(yè)的選擇并沒有太明確的方向,而水文及水資源工程專業(yè)也僅僅是他所報(bào)考的眾多志愿中的一個(gè),也許是命運(yùn)的驅(qū)使,他被吉林大學(xué)水文及水資源工程專業(yè)成功錄取,自此開始了自己在水資源領(lǐng)域的科研逐夢(mèng)路。

        業(yè)精于勤,荒于嬉;行成于思,毀于隨。大學(xué)本科4年間,王喜華沒有一刻懈怠,憑借著優(yōu)異的學(xué)習(xí)成績(jī),他順利獲得了保研機(jī)會(huì),師從吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院副院長(zhǎng)盧文喜教授進(jìn)行研究學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)盧文喜教授關(guān)于節(jié)水灌溉的研究項(xiàng)目正在著手立項(xiàng)工作,在他的支持與引領(lǐng)下,王喜華親身參與到了科研項(xiàng)目的立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、野外施工及儀器檢測(cè)、野外數(shù)據(jù)的采集與分析、項(xiàng)目結(jié)題等環(huán)諸多環(huán)節(jié)中,深刻體會(huì)到了一個(gè)完整的科研項(xiàng)目所經(jīng)歷的漫長(zhǎng)過程與期間的種種不易。為了得到更加精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),王喜華在生產(chǎn)基地住了一年。野外荒涼的環(huán)境、冬季難忍的嚴(yán)寒,讓王喜華飽受艱辛,但“怕走崎嶇路,莫想登高峰”的科研精神給了他攻克艱難的勇氣與決心,并讓他深刻認(rèn)識(shí)到扎根現(xiàn)實(shí)、科研實(shí)踐對(duì)于研究工作的重要意義。“這個(gè)研究項(xiàng)目一下子把我從理論課本上虛無縹緲的狀態(tài)拉到了面向?qū)嶋H問題中來,對(duì)我的科研人生產(chǎn)生了重要影響?!蓖跸踩A說。能夠在研究生階段有這樣的科研歷練機(jī)會(huì),給王喜華的科研人生留下了十分難忘的回憶,也為他今后的科研之路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        王喜華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在江西省鄱陽湖流域進(jìn)行調(diào)研(從左到右依次是:博士生賈順卿、王喜華、碩士生毛博洋、博士生劉澤軍)

        維系生態(tài),建立區(qū)域地下水適宜水位模型

        《七絕·訪棲霞古寺》

        棲霞禪寺棲霞山,千載興衰千佛巖。

        遠(yuǎn)送鐘聲紅葉谷,金陵難渡水凝寒。

        ——王喜華作于南京,2018

        力學(xué)篤行,學(xué)有所用。王喜華始終認(rèn)為:科學(xué)研究的目的就是服務(wù)社會(huì)、服務(wù)人民,用科技增進(jìn)民生福祉。如何在這條道路上找到自己的目標(biāo)與方向,真正做到“水潤(rùn)民生”,一直是驅(qū)使王喜華躬行不輟的目標(biāo)與動(dòng)力。在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)攻讀博士學(xué)位時(shí),王喜華就關(guān)注到了地下水與生態(tài)環(huán)境之間的密切關(guān)系,并開展了一系列探索。

        科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)地表水與地下水之間實(shí)際上是相互轉(zhuǎn)化、相互制約、相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體,而分開研究會(huì)產(chǎn)生一系列問題。地下水使用過量后會(huì)造成地下水水位降低、直接或間接地導(dǎo)致地表植被枯萎甚至地面塌陷。特別是地下水在水、陸及海岸交界處等生態(tài)環(huán)境和相關(guān)景觀的維系中起著非常重要的作用,是維持某些關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)完整性的關(guān)鍵因子?!叭绻谒Y源比較缺乏的干旱地區(qū),人口的大量增加,勢(shì)必導(dǎo)致地下水被大量開采,地下水位大幅下降,原有的植物就會(huì)退化甚至消亡,人類生產(chǎn)生活也會(huì)受到極大影響。”王喜華說。在這一背景下,王喜華和研究團(tuán)隊(duì)成員們,通過科研探索,突破生態(tài)因素的應(yīng)用瓶頸,將不同植被的生態(tài)信息作為主要量化指標(biāo),建立了基于地表生態(tài)植被因素的區(qū)域尺度地下水適宜水位模型(EISGD)。這一模型利用極限思維進(jìn)行調(diào)控,合理地利用水資源,以減少對(duì)生態(tài)的損害,進(jìn)而保障區(qū)域生態(tài)的平衡。在博士生導(dǎo)師章光新研究員的推薦下,王喜華博士階段部分相關(guān)研究成果成功被國(guó)務(wù)院辦公廳內(nèi)部刊物《專報(bào)信息》采納,為我國(guó)重要農(nóng)業(yè)區(qū)地下水資源的合理利用提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

