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林秉南
(1920一)
 

    林秉南,水力学与河流动力学专家,中国科学院院士。长期从事水利及河流动力学研究,为我国的水利科学的研究及其工程应用做出了重大贡献。早年留学美国时,提出了计算明渠不恒定流的指定时段构造特征线网法。回国后领导开发了收缩式新型消能工(宽尾墩、窄缝挑坎)高坝泄洪消能新技术多项成果;率先在国内开展溃坝波的实验和理论研究;首先应用二维特征理论和破开算子法,建立了符合实测资料的快速计算方法并用于大河口的潮流计算。自1985年起担任长江三峡工程泥沙论证专家组组长,协调三峡工程的泥沙研究。他治学严谨,广征博引,始终密切关注国内外水利工程中出现的新问题、新方法、新动向,站在水利科研工作的前沿。他具有广博的胸怀、良好的科研道德与修养,为人谦逊,善于与他人合作,在工作中培养了一批水利科学技术人才。在学术上对明渠不恒定流、高速水流以及泥沙运动的研究和应用做出了突出的贡献。


    林秉南,少年时名秉兰、字士光,祖籍福建省莆田县人。l920年4月21日出生于马来亚(今马来西亚)挂捞吡腊。其父林黄卷原系同盟会会员,早年因家贫南渡马来亚谋生,垦殖橡胶园,开采锡矿,并任华侨学校校长。l920年,参加了中华革命党,任孙中山讨袁时南洋筹饷会秘书。l921年,孙中山在广州成立了大元帅府后被调回国内。林秉南随父母回国定居于广州。他自幼受到父亲爱国主义的教育及家庭良好道德观的熏陶。在小学时期,喜爱诗文和书法,10岁已能作旧体诗,原想学文科,不重视数理化。1931年l1岁时,考入广州市立师范学校附中。当时日本侵略中国,发生九一八事变。林秉南和同学们一起上街,参加抗日宣传和抵制日货的活动。1934年,就读于广州第一中学,他看到国家受日本帝国主义铁蹄的蹂躏,深痛国家的积弱,认为救国要有实力,要富国强兵,因而立志走“实业救国”、“科学救国”的道路。原先由于鄙视买办,对英文不感兴趣,这时才开始重视数理化.因为当时好的数理化课本都是英文的,所以也狠下工夫学习英文。在高中时,利用暑期自学了数理化英美教科书。在6年的中学期间,林秉南受到了多方面的教育和训练,不但学习了扎实的基础知识,还从学校、社会和长辈那里受到了爱国思想的熏陶,为以后的求学做人打下了良好的基础。1939年春,经香港、越南进入贵州平越交通大学唐山工学院学习,当时的院长是茅以升先生。在平越山坳里,条件极其艰苦,但原唐山交大的教师几乎原班到平越任教,学校优良的教学传统依然如故。林秉南受到了严格的训练,刻苦努力,名列前茅,大学毕业时获学校斐陶斐励学会的金钥匙奖。1942年大学毕业后,留校任混凝土建筑设计助教。1943年在贵州水文资源委员会水文水电工程处任公务员。

    1945年林秉南在贵阳考取旧教育部的公费留美研究生和旧考试院高等文官考试土木工程科优等及格。1946年3月,乘船赴美进入艾奥瓦州立大学,该大学是一所很好的学校,特别是流体力学、水力学与水工的教师都是著名学者和经验丰富的工程师。1947年,林秉南师从明渠水力学权威普赛教授(C.J. Posey)攻读硕士。他带着在国内修文水电站工作中遇到的渠道波动问题,潜心研究,写出了只被导师只修改一个字的优秀论文。在普赛教授的指导下,提出了明渠不恒定流数值解法。1948年夏,参加密歇根大学主办、面对全美的流体力学讲习班,名师云集,收益良多。因结业成绩突出,回艾奥瓦后即被饶斯教授(H.Rouse)约为中级流体力学的助教,在教学中与饶斯教授接触较多,受到很多教益。艾奥瓦大学的水工结构教授阿林(A.L.Alin)是陆军工程兵团的退休工程师,土坝权威。林秉南从他那里学到很多水工建筑的知识。结业时,他将得意之作“Report on Chute Spillway”(岸边溢洪道报告)赠给林,在扉页上题写‘To my friend and pupil Lin,Pin-Nam  for knowledge and for finishing as no.1 of my class of 1948-1949 ’(赠给我的朋友和学生、1948-49班里第一的林秉南)。这本书凝聚了他多年的实践心得,对在高速水流作用下保持衬砌面板的稳定方法,有独到的见解。1948年,林秉南开始作博士论文。导师是麦科南教授(J. S. McNown)和饶斯教授(H. Rouse)。据我国河流多沙的特点,他的博士论文选择了泥沙研究课题。1951年,获博士学位。此前的1949年他参加了艾奥瓦水利研究所工作,因他已在课余参加了较多的试验工作,所以跳过了研究助理这一级,而直接升为副研究员。在该所他作了大量的试验并曾参加为委内瑞拉国家水利实验室进行的设计规划工作。1952~1955年,林秉南应邀去美国科罗拉多州立大学任教和从事研究工作,担任了研究生部的助理教授,讲授明渠水力学、进级流体力学和泥沙运动等课程,同时也进行了泥沙输移和水库水面蒸发的研究。中华人民共和国成立以后,林秉南看到祖国面貌日新月异,1956年初,经中国政府在日内瓦谈判,美国政府放行,同一批专家一起,即携全家回国,参加社会主义建设。

