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我的求学之路(代序)
——引自林秉南院士学术成长资料采集小组研究报告
发布时间: 2014-01-07 来源: 作者: 林秉南 访问次数:
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我原籍福建莆田,1920年生于马来亚。当时父亲在马来亚任庇朥华侨学校校长,并垦殖橡胶园,开锡矿,可称事业有成。在那儿父亲加入了中华革命党,负责在南洋华侨中筹饷与宣传的工作,积极为孙中山讨伐袁世凯筹集军费;讨袁胜利后,孙中山在广州成立大元帅府,召南洋华侨中一批革命党人回国工作。父亲也在应召之列,于1921年回到广州,先在孙中山的大元帅府内政部矿务局中任总务科科长,后主编宣传新三民主义的刊物。次年母亲携子女回国,从此全家在广州定居。

中学时期

1931年我11岁时考入广州市立师范学校附属初中。开学后不久、便发生9.18事变,日本侵略东北。广州群情愤激。群众从商店搜出日货(称为劣货,因为日货当时质量低劣),当街烧毁;学生罢课,上街和到附近各县宣传抗日,我也跟一个小组四处宣传。这样几个月后,日本人不但没有退出东北,还进攻上海,广州珠江上停泊的日舰也仍然赖着不走。我开始感到救国要有实力,便萌生了将来要学理工,壮大中国工业的思想。

我在小学时,受父亲的影响,喜爱古文和旧诗,小学四年级时开始读古文评注,觉得文字优美,可以琅琅上口,老师在堂上领读两三遍,我便能背诵。在家里跟父亲读唐诗和千家诗,也学会分平仄,懂得绝诗及律诗的格式,觉得很有意思。我母亲人很聪明,虽因家贫,只勉强读到高小就停学了,但她也喜爱读诗。每当我父亲在晚饭后为全家讲解诗文时,她都十分专注。我还记得她每次听到刘禹锡的“朱雀桥边野草花,乌衣巷口夕阳斜,旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”时,都要唏嘘不已,泫然欲涕(大概和外祖父早逝后,家庭贫苦、亲友冷淡有关),而且后来常见她在家务之余披卷读这首诗。

在这样的家庭环境下,我小学毕业时,原打算以后学文科,对数学只求及格;又因为自己不打算做外交官,而且鄙视买办,所以对英文不感兴趣。到了这时立志要学理工了,才重视学习数学。又因听长辈说,当时好的数理化课本都是英文的,这才比较急切地感到要学好英文。

升入初二后,学校发生了重大的变化。当时的广东当局要以我就读的师范学校为基础,建立广东勷勤师范学院,把北京师范大学的教务长林励儒先生请来筹建学院兼任中学部校长。林校长德高望重(解放后曾任教育部副部长),为学校请到很好的教员,学校面貌大改。

初二数学新老师方斗垣先生是广州“八大天王”(即最好的八位数学老师)之一。他第一天上课先给全班一个测验,发现我们程度太低(一年级时学校聘不到数学教员,由化学老师代课。这个老师化学课讲得很好,但客串讲初级代数时,连正负数都讲不清,所以全班都未学好)。方老师便从头教起,用两年的时间把初级代数、平面几何和平面三角等初中三年全部的数学课程教完。方老师教学条理清晰,声音宏亮,能紧紧抓住学生的注意力。大家上课都很专注。听过他的课,下课后不需要复习,便可以做习题。在方老师执教的两年中,全班对数学的兴趣都大大提高,星期天常有近半个班的同学主动回校,在课室集体做功课,互相讨论,全班数学水平都显著提高。我更是转变为学数学的积极分子,成绩优异。

