劉之平：一生獻(xiàn)給中國的水利事業(yè)

黎淑貞

劉之平簡介：

劉之平，1958年2月生，教授級高級工程師，中國水利水電科學(xué)研究院副院長，中國能源學(xué)會副會長、中國水力發(fā)電工程學(xué)會理事，中國水力發(fā)電工程學(xué)會水工水力學(xué)專委會主任，國際水利與環(huán)境工程學(xué)會中國分會主任。

2016年度國家科技進(jìn)步獎二等獎項(xiàng)目“長距離輸水工程水力控制理論與關(guān)鍵技術(shù)”的第一完成人。

一座座大壩凌空飛躍，護(hù)衛(wèi)江河安瀾；一條條河道綠水如綾，沁潤萬頃良田；一批批調(diào)水工程，配送生命之源，注入發(fā)展活力。

為了保障這些水利工程的成功建設(shè)，無數(shù)水利工作者奮戰(zhàn)在水利建設(shè)的戰(zhàn)場，或臺前或幕后，中國水利水電科學(xué)研究院副院長劉之平就是其中之一。從恢復(fù)高考后走進(jìn)華北水利水電大學(xué)學(xué)習(xí)，到如今攻關(guān)大小水利重點(diǎn)難題，他已結(jié)緣水利40載。當(dāng)他帶領(lǐng)一支跨單位、跨學(xué)科的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，再次登上國家科學(xué)技術(shù)獎的殿堂時，一切又是“水到渠成”，就如同“長距離輸水工程水力控制理論與關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的終極目標(biāo)。

護(hù)佑遠(yuǎn)距離輸水

在我國，要理解任何一項(xiàng)水利項(xiàng)目的開展背景，都需要了解中國的水資源現(xiàn)狀。首先我國是一個水資源較為豐富的國家，但是由于我國人口基數(shù)大，人均水資源占有量非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界人均水資源占有量，又被聯(lián)合國列為貧水國。同時，我國幅員遼闊，存在嚴(yán)重的水資源分布不均現(xiàn)象，南方的水資源占全國水資源的80%左右。而且，隨著氣候變暖，我國北方的水資源越來越少，因此，跨流域調(diào)水工程成為緩解這種水資源分布不均衡的重要方法和措施，從而誕生了多個遠(yuǎn)距離輸水工程。

全球已有40多個國家建成了350余項(xiàng)調(diào)水工程，我國已建的跨流域輸水工程達(dá)到31座，供水比例高達(dá)20%，其安全調(diào)度、運(yùn)行是保障國家水資源安全的關(guān)鍵。2017年，摘得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎的“長距離輸水工程水力控制理論與關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，為我國長距離輸水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供了重要技術(shù)支撐，成果已應(yīng)用在了引黃濟(jì)青、引黃濟(jì)津、南水北調(diào)中線工程京石段等工程。

何謂“長距離”？在采訪中，項(xiàng)目第一完成人劉之平告訴筆者，“長距離”是相對以往的工程來界定的，“距離越長，調(diào)水越困難。從力學(xué)角度來看，水流慣性力大，傳播的過程也會非常復(fù)雜?！表?xiàng)目完成人、中國水利水電科學(xué)研究院高級工程師郭新蕾解釋說：“不同的調(diào)水工程有不同的特點(diǎn)，面臨不同的難題，比如有的工程穿秦嶺需要打隧洞，有的水源地多管道多，又翻山又越嶺，涉及到很多水力學(xué)的控制問題?！闭n題組將這些困難總結(jié)歸納為：“長距離輸水工程構(gòu)成復(fù)雜，輸水方式多樣；用水需求多變，水力調(diào)控?cái)_動頻繁；地形地勢多樣，流態(tài)銜接復(fù)雜；水流慣性大，控制響應(yīng)滯后嚴(yán)重；高緯度地區(qū)，冰蓋下輸水問題突出?？刂撇划?dāng)，極易出現(xiàn)爆管、結(jié)構(gòu)物破壞、漫堤潰決和冰害等事故?！?/p>