    林秉南回到祖国后,在中国科学院水工研究室任研究员和水力学组副组长。根据国家科学远景规划,结合中国高坝建设,参加了高速水流的研究。将在美国收集到的大量高速水流文献拿出来,和钱宁教授共同主持编译出版了约120万字的高速水流论文译丛,成为当时研究高速水流的主要参考资料。他又负责掺气活动陡槽的设计和试验仪器的研制及新试验室的规划设计。此后的半个世纪中,林秉南始终把国家的需要放在首位,以工程实践提出的问题作为自己的研究的对象,在水利科研广泛领域内始终如一地工作,解决了一个又一个难题,他的成就得到了国内外同行的一致赞誉。林秉南历任中国科学院水工研究室副组长、水利水电科学研究院水力学所高级工程师、副所长、所长、院长、咨询委员、名誉院长等职务,1980~1981年,曾赴美国科罗拉多州立大学担任客座教授。1984年以后兼任过国际泥沙与培训中心顾问委员会主席和联合国亚洲地区有11国参加的泥沙培训项目经理,还先后受聘为浙江河口海岸研究所顾问、清华大学教授、武汉水利电力学院名誉教授,1985年担任国家科委及水利电力部三峡工程泥沙论证专家组组长以及世界银行三峡工程可行性研究国际咨询组成员。1985年12月加入中国共产党。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。他还先后担任全国政治协商会议第5~第8届委员。他还历任中国水利学会副理事长、中国水力发电工程学会名誉理事、国际水利学研究协会亚太地区分会主席、《水利学报》编委、《海洋学报》副主编、水利电力出版社特约编委顾问和《国际泥沙研究(英文版)》总编,国际水利研究协会水力学研究学报编委等职务。2002年起草世界泥沙研究学会英文发起书,这是第一个总部设在中国的大型国际学术组织,得到各国学者的广泛响应,2004年世界泥沙研究学会在宜昌成立,。他任理事会成员。在荣誉方面,1978年当选为全国科学大会先进个人,水电部先进工作者。1985年集体获国家科技进步二等奖。1986年当选为美国艾奥瓦大学杰出校友,1993年当选为该校杰出校友工程院成员,1997年获国际水利研究协会荣誉会员称号(终身),1997年获美国土木工程学会干旱地区水利工程奖。

发展了明渠不恒定流的计算方法

    20世纪40年代中期,明渠不恒定流的研究在美国还处于初始阶段。1947年,林秉南在普赛教授指导下开始硕士论文研究,依据加拿大学者普曼(Putman)对比利时人马素(J. Massau)的特征理论介绍短文,提出了明渠不恒定流数值解法,寻得了解决修文电站引水渠波动的计算方法。该方法虽然可用,但普赛教授指出:计算点是特征线交点,位置不能控制指定,不便使用。1948年夏,林秉南提出了指定时段构造特征线网法,使计算点的位置可以随意选定,左右特征的时段可以相等或不等,节省试算工作,比较灵活,应用较为方便。该法曾在1950年洛杉矶美国水利学年会上提出并于l952年在美国《地球物理学报》正式发表。该两种指定时段法比英国Hartree教授早6~8年正式发表。这一算法被分别收入美国饶斯编《工程水力学》(1949年)、周文德编《明渠水力学》(1958年)、日本本间仁和安芸胶一编《物部水力学》(1962年)和魏思勒水力学手册四部名著中。20世纪70年代,林秉南在浙江河口海岸研究所合作研究时,在国内首先将二维特征理论与特征偏心差分格式相结合,取得了良好的计算精度和稳定性,对杭州湾进行了实例计算,取得与实测资料符合较好的结果,为杭州湾这样大面积河口海湾的整治规划提供有力的工具。80年代初期,他又引入算子分裂法的思路指导学生开发破开算子法计算程序,进一步缩短了计算机时,获得了具有工程上可接受的良好精度。