英文老师黄云蔚兼班主任,他教学特别重视文法。当时的初中英文课本,不注意讲文法。黄老师讲课时,常常越出课本范围,选一些句子作图解,使学生了解句子的结构。对许多文法名词,他直接引用英文。当时我囫囵吞枣地都记了下来。后来学习国语文法课时,才知道哪是主语、谓语、宾语……。他认为文法十分重要,常说要像学几何定理那样学文法。他要求学生去旧书店买英国人纳氏(Nestfield)为印度学生写的文法课本,作为补充读物。这套文法有4册。第3册最浅近,第2册最详细,是4册中最厚的一本。他先教最浅近的第3册。进入三年级后,他又提出每周六天、每天早七至八时,为学生补习纳氏文法最完备的第2册。厚厚的一本,到初中毕业时也教完了。黄教师完全是义务为学生补习,使学生的英文文法水平远远超过当时对初中毕业生的要求。后来我在高中也没有学到那么多、那么完整的文法。黄老师给我打下的英文文法基础,至今铭感不忘。黄老师是班主任,他也很注意德育的培养,经常在下课前留10多分钟,对我们讲日本学校怎样向他们的学生灌输军国主义并启发学生长成后侵略中国,怎样鼓励学生锻炼身体,冬天穿短裤、喝冷水,吃冷便当,长大后好当兵打支那(对中国的蔑称)。因此黄老师鼓励全班要爱国和注意体育锻炼。他自己以身作则,每天早上跑步、打球。我们这一班日后(初中三年级)成为全校的篮球和排球冠军,这和老师的鼓励很有关系。他还对学生的行为提出要求,如不许大声喧哗,不许随地扔杂物及不许随地吐痰,甚至不许在街上吃零食(注意仪表、避免得病)。当时班里同学年龄相差很多(12岁到20多岁),他还专门讲过一堂性教育课,引导学生注意体育和重视学习,这在当时应该是个创举。他要求学生每日交日记,规定用毛笔书写,第二、三天他便用朱笔批还(40多份),对学生中文写作能力的提高和书法的改进,帮助也很大。

其它教员大多也是非常优秀的,物理教员每隔一周便借用大学部仪器,表演和讲解各种物理现象,包括手摇发电、放电、霓虹灯原理等。语文叶老师很幽默,常常在讲完课文后,下课前,讲一些富有启发性的故事。如王国维集三句宋词表达做学问的三个阶段“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路”,“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”,“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处。”使学生深感做学问必须努力。虽然现在知道有“遽以此意解释诸词,恐为宴、欧诸公所不许也”的说法,但当时对一个中学生来说,只觉得三个阶段的说法很有感染力。还讲过“枯藤老树昏鸦,小桥流水人家,古道西风瘦马,断肠人在天涯”,只罗列了一批名词,便表达了许多感情,使学生感受到了中国文学文字的优美和魅力。

初中毕业后,我不愿学师范,便考入了市立一中普通科。读高中的情况和初中有点相似。到了高中二年级,校长改由黄文山先生担任。黄先生原是北京师范大学的教授,在教育界交游较广,能请来好教员。如数学的林松生,英文的谢凤池,化学的陈沛京都是广州的名师。连大画家关山月也被请来教高二“图画”。很惭愧我毫无艺术“细胞”,成了关先生的不肖之徒,以后有一个时期虽然知道他在北京,也不敢和他联系。高中二年级以后,我开始感到考大学的压力,认为当时高中课本内容相对贫乏,而且听说大学里常用英语教材。因为刚从陈沛京老师那里学了高中化学,很感兴趣,所以高二放暑假时便去旧书店买了一本英文版的化学教材(Deming著),开始研读,既复习化学又学了英语。因为这本英语教材是大学教材,所以在内容方面大有可学。但我把学英语作为重点。对每句都作文法分析。遇生词只查字典,强记而不作笔录,有些单词和短句,经过多次查字典后才记下来,但这样记下来的单词便不易忘记。我从开始便用商务印书馆的英汉双解字典,也试着勉强记英文解释。这样起初阅读很慢,第一天用了8小时只读了一页。但我除做家务事外,每天坚持读8小时,两个月下来,阅读便加快到每天30~40页。读数学课本则快得多。从此打下了读英文课本的基础,而且从高三开始便同时使用英文解释的简明牛津字典。

高三这一年得到多位名师教导获益良多。数学老师林松生用英文课本,讲授斯密二氏解析几何和范氏大代数,条理清晰。英文老师谢凤池从小在美国受教育,教中学英文绰绰有余。他把教科书中比较艰深的培根的《论大学》,马科来的《约翰逊传》,《莎氏乐府本事》中的《威尼斯商人》等都讲得清晰易懂,而且很有风趣。但他着重指出以我们当时的英文程度来说,应该学写文法无误的短句。他发给我们一本自编的“实用英语”,让我们熟读。其中有爱迪生传,林肯的盖忒斯堡演讲等比较近代的文章。为我们学英语指明了道路。此外还用了几节课专门为学生讲解了虚拟语气,并强调它的重要性。化学老师非常重视实验。学校有一个比较大的实验室,学生可以自己动手做实验,增加感性认识,还学会了一些应注意的安全措施。语文黄老师经常评论时事,抨击社会上的不良现象。在课本之外,还油印了杜甫的“秋兴八首”及九九“登高”等诗给学生讲解,使学生体会到短短的一首诗竟能表达如许感情。从杜甫的处境也联想到我们当时的国难深重,更甚于唐王朝的安禄山入侵为患。令我们既同情杜甫,也深忧中国的前途。