        異國(guó)求學(xué),開辟水污染研究新篇章

        《長(zhǎng)相思·風(fēng)飛花》

        風(fēng)飛花,雨飛花。松柏相依鳴綠蛙,飛奔池里鴨。

        思無涯,緒無涯。夜雨無聲夢(mèng)至家,朝來萬里霞。

        ——王喜華作于加拿大,2020

        博士畢業(yè)后,王喜華漸感理論知識(shí)的不足,并有了前往國(guó)外深造的想法。工作3年后,他順利獲得國(guó)家留學(xué)基金委的全額獎(jiǎng)學(xué)金資助(CSC),前往加拿大滑鐵盧大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院開啟了自己的博士后研究生涯。在這里,王喜華極大地開闊了科研視野,除了積極與博士后導(dǎo)師沃爾特·A.伊爾曼(Walter A.Illman)教授合作,開展非均質(zhì)參數(shù)的反演及對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移影響研究外,他還選擇旁聽學(xué)院其他著名教授的課程,學(xué)習(xí)和掌握新的知識(shí)體系以及先進(jìn)的教課方式,這些經(jīng)歷讓王喜華倍感興奮,收獲頗豐。其中,在全程旁聽南迪塔·巴蘇(Nandita Basu)教授的“生態(tài)水文學(xué)建?!闭n程時(shí),他的靈感得到了極大的觸發(fā),并將其研究方向與博后導(dǎo)師方向相結(jié)合,融匯成一個(gè)新的研究方向,即硝態(tài)氮的遷移轉(zhuǎn)化及對(duì)非均質(zhì)性的響應(yīng)等研究,開啟了自己的水污染研究之路。尤其是在博士后的第二年,全球新冠疫情暴發(fā),王喜華一人孤懸海外,閉關(guān)在住所近一年,克服了重重心理、身體以及科研的巨大壓力,終于學(xué)成歸國(guó)。

        學(xué)以致用,探究伊洛河流域水污染

        《五絕·過龍門香山寺訪樂天冢》

        千年文脈傳,東瀛奉神仙。

        歌賦有九老,詩魔一樂天。

        ——王喜華作于河南洛陽,2021

        做研究不能閉門造車,必須實(shí)地調(diào)研考察,獲取第一手資料。在多年的科研旅程中,王喜華頻繁往返于全國(guó)各地之間,研究區(qū)域水資源的合理利用與污染問題。也正是一次次的實(shí)地調(diào)查與探索,讓他真正看到了全國(guó)各地水資源發(fā)展所存在的真實(shí)問題。

        長(zhǎng)期以來,河南都是人口大省、農(nóng)業(yè)大省,也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)大省,而這里也是王喜華開展水資源調(diào)查的重要地點(diǎn)之一。在此之前,王喜華曾和團(tuán)隊(duì)成員在河南洛陽進(jìn)行了3年的野外考察工作。通過調(diào)研,他們發(fā)現(xiàn)在中國(guó)城市化進(jìn)程逐漸加速的背景下,地表水-地下水的交互作用也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變,而其產(chǎn)生的一系列污染問題都是未知的。在之前的研究基礎(chǔ)上,王喜華就將地下水-地表水交互作用帶作為自己多年來扎根探索的重點(diǎn),特別是在采用水化學(xué)、同位素、熱追蹤結(jié)合數(shù)值模擬方法研究不同尺度上的地下水-地表水的交互作用系統(tǒng)中的水量轉(zhuǎn)化,以及三氮、重金屬等污染在系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、溯源研究中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