    林秉南1958年受命进行研究水库溃坝洪水演进的问题,他领导的研究小组在简陋的条件下研究长江三峡水库突然泄放对下游影响的试验研究。因水泥短缺,采用代用材料制摸,并首次引入插棒加糙法,保证大变态率模型的相似,还自创了纪录洪水过程线的土办法。本项工作开创了我国水体突然泄放实体模型试验的先河。基于对水流和地形的深刻认识而做出的判定,他大幅度缩小了坝下游必须模拟的范围,又决定库区只模拟库容分布和河道大致走向,无需模拟库区地形,因此使用一个较小的模型就可以预估整个中下游的灾情。在他的领导下,及时提出研究报告,这一成果在60年代曾是三峡防护研究中的重要依据。在溃坝波的理论研究方面,应用黎曼法对有限长度平底水库的溃坝洪水求得无旋流的理论解,用以计算坝址的流量和波高变化过程,将古典溃坝波德里特尔解法推进了一步。后来他又指导学生沿类似思路获得了斜底水库溃坝波过程线理论解法。80年代初,看到国内水利建设大规模开展的大好形势,他写出了“明渠不恒定流研究的现状和发展”,并主持翻译了《明渠不恒定流》一书,为当时明渠水流数值计算研究的开展提供了参考工具。

对高速水流研究的重大贡献

    1956年回国初期,林秉南根据国家《十二年全国科学技术远景规划》对水利水电科研工作的要求,参加了高速水流的研究,领导开展掺气水流研究工作,指导工程师规划设计了水利水电科学院高速水流试验室及有关试验设备。同时指导设计、施工、建成了中国第一座大型活动高速水流掺气陡槽。从总体布置到各主要环节,他亲自构思,其中供水管道的活动接头、导流片加速扩大段等关键部位,构思新颖、巧妙。陡槽的性能在我国水利界均为首例,在国际上也位于前列。他领导的研究小组提出了掺气水流浓度和速度的量测方法(取样器-毕托管联用和电阻式浓度仪-毕托管联用),利用陡槽进行了气泡悬移区、过渡区和水团跃移区的掺气水流流速和浓度的测试,并通过验证(包括高速摄影)完成了量测仪器的全面标定工作,为我国高速水流掺气的室内试验和原型观测提供了重要手段。他在高坝溢流边界层问题的研究中,首次认识了它的自模性质,应用紊流自模理论简化了计入水流加速、减速影响的掺气发生点计算,提出了等空穴数溢流坝面曲线。

    20世纪60年代初,他注意到我国许多水坝建筑在高山峡谷中,同时具有水头高和洪水泄量大的特点,消能问题特别突出,而开始研究新型消能方式。早在50年代他和掺气研究小组在陡槽挑流试验中注意到射流纵向扩散的减淤效果,提出研究纵向扩散消能。这一思维改变了常规的高坝泄洪设计中限制溢流挑坎前沿单宽流量来减轻下游冲刷的概念,而以水流在空中纵向扩散消能,大幅度减轻下游冲刷的办法来解决高水头、大泄量的消能难题。70年代初期,他注意到国外已取得重要进展,便率先引进国外纵向消能的窄缝式消能方式。

    1973年前后在安康电站工地泄洪消能试验中和龚振赢一起敏锐地注意到方墩尾的下游消力戽性能比尖墩尾更好,共同发明了宽尾墩消能工。这种新的效能形式,将闸墩尾部加宽,使墩后水流横向收缩,形成窄而高的水流沿溢流面泄下,与消力池或消力戽工联合消能,显著地提高了消能效果。后来经研究小组的深入工作使宽尾墩消能技术得到进一步发展,为保障大坝安全、减少两岸崩塌威胁和降低工程投资,寻找到一个有效方法。这一新技术已成功地应用于安康、潘家口、岩滩、东江、隔河岩、五强溪等水电站的泄洪建筑上,使中国在高坝泄洪消能方面走向了世界水平。随后经过全国水力学界许多同仁的不断努力,这一发明发展为收缩式联合消能工的系列成果,获1985年全国科技进步二等奖,被广泛应用在我国高坝建设中。