总的说来,我认为自己很幸运,中学时期受到了多方面的教育,为以后的求学和做人都打下了基础。我对旧日老师深怀感激之情。

大学时期

我是抗战时期在贵州平越进入交通大学唐山工学院学习的。当时的院长是茅以升先生。在茅院长的领导和争取下,唐山交大的老教师几乎原班到平越任教。数学教授黄寿恒,力学教授罗忠忱,铁路教授伍镜湖,结构工程教授顾宜孙,英文教授李斐英,测量教授罗河,工程画教师李汶等都是很好的教师。他们的共同特点是学问好,而又严格和认真。他们除了为学生打好基础外,还通过身教言教、传给学生严格敬业和光明正大、守法不阿的精神。这些都是学生一辈子受用不尽的品质。

广州是1938年10月21日沦陷的。当天早上广州的主要报纸《民国日报》还照常出版,而且说日军被阻于石龙,离广州还远,不料1小时后就枪炮声大作。我家是当天早晨在日军入城前随着狂奔的逃难人潮在密集的枪炮声中匆忙逃出广州的。10月底的广州还很暖和,冬天的衣服还锁在箱子里,因为事情发生得很突然,所以带出来的只是几件单薄衣服。我们一家辗转经珠江三角洲西部和澳门于1939年春节前逃到香港。我父亲在香港向一位原来一起在新加坡的华侨老朋友借到100港元给我做路费,我便经越南、云南到贵州入学。

我是1939年三月初到平越的,这时校区内的福泉山桃花初放,正是初春的时候,有点春寒,但还问题不大。大学一年级基本上是在温暖的天气中度过的。当时为了要抢时间,一年级结束后,只休息约一周,二年级便开学了。不久就迎来了平越的第一个严冬,也给我带来了一个多灾多难的年头。广州逃难时未带出冬衣,因为钱少,当时也无力置办。平越的冬天,也有屋檐滴水成冰、挂着冰条和早起满地冰霜、路滑霜浓的日子。我寒衣不足,而且连厚一点的袜子和手套都没有,脚上穿的又是开口单布鞋,手脚长满了冻疮。白天疼,晚间则又疼又痒,手背冻肿,手指缝溃破。除冻疮外、还闹胃病,常常饭后胃痛、呕吐,身体变得很虚弱。胃病可能和严重的龋齿、进食不能细嚼有关。到了下学期,龋齿发展到牙龈肿痛。起初只限于局部,以后便发展到脸都肿歪了,半边脸火辣辣的痛。我去找校医室唯一的大夫陈大夫看病,起初他给我内外涂药水。因为未见效,几天后我又去找他。他让我坐下,叫我张嘴闭眼。我刚闭上眼便觉全身一震,口腔内剧痛,张开眼时见陈大夫手里拿着一把明晃晃带血的手术刀,我则已是满口脓血。原来他趁我不备,为我切开了牙龈放脓(据说他当过军医,手术很果断)。约两周后,牙龈退肿,伤口也逐渐痊愈了。虽然因为在没有麻醉的情况下切开牙龈,非常疼痛,但在当时缺乏药品和医疗设备的困难条件下,他这样果断地为我解除了病痛,避免病情的进一步发展,至今我对他还十分铭感。因为龋齿既妨碍进食,又是感染源,必须医治。刚好同室的陈广明同学也要治牙,所以二年级结束后,我俩便结伴去贵阳治牙。拔除了病牙,彻底免除了牙痛之苦,这才结束了多灾多难的一年。三年级起我便逐渐恢复了健康。

一年级时我的成绩是全班最好的,二年级因为生病成绩下降了,但三年级开学时,学校还是给了我一个新设的高额奖学金(班里有3个名额)。在奖学金和同室同学的支持下,我逐渐恢复了健康。四年级时成绩又回升到前两名,并于毕业前夕被选入斐陶斐励学会(会员有资格佩带金钥匙)。 毕业后我留校当了一年混凝土建筑设计的助教。然后转去贵州修文县参加修文河水电厂的勘测设计工作。

在修文和重庆

修文河是猫跳河的一条小支流,流经修文县。猫跳河又是乌江支流鸭池河的支流。修文河在河口以瀑布形式泻入猫跳河,修文水电厂就利用这段落差来发电。1943年我到修文时,勘测还未结束。我先后参加了坝址、输水渠和运料公路的地形和选线测量。后来就负责输水渠道的选线和定线,以及渠道的波动计算。