圍繞長距離輸水工程水力控制這一關(guān)系調(diào)水工程全局的關(guān)鍵技術(shù)難題，中國水利水電科學(xué)研究院、天津大學(xué)、清華大學(xué)等6家單位，緊密結(jié)合10余項(xiàng)重大輸水工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行實(shí)踐，在“十一五”國家科技支撐計(jì)劃課題“中線工程輸水能力與冰害防治技術(shù)研究”、國家杰出青年科學(xué)基金“工程水力學(xué)的理論、試驗(yàn)及原型觀測技術(shù)”等40多個科研項(xiàng)目資助下，開展理論創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)和集成應(yīng)用等研究。

十年磨一劍，霜刃未曾試。這一“集眾家單位之精彩”的成果，就如同串起一顆顆珍珠，將其編織成一頂華美的皇冠。劉之平告訴筆者：“現(xiàn)在，該項(xiàng)目的成果已應(yīng)用到我國多項(xiàng)已建長距離輸水工程中，保障了工程的順利建設(shè)和安全、高效運(yùn)行以及我國水資源調(diào)控和配置戰(zhàn)略的有效實(shí)施，解決了眾多人口的供水安全問題，促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善了生態(tài)環(huán)境。在確保適時、適量、安全、高效輸水目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提下，節(jié)省工程建設(shè)投資18.68億元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。研究成果正在南水北調(diào)中線干線、南水北調(diào)中線天津干線、東線工程中推廣，也可推廣應(yīng)用于其他輸水工程、河湖連通工程及智能水網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行調(diào)度中?！?/p>

20年的協(xié)同與堅(jiān)守

“建立了復(fù)雜長距離輸水系統(tǒng)水力仿真與控制理論方法，提出了長距離管道輸水系統(tǒng)成套水力控制新技術(shù)，提出了長距離明渠輸水系統(tǒng)前饋—反饋—解耦集散控制技術(shù)，提出了長距離輸水系統(tǒng)冰害防治與冰期運(yùn)行控制技術(shù)”，這是課題組為該項(xiàng)目歸納的技術(shù)創(chuàng)新之處。

劉之平向筆者舉例說：“明渠短，水流流速低，控制起來相對比較容易。在做南水北調(diào)中線調(diào)水時，我們就碰到難題：干線渠長1273公里，67個閘門、66段渠道都是串聯(lián)的，只要一處發(fā)生變化，整個渠道全都受影響?！?/p>

南水北調(diào)中線調(diào)水是從源頭丹江口水庫調(diào)出水到達(dá)北京，這期間將耗時15天。如果終端北京的需水量增加，渠線的水位就會下降，如果補(bǔ)水不能及時，水位就會高高低低來回波動。長期的波動會給沿線的一些土渠帶來安全隱患。“我們會在理論上采取一些算法，限制在一個小時最多15厘米、一天30厘米的變化范圍，這是出于安全需要。為了實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)，我們就需要考慮原有的渠道蓄量，利用主動控制方法使得擾動波相消，減少渠道水面波動?！?/p>

劉之平欣慰地告訴筆者：“用我們的控制方法只需大概三至四五天，就可轉(zhuǎn)變一次輸水工況，效果非常理想，輸水效率提高了3倍?！痹谒磥?，這是最大突破?！斑@個課題做了4年多，團(tuán)隊(duì)成員之間合作得非常好。水力學(xué)所都是我們團(tuán)隊(duì)的人，也慢慢培養(yǎng)起來很多年輕人?！?/p>

如今，可以很自豪地說，我國長距離輸水工程的建設(shè)規(guī)模和難度處于世界領(lǐng)先水平。對此，劉之平認(rèn)為，首先是我國有這種長距離輸水的現(xiàn)實(shí)需求，最重要的是該項(xiàng)目突破了世界級輸水工程水力控制這一全局性的理論難題和技術(shù)瓶頸，形成了自主創(chuàng)新的理論方法和成套關(guān)鍵技術(shù)。