    林秉南还善于利用已有知识,绕过未知难题,解决实际工程问题。1958年初,辽宁清河水库计划加建一座岸边溢洪道来确保大坝的防洪安全。地质工程师担心在溢洪道高速水流冲刷下,岸边小山滑倒、堵塞山沟、将水流推向位于左方的大坝,危及不耐冲的主坝。最初的方案是将混凝土衬砌段延长2200 m,投资将大量增加。研究者都力图在模型上研究判断小山会不会被冲塌。但当时风化岩耐冲刷的模拟相似性尚不能解决,也就不能回答是否会危及主坝的问题。林秉南随水电总局工作队,一同去工地寻找解决问题的办法。林到现场后详细查看了已部分建成的岸边溢洪道及其下游的小山沟,并请地质人员估计小山可能滑下来的最远范围。林依据对水流运动的认识和判断,认为即使小山如地质人员估计那样大规模滑下,岸边溢洪道中的水流也不太可能冲及土坝。后来实验证明转折后的水流离主坝还有一段距离,不可能冲及土坝,因而可只衬砌400m 长,省却大量资金。

泥沙研究的杰出成就

    我国的河流一般多泥沙。林秉南在国外求学时就开始研究有关泥沙方面的问题,1949年他的博士论文选定为“泥沙群体沉降速度的研究”。采用水分法制作泥沙颗粒小于0.1mm的均匀样本,研究泥沙浓度对泥沙沉速的影响,证实了浓度效应的存在。他认识到泥沙颗粒雷诺数是研究浓度效应的另一重要参数,以奥辛方程为基础扩展了原来的近似分析,这些成果已被收入国内外一些权威性的泥沙著作中。他还进行了大量的水槽输沙试验,积累的一些数据、资料曾广泛为人引用。近年来,他又指导研究生试验在流动中悬挂几万个小球,用天平测定球串阻力变化,拓宽了以往的研究范围,得出在相同的固体浓度下雷诺数增大将使浓度效应大幅度减少的重要结论,证实了在浓度效应计算中必须计入雷诺数的影响。70年代,林秉南和浙江河口海岸研究所合作,对大面积河口二维潮流中小浓度悬移质输沙的问题作了数值模拟计算。以后他又和沈学汶合作,应用特征理论分析了二维挟沙水流求解的适定条件。目前我国对长江、黄河作了多个动床变态模型试验,林秉南提出了悬移质变态动床模型试验中掺混相似条件的剖析。说明了在泥沙变态模型方面只有一个相似准则是成立的,从而澄清了多年来存在着两个不相容的相似准则问题。

    1984~2000年,林秉南被任命为国际泥沙研究与培训中心顾问委员会主席,该委员会负责为中心业务活动提出咨询和指导意见以及筹集活动经费。自1985年起,他担任了长江三峡工程泥沙与航运论证泥沙专家组组长。泥沙冲淤问题是三峡工程可行性论证中14个问题之一,直接关系到三峡工程的水库寿命、航道港口与河床演变、枢纽运行以及对下游生态环境的影响,是工程建设和运行中的关键技术问题。他协调由20多位泥沙专家组成的专家组,在各有关单位共同努力,得出了‘三峡工程泥沙问题是可以解决’的结论,为工程的可行性论证与初步设计提供了依据。工程开工以后,1993~2002年任长江三峡工程泥沙课题专家组组长(4~8位成员都是国内泥沙学界高级专家),协调有关三峡工程的整个泥沙科研工作。作为专家组组长,不但需协调当前泥沙问题的研究工作,还要从宏观和长远的角度提出有预见性的认识和建议,包括水库优化调度方式、原型观测资料验证、库区航运方式、河型可能转化的研究等等。他和合作者提出了双汛限和多汛限调度交替使用方式使三峡水库大幅度减淤增容的调度方法。他为三峡工程泥沙问题的论证与解决做出了重要贡献。

    近年来,林秉南也注意到黄河的治理问题,认为天气无常,目前黄河断流并不意味着黄河从此不再出现大洪水。鉴于黄河下游河床仍在抬升,应警惕黄河下游发生大改道的危险。为了遏止河床抬升,他与合作者共同提出引海水冲刷河口段的治理设想。一方面海水冲刷可以冲深河口段,并在口外形成咸水异重流,将泥沙带去远方,借以遏制河口外延,从而遏制河床抬升。同时还可引发海水注入点以上的溯源冲刷,来刷深注入点以上的河槽。溯源冲刷距离随海水注入点的冲深而定。多引海水或将注入点移向上游都可以延长溯源冲刷的距离。海水对堤外地区的影响,可用截水沟和排水渠克服。这项成果获世界泥沙学会优秀论文奖。