当时技术资料奇缺,整个工程处只有一本美国垦务局为Semino 工程发包制作的图集。这本图集不但没有技术说明,而且工程属于拱坝坝后厂房形式,和修文水电厂毫无相似之处。除此之外,便只有一些个人笔记和一般书籍。在输水渠道的水力计算中遇到电厂荷载变化而引起的渠道波动问题,当时便无法解决。设计科长手上只有一本Bakhmeteff的明渠水力学,这是一本恒定流方面的名著,和渠道波动问题也不沾边。后来只好作一些假定,据以提出渠道末端的放宽率和管道进口的淹没水深——问题其实没有真的解决。

此外,修文河是一条卵石河流,冬季清澈见底,许多地方水只及膝,可以涉水进行水文测验。但夏季遇雨时河水暴涨,会变得异常湍急,而且浑浊不堪。猫跳河平时水色碧绿,到了夏天雨后,也变成一条湍急的黄泥河。对这些现象,我当时也不了解它的内部机理,自知水利知识太贫乏。这是我后来出国后选学水利,而且特别注意明渠波动和泥沙问题的原因所在。

在修文时我曾参加修建修文工地至贵阳公路的测量工作。贵州的耕地往往在山脊上,都是一些小片的土地,小的每片只有1~2亩。 贵州号称天无三日晴,经常下雨,雨水比较充足,庄稼靠雨水成长,不需要到河里取水。河流常在山脊下七八十米,取水也不易。然而,山脊线又常是公路选线经过的地方。当时我们的队长也是年轻人,公路选线很注意避开耕地。但有时受地形限制,线路只好经过一些小片耕地。虽然工程处用地是有偿的,但以当时通货膨涨的激烈,即使当时给了优厚的补偿,不久即一文不值。不似一小片土地可以年年耕种,有收成糊口。难怪小片地的主人(往往是单身妇女,丈夫被拉去当了壮丁,十分可怜)都要大哭,跪下求我们改线。我们也很同情她们的处境,总是尽可能地调改。但因地形限制有时也很难完全避开。想想修文水电厂当时只是为了改善贵阳的照明,却因此而影响了一些人的生存,心中十分矛盾和懊恼。从那时起,我便认为修工程必须高度重视移民工作,应将受影响的人真正妥善安置。1944年修文水电厂开工了。当时开石方没有炸药,只能用黑火药,所以进展很慢。承包商为了多赚钱,不给工人盖工棚,让工人在秋雨绵绵中露宿,很多人生病,承包商也不管。加上工伤事故,工地经常死人。工程处只有一名没有受过正规训练的护士和一些红药水及药棉,除了包扎伤口外,也无法给工人和员工治病。我在工地得了疟疾,也只能托人在贵阳买到一些金鸡纳霜。没有医生指导,自己胡乱服了,病情止止发发。从1944年一直迁延到1946年在爱荷华大学时还发了一次,由大学医院疹断,开了好药,才得以彻底治好。

整个工程处当时处境是很差的。不过我在修文也有健康改进的时候。有一个时期、因为冬季没有厚袜,脚趾和脚掌外缘长了很多冻疮。冬季的修文河部分结冰,水深没膝。每次出外测量、都要赤脚涉水走过这条不到一百米宽的小河。到达对岸时,两脚都会冻得麻木、毫无知觉。但上岸走几里地后,两脚便会火热起来。这样一冻一热几次之后,冻疮居然都消失了。

大凡在旧社会上过中学的人、都知道孙中山先生写过一本实业计划,其中提到要建设三峡工程。当时内忧外患,国难当头,民不聊生。对比之下、觉得这只是一个美丽的梦想。当时我认为“他生未卜此生休”,我这一辈人是不可能见到三峡工程建设的了。四十年代在美国垦务局萨凡奇的鼓动下,旧中国也曾派人去美国搞三峡工程设计。派出的人员不时有些英文技术资料寄回来,其中一部分也转给在修文的人员看。我偶然好奇,也去翻翻;但和当时周围的现实环境对比,相差实在太远。要建设一个几千万千瓦的巨型电站,好像是在做梦。所以当时并不放在心上。今天眼看三峡工程顺利建成,真是感慨万千。

留美的日子

我于1945年考取了旧教育部留美研究生,1946年3月从上海乘船出国。船过日本后,遇到风暴,风浪很大,不但叠在甲板上的箱子因船大角度左右倾侧而倒下,风浪打在船身上,也轰然作巨响。后来才知道当时是阿拉斯加发生大地震,由地震引起的大海啸(或称津波)自北而南,传到夏威夷,在那里造成重大的损失。但在船上因为太平洋中部水深很大,并没有感受到这次海啸(风浪大和海啸没有关系)。