對此，業(yè)內(nèi)的專家、學(xué)者也給予了充分的肯定和贊譽(yù)。潘家錚院士曾評價長距離調(diào)水工程輸水能力與冰害防治技術(shù)的成果：“不論在學(xué)術(shù)研究或工程實(shí)踐上都具有重要意義，在國內(nèi)外調(diào)水工程的類似研究中，項(xiàng)目的研究范圍和深度是名列前茅的；冰期輸水的數(shù)學(xué)模型是一項(xiàng)重大成就，是能反映冰情發(fā)展的數(shù)學(xué)模型，能夠模擬黃河以北沿渠全線輸水的冰水動力特性，實(shí)現(xiàn)了全部計(jì)算斷面的聯(lián)合計(jì)算。這是個極其復(fù)雜的問題，這是件巨大的工作，有創(chuàng)新性，很不容易！”鄭守仁院士、索麗生教授對現(xiàn)代調(diào)水工程水力控制理論及關(guān)鍵技術(shù)研究成果也作出過評價：“該研究為現(xiàn)代調(diào)水工程水力控制領(lǐng)域的重大成果，理論性和實(shí)用性很強(qiáng)，在調(diào)水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)度等方面有廣闊的推廣應(yīng)用價值。”

作為該項(xiàng)目的第一完成人，劉之平另外一個身份應(yīng)該算是課題“戰(zhàn)略家”。他坦言，“從這個項(xiàng)目立項(xiàng)，在整體思路上我花了很多的時間，大約20天時間來思考。到底這個項(xiàng)目該怎么做？國內(nèi)外都沒有，這是極特殊的一個項(xiàng)目，最后才動筆跟大家一起把申報書寫出來，準(zhǔn)備答辯。”他談到，這個團(tuán)隊(duì)也很特殊，絕不止最后在獎狀紙體現(xiàn)的這6家單位10個人，這支大團(tuán)隊(duì)下又有無數(shù)支小團(tuán)隊(duì)。

在這20年間，帶著對水利的那份擔(dān)當(dāng)，大家奮戰(zhàn)在各自的科研一線，20年的傳承、堅(jiān)守和付出，才鑄就成這枚獎勵的勛章。

水利人生

在走進(jìn)大學(xué)之前，劉之平有著豐富的人生經(jīng)歷：插過隊(duì)，做過煤礦工人、鉗工，恢復(fù)高考成為他人生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

當(dāng)時，身居河北偏僻煤礦的劉之平，從中央人民廣播電臺的電波里得知恢復(fù)高考的消息，他重拾書本，加入到高考大軍中。這一年，全國570萬名考生奔向考場，盼望實(shí)現(xiàn)命運(yùn)的轉(zhuǎn)變。1978年2月，劉之平陰差陽錯地被華北水利水電學(xué)院（現(xiàn)為華北水利水電大學(xué)）錄取了，“我高中化學(xué)特別好，我也特別喜歡化學(xué)，結(jié)果不知道怎么就被水利院校錄取了”。

既來之，則安之。直到大學(xué)二年級接觸到專業(yè)課，劉之平才了解水利“究竟是怎么回事”，要不然自己還一直主觀地認(rèn)為“化學(xué)復(fù)雜，水利簡單”，“其實(shí)，水利學(xué)起來還是挺復(fù)雜的”?；貞浧甬?dāng)初走進(jìn)水利的大門，劉之平回憶說：“后來通過幾次實(shí)習(xí)，自己還是喜歡這個專業(yè)?！碑厴I(yè)后留校，“當(dāng)過輔導(dǎo)員，也做過助教，講過專業(yè)課，帶過畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，日子過得挺充實(shí)的?！?/p>

如果不是學(xué)校給予每位老師一個考研究生的機(jī)會，也許劉之平會成為一名優(yōu)秀的老師，“當(dāng)時學(xué)校允許考一次研究生，我報了名”。從不熟悉到慢慢喜歡，就這樣，他還是選擇了水利專業(yè)，來到中國水利水電科學(xué)研究院（以下簡稱“水科院”）讀研究生。從此，他的水利人生之舟正式揚(yáng)帆起航。