重视对年轻人的培养和国际交流

    几十年来,林秉南为我国的水利科学研究事业兢兢业业,奋斗不止。直到今天,85岁高龄的老先生仍然每天早7点半上班,工作半天,节假日中还经常在书房工作。他为人谦虚谨慎,提倡搞科学实事求是,不掺半点虚假。在研究上崇尚实际,勇于创新,广征博引,而又不失独到的见解。林秉南善于与他人合作,尊重事实,尊重他人。他一贯重视对年轻人的培养,言传身教,培养他们良好的科研道德和实事求是的作风。回国前他就开始带研究生,回国后根据领导的安排有目标地培养一些年轻学者,改革开放以来,他介绍一批年轻学者到国外先进的水利科研单位和学校进修学习。从1963年起至1988年他先后指导了16位(硕士、博士)研究生,从选题、研究方法、论文撰写总是亲自指导,连文字表达和书写都严格要求(甚至送字帖给写字较差的学生练字)。对工作中合作的年轻人都悉心指导,对他们的要求想方设法给与多方面的指导与帮助。半个世纪以来,林秉南培养了一代又一代优秀水利科研人才,为我国水利学科的建设和水利事业的发展做出了重大贡献,得到了海内外同行学者的尊敬。他那追求科学真理、无私奉献的精神,老而益彰,是我国水利科学技术工作者的典范和楷模。

    他常说:“科学是为人类服务的,有了成果应及时交流,以利于推广和抛砖引玉”。他也重视同国际同行的学术交流,邀请知名学者来华讲学,不断将自己和国内同事的水利学术研究成果撰文介绍给国外同行。多次担任在中国召开的国际学术会议学术委员会主任,多次被邀请作大会主旨报告。在国际交往中,常以渊博的学识、良好的精神风貌、友好热情的态度、熟练的语言表达及对国外习俗的了解和尊重,赢得国外学者的友谊和信任。

    (王连祥供稿,2005年4月)


    简 历

1920年4月21日  生于马来亚挂捞吡腊(祖籍福建省莆田县)。
1931—1934年  广州市立师范学校附中,
1934—1937年  广州市立第一中学。
1939—1942年  交通大学唐山工学院土木系(贵州平越)学习。
1942—1943年  任交通大学土木系助教。
1943—1945年  任贵州修文资源委员会修文水电工程处工务员。
1945—1946年  任重庆及南京交通部路政司技士。
1946—1951年  在美国艾奥瓦州立大学学习,获硕士和博士学位。
1949—1952年  任美国艾奥瓦州立大学水利研究所副研究员。
1952—1955年  任美国科罗拉多州立大学研究生部助理教授。
1956—1958年  任中国科学院水工研究室研究员、水力学组副组长。
1958—1980年  任水利水电科学研究院水工所副筹建人、副所长、所长。
1978年  兼任清华大学水利系教授。
1980—1981年  任美国科罗拉多州立大学客座教授。
1982—1984年  任水利水电科学研究院院长。
1984—2004年  兼任国际泥沙研究与培训中心顾问委员会主席、名誉主席。
1985—1993年  任水利电力部长江三峡工程泥沙与航运专题论证泥沙专家组组长。
1993—2004年  历任水利部三峡坝区试验专家组,三峡工程开发总公司泥沙专家组,国务院三峡建设委员会办公室三峡工程泥沙课题专家组组长。
2004—现在   任国务院三峡建设委员会办公室三峡工程泥沙课题专家组顾问。
1985—现在   任中国水利水电科学研究院咨询委员、名誉院长。

林秉南主要学术论著

林秉南,《工程泥沙》,水利电力出版社,1992年。
林秉南,《林秉南论文选》,中国水利水电出版社,2000年。

参考文献

何少苓,“林秉南”,《中国现代科学家传记》第四集,科学出版社,1993年。
李桂芬,“林秉南”,《中国科学技术专家传略》,1996年。
林秉南,《林秉南论文选》,中国水利水电出版社,2000年。
三峡工程泥沙专家组,《长江三峡工程泥沙问题研究》第八卷,知识产权出版社,2002年



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