4月初船到西雅图,和许协庆、方福桓转乘大北铁路经芝加哥到达爱荷华大学。这所大学是一所很好的大学。我在那里得以转变成为水利工程师,主要是得力于它有出色的教师队伍。教流体力学的H. Rouse,水工建筑的A.L. Alin,明渠水力学的C. J. Posey,水流量测的J. W. Howe,泥沙工程的E. W. Lane,都是知名学者或经验丰富的工程师。

我们同学3人到校时是1946年的4月初。当年的第二学期也已过半。所以当我们谒见系主任Howe教授时,他建议我们等到6月夏季学期开学再注册上课。我们说作为公费生,我们不能坐等两个月,我们必须立即开始学习。Howe先生很灵活,他略加思索,便提出因学期已过半,最多可以让我们选修一半的学分,即7.5个学分(全学期最多允许修15个学分),可以参加听课;已经讲过的课,可以自修,正在讲的课必须听,最后必须参加全学期的大考(包括部分课程没有听过)。这些我们都同意了,每个人都按限度选足了7.5个学分,而且最后都以优等通过。这样做的主要原因是我们只有两年的公费,所以必须多选课、多学习。其次,我们3人都是唐山交大毕业的,大学期间技术课的课本都是英文的,主要教师讲课、考试的试题和答卷以及平时作业都用英文。所以我们上课基本没有语言的问题(包括做论文研究时需要参看大量技术资料)。这也是可以多选课、快速前进的原因之一。到了1947年初,3人便都获得硕士学位,而且都入选为SigmaXi荣誉学会会员。此后便开始读博士的计划。

1948年夏季密歇根大学主办一个大型的、面向全美国的流体力学讲习班,我去参加了。这个班邀请了19位国际知名的流体力学名师为学生讲课,可谓名师云集。其中如Th. v. Karman, S. Goldstein,B. A. Bakhmeteff,H. L. Dryden,V. L. Streeter, H. Rouse 等都堪称大师。从6月底到8月底,昼夜都有课。讲得最多的是Goldstein教授(他后来是哈佛大学工学院院长,讲课不用稿,全凭记忆,而条理异常清晰)。人们慕名而来,几十人坐满了一个大课室。学生分两类,一类选课,参加考试;另一类旁听,不参加考试。我作为选课生参加了讲习班。可能是因为结业时我的考试成绩比较突出(全班两个A+之一),回到爱荷华后,Rouse教授便约我担任他的助教,前后一年。工作是评作业和试卷。Rouse教授一向以考试出题难而著名。据说,大概是70年代有一班学生考试及格后很高兴,定制了一批汗衫,在胸前印有“I Survive Hunter Rouse”字样(意即“我从Rouse那里活过来了”),集体穿上合照,表情十分自豪。

爱荷华水利研究所每3年召开一次全国性的水力学会议。1949年的第6次会议是一次特殊的会议,是为集体出版《工程水力学》专著而组织的。我第一次参加这样的大型会议,发觉会上交锋很激烈,与会者提出了许多尖锐的问题,可以说到了不讲情面的程度,但使用的语言,则是有礼貌的。会议中发言者认真而有风度,给我留下极深刻的印象。其中洪水计算一章,原作者因故不愿做修订。可能因为该章收入了较多我的硕士论文内容,也可能系里有人推荐,Rouse教授决定由我负责修订和增编例题。当时我还只是入学不久的青年研究生,而原作者则是美国陆军工程兵团的资深老工程师,可见美国大学中有用人不拘一格的风气。

因为在会上对这一章没有什么意见,所以我只对全章作了仔细的校核。在这个过程中,我发现了一处问题。为此我重写了一节,并重绘了一张图和编了三道例题,都经主编Rouse教授审定同意,按我的原稿未做修改、收入书里。第一次印刷的书出版后发现除我负责修订的那章外,其他部分有许多错字。为此,又组织了一次校对和重印。

C.J.Posey教授是我的明渠不恒定流启蒙老师。到校后不久的一天早上我去工学院上课时,在路上遇到他,我们一起走了十几分钟。第一件使我受教育的事,是他的团队精神。我刚和他并排走,他便立即做了一个换步的动作,改为和我齐步走(本来作为学生,应该由我换步跟上他,但我当时初到美国还没有学到这个精神),然后才开始谈话。

当时我初到、还未选他的课,但我因为心里有修文引水渠波动问题,到爱荷华后便留意教授的专业,知道他教明渠水力学。所以那天早上遇到他便迫不及待地向他说起修文的不恒定流问题。他考问我怎么知道那是不恒定流,我做了解释。他比较满意。这时已到了工学院,分手时,他约我以后再谈。