        世界范圍內(nèi)的大量科學(xué)研究已證明氮污染對(duì)人類飲用水和農(nóng)業(yè)存在潛在威脅。但目前,人們對(duì)流域尺度地表水、沉積物和地下水系統(tǒng)中的氮時(shí)空變化特征及氮污染來源與比例的認(rèn)識(shí)尚不充分。而識(shí)別流域尺度的氮素在地表水、沉積物和地下水之間的時(shí)空遷移過程,可為區(qū)域水污染控制和管理提供重要信息,尤其是人類污染活動(dòng)密集的城市及周邊重要農(nóng)業(yè)地區(qū)。在這一背景下,王喜華團(tuán)隊(duì)將伊洛河流域作為研究根據(jù)地,對(duì)其存在的污染物展開了一系列科研調(diào)查。

        為了得到更為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),王喜華團(tuán)隊(duì)克服一切困難,開始了漫長(zhǎng)的現(xiàn)場(chǎng)扎根生活。最終他們成功采用雙同位素、水力學(xué)、水文地球化學(xué)等多種方法,于2018—2020年在伊洛河流域旱、雨季節(jié)4個(gè)時(shí)段采集400余個(gè)樣品,獲得伊洛河流域地下水、沉積物和地表水中NO3--N、N H4+-N、N O2--N和總氮的時(shí)空變化特征、來源及比例。在研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,他們撰寫了相關(guān)理論文章,并有多篇文章成功發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《總體環(huán)境科學(xué)期刊》(Science of the Total Environment)上。經(jīng)過研究證實(shí),相關(guān)結(jié)果可用于區(qū)域制定有效的水資源管理策略、控制重要農(nóng)業(yè)區(qū)的氮污染,對(duì)于重要農(nóng)業(yè)區(qū)的糧食生產(chǎn)以及區(qū)域水資源的生態(tài)安全都具有重要的指導(dǎo)意義。

        砥礪前行,不負(fù)水科學(xué)研究使命

        《五絕·晚夜黃花》

        無人孤賞芳,自綻晚風(fēng)涼。

        妖卓舞清影,醉吾是遠(yuǎn)香。

        ——王喜華作于加拿大,2020

        正所謂“實(shí)踐出真知”,在理論與應(yīng)用領(lǐng)域探索開拓的道路上,王喜華也逐漸發(fā)現(xiàn)近些年來環(huán)境生態(tài)與水文水利行業(yè)所存在的一系列問題?!跋噍^于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)而言,野外調(diào)查采樣與試驗(yàn)更需要數(shù)據(jù)、時(shí)間,需要科研工作者更多的耐心、專注度和不畏艱難的科研探索精神。然而,近年來我卻發(fā)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域越來越重視室內(nèi)模擬、實(shí)驗(yàn),野外探索越來越少。”談及此,王喜華充滿了遺憾與惋惜。

        一直以來,王喜華始終認(rèn)為,在不充分做野外調(diào)研的前提下,進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M,本身就是一種本末倒置的行為。而在十幾年的科研征途中,他始終堅(jiān)定將野外調(diào)研作為自己科研實(shí)驗(yàn)的根基,毫不動(dòng)搖。這種深入現(xiàn)場(chǎng)了解民生之所需的習(xí)慣,王喜華一直沿襲至今。

        自2021年10月來到同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院水利工程系工作以來,王喜華科研探索的腳步從未停歇。2022年9月,由于遭遇全球嚴(yán)重干旱,我國(guó)第一大淡水湖——鄱陽湖的水域面積創(chuàng)下了歷史新低,部分河段甚至干涸,露出了河床。得知這一消息之后,王喜華馬上帶領(lǐng)學(xué)生出發(fā),在鄱陽湖區(qū)域整整調(diào)研了8天,采集了300多份樣品?,F(xiàn)如今,他也正在引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員們根據(jù)采集的樣品,對(duì)鄱陽湖干旱原因及干旱對(duì)水質(zhì)的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索,相關(guān)工作均在有序開展中。