“我的研究生導(dǎo)師叫金泰來?！睍r至今日，劉之平對自己的老師依然記憶深刻，“老先生是中央大學(xué)畢業(yè)的，做水力學(xué)和金屬結(jié)構(gòu)研究?！彼貞浾f，自己當(dāng)時做過模型試驗(yàn)、做過計(jì)算，做過原型觀測、也做過現(xiàn)場，這些對自己后來做水力學(xué)研究非常有好處。“因?yàn)楝F(xiàn)場能看到大壩的泄洪，能看到渠道的水流究竟是什么情況，各種現(xiàn)象到底是怎樣的，和自己在實(shí)驗(yàn)室里做的不一樣。這些積累為我日后做模型試驗(yàn)、做工程，奠定了非常扎實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>

研究生畢業(yè)后，他一直跟導(dǎo)師做科研?！?989年當(dāng)室主任，1992年去日本，1994年回國，然后就在水科院水力學(xué)研究所，直到2001年到院里任職?！笔嗄隁q月在劉之平嘴里說出來都是一言簡之，可作為一名“老水利人”，他卻是見證了包括二灘、小浪底、三峽、小灣、溪洛渡、南水北調(diào)等這些國家戰(zhàn)略性工程在內(nèi)的很多的大型水利工程的孕育和建設(shè)。他做的很多科學(xué)研究都是圍繞這些大型水利工程而開展的。

隨著對水利研究的深入，劉之平愈加覺得水利不是那么簡單，有時甚至是一門“經(jīng)驗(yàn)學(xué)科”。因?yàn)闀r至今日，很多水利上的難題依然沒有得到解決。對此，他深有體會，“有時候很多事仍然需要依照經(jīng)驗(yàn)來判斷。經(jīng)驗(yàn)在學(xué)科里沒法用公式來描述，就算是通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M也未必準(zhǔn)確?！痹谶@個情境下，對水利工作者而言，就需要有過往經(jīng)驗(yàn)和具備對現(xiàn)場實(shí)際觀測結(jié)果的判斷能力。“看一個模型實(shí)驗(yàn)，你會想到工程上是什么樣，只要這樣才能夠判斷所做的模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是否正確?！?/p>

和水利打了幾十年交道，劉之平感慨：“水利工作做得越久，膽子越小。”他提到，一般水利工程都是巨大的，因此一旦出問題必定會造成災(zāi)難性的事故，比如垮壩或是影響既定效益的發(fā)揮，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。“包括我在內(nèi)，都是非常慎重地下結(jié)論，每一個結(jié)論都要反復(fù)考慮、嚴(yán)格地論證。我不敢說完全是科學(xué)的，因?yàn)榭茖W(xué)與否有待時間的檢驗(yàn)，但一定是經(jīng)過非常嚴(yán)格的論證，才會去下一個結(jié)論，才敢照著結(jié)論在工程中去做。”

這是一位水利工作者內(nèi)心的獨(dú)白，也是無數(shù)水利人那份責(zé)任的擔(dān)當(dāng)。

后記：這次報道經(jīng)歷了兩次采訪，第一次因?yàn)閯⒃洪L公務(wù)的繁忙而被迫中斷。第二次終于得以對他進(jìn)行40分鐘的專訪。在采訪中，他絕大多數(shù)時間都在談?wù)撆c項(xiàng)目有關(guān)的話題，對于個人問題的回答，也在只言片語中輕描淡寫了，在網(wǎng)上更是極少看到關(guān)于他個人的報道。謙虛、低調(diào)，這大抵是科研工作者的共性；而大氣、平易近人，這類詞語是下屬對他的評價；聽他的談話，不浮夸，充滿了慈愛和睿智。子曰：“君子欲訥于言而敏于行?！痹频L(fēng)輕，乃君子之風(fēng)也。

（責(zé)編 梁 悅）