1947年秋季开学时,开始硕士论文选题。他接受了我作为硕士论文研究生。题目是从Massau观点研究明渠不恒定流。Massau是一位比利时人,他的著作是加拿大教授Putman发现并在美洲推荐的。据了解,Massau的原作都是用法文写成的,散见于十多厚册比利时干德大学的论文集。当时在美国找不到这些资料,而且即使找到了,我当时也不会看法语文献。Putman教授根据法语原作在美国地球物理学会发表过一篇短文介绍Massau的工作。我做论文的主要依据便是他那篇短文。

通过做论文,我寻得了解决修文电站引水渠波动的计算方法。虽然计算很繁复,但毕竟找到了方法,心里还是相当高兴的。在论文的英文写作中,唐山交大和中学的培养都发挥了作用。Posey教授对我的论文稿,通篇只改了一个字。24年后的1982年,我有机会到Posey教授当时执教的Connecticut大学访问,并被邀在一个讨论会上介绍我在国内的研究工作。讨论会由Posey教授主持。他向听众介绍我时,还旧事重提,说起对我的硕士论文只改了一个字。

在获得硕士学位后不久,即1948的夏天,Posey教授把我找去。他说我在硕士论文中给出的明渠不恒定流数值解法虽然可用,但计算点是特征线的交点,位置散乱,不便使用,建议我设法改进。经过几周的思考和计算后,我提出了指定时段法,使计算点的位置可以随意选定。Posey 教授很满意。他鼓励我写一篇文章送美国地球物理学会发表。我在课余算了例题并于年底完成文章的写作,由Posey教授于1949年初安排他的秘书为我打字。

当时美、法两国有交流学者的计划。1949年美方派去法国的是我的博士论文导师J. S. McNown,而法方派来的则是位于法国格兰诺泊的水利研究所研究员A. Craya博士。Craya先生在理论流体力学(Hydrodynamics)方面有很高的造诣,在明渠不恒定流研究方面更是久负盛名。我拿指定时段法的文章去向他请教。他很快就接受了我的想法,并提出愿推荐该文去法国著名的《白煤》学报(La Houille Blanche,指水力发电)发表,他是该刊物编委。我因Posey教授有言在先,仍希望送美国地球物理学报,所以虽然明知《白煤》有很高的学术声誉也婉谢了。我那篇关于指定时段计算不恒定流法的文章,1950年向洛矶山水力学年会提出,1952年在美国地球物理学会刊出。经Rouse教授核定,上述1949年出版的工程水力学收入了一个指定时段法计算不恒定流的算例。

我的博士论文题目是《泥沙群体沉降速度的研究》。当时计算泥沙沉降速度的公式,只适用于单颗粒在无穷介质中的沉降,而河流中的泥沙都是在泥沙群体中沉降的。在群体中时,颗粒的绕流流场互相干扰,使泥沙沉降速度不同于单颗粒在无限水体中的沉速。对这个问题的研究,必须从均匀颗粒开始,否则运动将是不恒定的,试验将无法进行。所以先要取得高度均匀的样本。我采用了水分法,试验在一根用于颗粒分析的标准玻璃底抽管内进行,管上有刻度。注水到100克处后、倾入约3克的小于0.1mm的颗粒,并在管口加塞。然后将管重复颠倒,管中气囊随之上下来回移动,将水中颗粒和匀。然后将管固定在试验架,抽取其中一小部分。待这样抽取的颗粒积累到一定份量后,又重复上述水分作业。这样不断水分提纯,除了听课或做作业以外,不分昼夜,所有时间都用在制备均匀沙样上。半年后,从几公斤的密苏里河沙和加拿大渥太华玻璃球中分别提炼出两份各不到3克的“均匀”样品,在地质系的显微镜(镜头有刻度)下观察到玻璃球十分均匀。由于样品制备的工作量很大, 因此使用这些样品,试验的浓度范围受到限制,只能在较小的浓度范围内取得成果。但这是第一次通过较准确的实验证实浓度和雷诺数影响的存在。以后在这方面有许多人提出了简化的经验公式,也得到引用。但主要是因为公式的形式简单,实际并没有计入雷诺数的影响也没有实验验证。

因为知道McNown教授要作为美法交换学者于1949年去法国3年,因此在他动身去法国前的1948-1949年初,我完成了博士论文的试验研究,写出了论文初稿,呈交给McNown教授。几天后他找我谈话,说他看了论文稿,认为已可以申请答辩,但因爱荷华水利研究所正在建造一座120英尺长的活动泥沙循环水槽,准备研究泥沙输移和床面形态,需要人主持试验。他打算推荐我作为该所的正式员工,去做这一项工作。如果我同意推迟答辩,保持学生身份,所里便可以合法任命。