        科研之外,王喜華也十分重視學(xué)生的培養(yǎng)工作。在王喜華的科研歷程中,導(dǎo)師便是指引他科研之路的燈塔。王喜華的碩士生導(dǎo)師盧文喜教授、博士生導(dǎo)師章光新研究員,給了他極大的科研自主性,為他自主科研能力的提升打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此之后,王喜華又有幸在美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)胥毅軍教授的指導(dǎo)下極大地加強(qiáng)了英文論文的撰寫能力,僅在博士階段他就成功發(fā)表了5篇高水平《科學(xué)引文索引》(SCI)文章(2013—2015年),及至后來,在加拿大從事博士后階段,他在沃爾特·A.伊爾曼教授和南迪塔·巴蘇教授課題組開拓了科研視野和新的研究領(lǐng)域,為后來的科學(xué)研究指明了方向。而這一切與各階段老師們的耐心指導(dǎo)息息相關(guān)。2022年,王喜華在同濟(jì)大學(xué)順利組建了屬于自己的課題組,正式成為一名團(tuán)隊(duì)的管理者。在之前導(dǎo)師的啟發(fā)與自己的研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,王喜華十分注重對(duì)學(xué)生野外調(diào)研能力及思辨能力的培養(yǎng)。在他看來,水科學(xué)研究最終都要回歸實(shí)際,而科研人員首要具備的就是吃苦的能力。除此之外,他也十分鼓勵(lì)學(xué)生能夠發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性開展科研工作,做一名敢于提出問題、解決問題的科研工作者,在科研中找到自己努力的目標(biāo)與方向。

        王喜華在加拿大與著名語言學(xué)家、收藏家戈登·斯萊塔格(Gordon Slethaug)教授及其夫人瑪麗女士一起鑒賞古董

        詩詞博古,做多維生活的愛好者

        《七律·謁宋陵》

        嵩山洛水筑寢宮,樓闕巍峨郁青蔥。

        杯酒釋兵匹夫勇,詩書繪畫文人庸。

        一朝二度攻城破,九帝十陵盜墓空。

        千載興衰倏而過,老農(nóng)倚臥像生中。

        ——王喜華作于河南鞏義,2018

        我們很難想象把詩人、散文家、古董收藏及鑒賞家、青年科學(xué)家這一個(gè)個(gè)獨(dú)立的稱號(hào)集中到一個(gè)人的身上將會(huì)如何,而王喜華就是這樣的存在?!八畹锰珵⒚摿恕薄疤呃寺髁x情懷”“當(dāng)代徐霞客”,和王喜華有過深入接觸過的人常會(huì)對(duì)他有這樣的評(píng)價(jià)。

        王喜華的愛好極其廣泛。他熱愛旅行,足跡遍布我國(guó)的主要大城市。歸國(guó)后,他熱戀故土之情不減,并利用7個(gè)月時(shí)間開啟了全國(guó)游走模式。游名山、訪古寺、謁皇陵、探窯址、窺石窟、宿古城、觀博物、嘗美食、考風(fēng)土、識(shí)人情。一路走來,行萬里路,遇無數(shù)人。探歷史遺脈,發(fā)幽古之思。

        王喜華喜歡文學(xué)和歷史,并對(duì)詩、詞、散文、書法、繪畫均有涉獵,并各有所長(zhǎng)。正如朋友評(píng)價(jià)他:“真正把業(yè)余玩成了專業(yè)?!彼珜懙脑姟⒃~、散文成功被收錄在《中國(guó)當(dāng)代作家詩人精品集》(團(tuán)結(jié)出版社2022年版)中;多年來,他遍訪中國(guó)古代歷朝帝王陵墓,實(shí)地尋訪與考察,并在這一過程中,糾察遺漏信息,觸摸歷史真相。

        王喜華熱衷古董收藏與鑒定,曾踏訪中國(guó)古代南、北方20余座千年古窯址及專項(xiàng)古陶瓷博物館,覆蓋中國(guó)古代“八大窯系”“五大名窯”等主要窯口;他收藏頗豐,喜歡用科學(xué)的思維,借助古物去考究歷史演進(jìn)中遺落的信息;他眼光獨(dú)到,鑒定經(jīng)驗(yàn)豐富,擅長(zhǎng)鑒定中國(guó)古代高古瓷及明清貿(mào)易瓷。多年來,他為國(guó)內(nèi)外古董收藏愛好者提供了近萬人次的無償而專業(yè)的古董鑒定,贏得一致贊譽(yù)和尊重。王喜華熱愛生活,樂觀、灑脫的性格時(shí)刻影響著無數(shù)與他接觸過的人。

        治水興水澤沃土,水潤(rùn)民生繪新篇。過去20年,中國(guó)在水資源研究與污染治理技術(shù)方面已經(jīng)取得巨大進(jìn)步。作為一名青年研究者,王喜華仍舊使命在肩。未來他希望能從自己的專業(yè)領(lǐng)域出發(fā),跟團(tuán)隊(duì)成員們一起做更多有意義的事,在中國(guó)的更多地區(qū)留下自己水資源探索的腳步,用科研更好地惠及祖國(guó)民生。

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