定义水文生态学
李佩成,陕西省乾县人,因家乡缺水对“干旱”之于农业和生活的影响刻骨铭心,于是,以治理干旱为志向。西北农学院水利系毕业后留校任教,之后曾留学苏联莫斯科地质勘探学院,拓展了国际视野,提升了专业素养。最终,重返西北农业大学,在农业水土工程、国土整治、科研与工程实践以及水资源与环境等领域的教学过程中,为祖国的水利建设贡献了巨大力量。尤其是在学科发展上,他提出并定义了“水文生态学”,为水文建设和环保事业提供了科学依据。
他所定义的水文生态系统,主要包括水文系统和生态系统两部分,是一个复合概念,是集水文循环与生态进化及其共同的自然环境、人工环境于一体的复杂巨系统,具有耗散结构和远离平衡态、开放、动态、非线性等特性。水文生态系统具有空间性和层次性,有大有小,大到整个地球,小到全国各地的小江小河,均可以看作一个相应的水文生态系统。
水文生态系统研究的重要性和必要性表现在哪些方面?李院士表示,由于水文与生态密切相关,如果无法提前预防水利建设可能引发的严重生态问题,势必危害到人类自己,甚至付出无法挽回的代价,干旱半干旱地区就是典型例证。由此,他认为,当自然和人类认识以及生产实践发展到一定阶段时,必然会将水文系统和生态系统作为一个整体——水文生态系统进行研究,因为这不仅仅是理论上的重大突破,在国家的实际建设中也发挥着巨大作用。
目前,虽然李院士关于水文生态系统的研究仍处于初步阶段,但并没有影响他对水文生态理论核心的归纳和总结。他认为,任何水文系统必然产生或影响着相应的生态系统,相应的,任何生态系统必然包含着或受制于一定的水文系统,从而以其作为支撑。这深刻地启示我们:无论是在研究过程中,还是在解决生态问题的过程中,都需要考虑相应的水文问题。当然,在改变或扰动水文因子或系统的过程中,也必须考虑可能由此会引起哪些生态系统的变化。
李院士水文生态学理论的创新点还在于,开展水利工程建设以及其他工程建设的环境评价,首先要进行水文生态学的理论指导,进而对可能引起的流域范围内的水文变化进行全面的研究和评价。简言之,评价水文生态变化,应避免仅评价工程本身及其附近地域的情况,从而避免工程建设之后出现的环境与人文影响。
总体而言,李院士关于水文生态理论的提出和学科建立,学术价值和指导实践意义都非常巨大,对生态学、水文学、水文地质学、农田水利学等学科发展都具有推动作用,并且能够相互融合,共同推进水利建设和生态建设的新发展。
一生奉献水文事业
水文生态学的定义,是李院士和水一生交集的成果。因为自幼生活在世代缺水黄土高原干旱半干旱地带,他深知水资源的宝贵。大学毕业后,他便开启了“要为水奋斗终身”的历程。
在那个百废待兴的时代,他将对祖国的所有热爱化作动力,取得了一系列优秀的科研成果。20世纪60年代初,他首次研究了潜水井群非稳定渗流计算的“割离井法”理论及相应公式,并逐渐发展成为能满足不同水文地质条件和水井不同运行方式的13种求解模型,对解决灌排井群工程设计中的重大难题具有重要意义。
针对家乡的黄土水文地质和工程地质条件,李院士通过潜心研究,开发了“黄土辐射井”。这是他利用黄土的渗透特性和工程特性,改造的一种新型辐射井,能有效地从黄土含水层中取水,且出水量比其他井型多10倍以上,打破了“黄土层不能形成有效含水层”的说法。1978年,这项成果荣获全国科学大会奖,目前已经推广到国内十多个省区。
“七五”期间,李院士主持了“黄土高原综合治理定位试验——枣子沟试区建设”项目。期间,他提出了“治理与开发相结合,以开发促治理,以治理保开发”的处理开发资源与保护环境的辩证方略。该科研成果符合国家的相关环保政策,荣获国家科技进步一等奖。另外,他在20世纪80年代主持的轻型井研究也得到国家认可,荣获国家发明四等奖。
20世纪70年代,李院士创造性地提出地面水、地下水、天上水“三水统观统管”的治水思想,用于灌排事业,使灌区得到发展;用于防治水荒,使西安水荒得到缓解,他也因此被评为西安市劳动模范。“三水统观统管”理论已得到普遍认可。
从1999年开始,李院士主持了国家重大项目《中国西北地区山川秀美科技行动计划》,三年时间里,课题组取得35项创新性技术成果,项目推广和辐射面积达到78990平方公里,经济效益高达8亿余元。项目专家组认定:项目实施成效显著,为再造山川秀美提供了技术储备。该项目还产生了丰富的理论成果:“所谓再造山川秀美就是依据生态学原理、可持续发展原理、社会主义经济学原理,以文明美好、富裕康乐为理念,采用先进生产力的手段,对第一自然和第二自然因地制宜地进行保护修复和改造,最终形成万物蓬勃、相伴相生、生境处于良性循环的国土社会环境——秀美山川。实现‘天蓝、地绿、山青、水秀、人富’的美好愿望。”
基于此,6项与之相关的项目在李院士的主持下先后完成。时至今日,他依然奔忙于续研项目《中国西北不同生态地域山川秀美试验示范区建设与重大科技难题研究》,积极投身国家“‘111’引智计划项目——干旱半干旱地区水文生态与水安全学科创新引智基地”建设,为秀美西北的建设竭尽全力。
捍卫国家尊严
在多年研究农田水利、水资源与环境问题的过程中,李院士持续将自己的治水思想升华到哲学高度。他认为,水的同一性和循环转化规律是治水应当遵循的基本规律、开源节流是辨证的统一,要做到节水与养水结合等。而这一个个深入的思考与总结,是他对人与自然和谐相处的期盼,正是他对祖国尊严的一种捍卫。
其实,早在20世纪90年代初期,他就做出过捍卫国家尊严的惊人之举。当时,美国战略研究所所长莱斯特·R·布朗先生连篇累牍发表《谁来养活中国》《中国对美国和地球的挑战》《中国的水资源短缺将动摇世界的粮食安全》等文章,对中国的国际形象造成严重的负面影响。面对这一严峻形势,李院士提笔撰写了《中国能够解决自己的水资源和粮食问题——与莱斯特·R·布朗先生商榷》一文,加以驳斥。该论文证据充分,论述有理,廓清谣言,也向世界证明了中国力量。
如今,李佩成院士已经走遍中国“万里水路”,他的黑发也已被白霜浸染,但他没有退居二线,而是坚持在科研工作第一线,继续指导博士、硕士研究生生。与年轻人在一起,他始终保持着活跃的思维,不断与时俱进,希望能为中国水利事业的发展发挥余热,培养更多有用人才,共同实现美丽中国梦。