因为在研究所工作才能获得研究经验,他建议我考虑用2至3年参加实际研究工作,获得经验。在此期间业余还可以对我的博士论文做进一步加工。McNown教授还说他已商得Rouse教授同意,在今后几年内担任我的博士学位导师。我结束研究所工作时便可向Rouse教授呈交论文申请学位。我也深深感到参加实际研究工作的重要性,便接受了他的建议。这样从1949年6-7月间,McNown教授作为富尔勃莱学者(Fulbright Scholar)去法国访问后,我便参加了爱荷华水利研究所的工作,直到1952年9月转去科罗拉多州大学工作为止。

在爱荷华水利研究所工作的3年多里,我学到很多当研究生学不到的东西。在上述循环水槽建成以前的第一年中,我参加了为南美委内瑞拉国家水力学试验室设计有关设备,包括循环系统、平水塔、水槽、称重水箱等基本设施,了解了多种试验设备的设计原理,也学会了水力学实验室的规划设计,收获很大。

循环水槽建成后,我进行了大量试验。透过水槽的玻璃边壁,清楚地看到床面附近泥沙的运动情况,对床面形态的变化,包括沙波的从无到有,从有到无,又从无到有的过程,以及河床蜿蜒的先兆等都获得了自己前所未有的概念和认识。在泥沙研究负责人E. M. Laursen的咨询下,我设计了供试验室使用的精密泥沙取样器,在流量高度稳定的水流中沿水深抽取沙样。结果发现在床面附近泥沙浓度是高度不稳定的。在床面附近的既定点抽取沙样,往往要连续抽取近1小时以上、才能获得稳定沙样。Laursen是我很佩服的一位同事。他对泥沙运动力学有很深的造诣,对泥沙运动有非常清晰的概念。最令人心折的是他对机电设施也十分熟悉,而且精通机械设计。整个活动水槽的设计由他一人出图、监造建成。这是一座十分精美的可变坡水槽,长达36m,使用极为方便。

通过Laursen我还发现了Rouse教授另一鲜为人知的专长。原来他作为流体力学的著名权威,竟然在机械设计和机电设备方面也是大行家。研究所里任何人做了设备的设计,都要主动请求Rouse教授审阅后才放心交付施工。他往往结合机电设计,机电设备特性,机械加工过程以及流体力学原理,指出设计的毛病,预见设备能否产生预期的流动。问者无不心服,即使受到严厉的批评也心甘情愿。Laursen便是一个经常向Rouse教授请教的人。理论与工程知识的密切结合是美国在应用领域中创新的途径。我在美国9年多主要收获便是这方面的。

1946年我到爱荷华大学后不久, E. W. Lane教授便转去联邦垦务局当顾问,所以在爱荷华没有赶上听他的课。1952年我去科罗拉多州大学工作,不久后,他来校兼课。他的办公室与我的相邻,隔墙有一个连通门,往来方便,得以时相过从,聆听教益。他常邀我过去听他讲解印度Chosi河的泥沙问题(他担任顾问),使我眼界顿开。我也尽自己所知,偶赞一词。他为研究生开泥沙工程课时,邀我合作、让我讲授泥沙输移力学部分。因为是合作讲授教师,所以我便顺理成章地坐在教室旁听他的课,弥补了原来的遗憾,可谓失之东隅、收之桑榆了。Lane 教授的特点是物理概念非常清楚。他年纪较大,解放前曾任我国的导淮委员会顾问。学生一般认为他是老派的水利工程师,重视解决工程问题,对水流的认识是以水力学为基础的,不太注意水流内部结构。然而他却曾对坝面水流掺气的原因提出过一个深入而得到广泛接受的解答,即认为掺气是由于坝面紊动边界层发展到水面,引起水面紊动掺混而将空气卷入水流的。这个例子说明他也能够深刻分析水流现象的流体力学本质。他关于水流掺气原因的解答已成为水力学界公认的经典解答。他对泥沙问题有很强的预见力。鉴于高坝日渐增多,他提出设计从高坝水库引水的土渠时,将面临清水冲刷的不同问题;对引入清水后土渠的稳定性问题进行了大量研究。除了在解决水利工程中的泥沙问题有很高的造诣外,Lane教授在河流地貌(Fluvial Morphology)和土渠高坝引水两方面也有深入的研究。我有机会经常接触这样一位学者是幸运的。他为人诚恳,是一位忠厚长者。在三峡泥沙问题的研究中,我首先提出要利用三峡泄放的清水,减少洞庭湖淤积,改善洞庭湖水环境和争取加强城陵矶汉口段的冲刷,应该说是受到他重视水库泄放清水的启发。

另一位令人敬佩的老师是水工结构的A. L. Alin教授(昵称Oke Alin)。他来自瑞典。据传他是美国陆军工程兵团的四大坝工专家之一,擅长碾压土坝设计,对岸边溢洪道尤有研究。当时他已退休,在邻近的Omaha市开设顾问工程师事务所。应学校之请,他每周来校兼课3小时和工作若干小时。他强调实践的重要性。当时在爱荷华市邻近的Coraville正在修建一座中型碾压土坝,他特意带学生去参观并做详细讲解。他不止一次地说一个第一次欧战时的趣闻:当时驻法美军要在一条小河上建一座拱坝, 形成水库供水。几个月后,当法国工程师完成了应力分析并绘成图纸来见主管的美国陆军工程兵团负责人商议建坝时,这位负责人二话没说,便带这位法国工程师到工地去。只见一座拱坝已经耸立在那里。原来美军为应急用、已凭经验将小拱坝建成了。他用这个事例强调实践的重要性。他自己对理论很重视,也很尊重流体力学家Rouse教授。但他强调学生不要成为书呆子工程师(Bookish engineer)。

Alin教授很关心中国的坝工建设,曾专门为中国学生讲了一堂适用于中国的坝型。除建议应重视土坝外,他还建议在岩基上建坝时要优先考虑石质连拱坝,避免使用当时中国缺乏的混凝土。这种坝可以建得相当高而且可以在较宽的河谷采用。1956年我回国后,发现在梅山和佛子岭都已建成了高八九十米的岩石连拱坝,也可说是“英雄所见略同”吧。

我选修了Alin教授的全部课程(两学期)。结业时他送我一册他的得意之作——泄槽溢洪道(Chute Spillway,也称岸边溢洪道)。还在扉页上题字说“To my friend and pupil Pin-nam Lin for knowledge and for finishing as number one in my class of 1948-49”(赠我的朋友和学生林秉南,奖励他的学问和在我教的1948-49班里名列第一)。

九十感怀

每个时代的人都有追求的目标。我父亲那个时代的人追求孙中山;到我那个时代,是“9.18”、“1.28”、“8.13”啊,日本侵略太厉害了,济南惨案把我们中国公使的眼睛都挖掉了。因此,在我那个时代来看,主要是抵御外敌侵略,抵抗日本。我们那个时候比较天真,不晓得怎么做法,没想到政治问题是主要的,就想学理工、搞工业建设,那时只想工业救国,所以选择了学工科。

我本来家里是搞文学的底子,我父亲是搞文学的,每天晚上吃过晚饭家里人聚在一起念唐诗宋词。我们下课从学校回来要在我母亲面前念首诗。受家庭环境影响,我本来是想学文学的。念初中以后,经历了“9.18”、“1.28”,我们中国被日本欺负得太厉害了。所以那个时候感觉要有力量才行,念文学没用,就不学文学了,改学数学。

以前数学是一点不行的,也不学英文。但是学理工,要看英文课本,所以不得不学英文。那个时候学数学、学英文是为了抗日战争来的,但是现在看来那个时候还是很天真的,光靠我们多几台军舰、多几台大炮就胜利了?政治实际还是厉害的,现在我们国家政治很强,所以别人不敢侵略。

我说这些就是说,每一个时代所追求的目标是不一样的,我那个时代追求抗日战争胜利,付出了勇气。当然我的想法不一定对,但形成了一种思想,到外国也是这样。在外国一呆呆了10年,1955年除夕回国,第二天就是1956年了,转眼之间回来已经54年了,当时我的小孩才6个月。时间过的飞快。小时读李白的诗“朝如青丝暮成雪”,还想哪有那么快,觉得太过火了,但现在这样的感觉确实有了。五十几年转眼就过去了,不知不觉头发都白了、没了,回国时才三十五六岁,正值壮年。

近些年,尤其改革开放以后,国家进步很明显。这回四川地震,过后才几个小时,温家宝总理就去了,我们国家有这样的领导是很幸运的。我们俩(林秉南和老伴)都非常高兴生活在这样的时代。我们当初回来时虽然知道我们的国家肯定要往好的方向去,但没想到会这么好。

那时我想,中国钢铁产量那么低,什么时候能超英赶美?但现在我们的钢材产量5亿吨,世界第一。1955年我从美国回来之前,在芝加哥看到郊外的房子多是别墅,每一家屋顶都有电视天线,像树林一样,心想什么时候我们国家也能像这样,现在我们已经是这样了;还有在芝加哥的过街桥上,看到下面的六车道,汽车来来往往,想哪一年我们国家会有这么多汽车,现在一看满大街都是汽车。我感觉到现在是生活在幸运的时代,真切地感受到时代给予我们的好处。

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