军人教授方振东首次揭示淡水长期贮存的水质变化规律

2014-04-20 18:12:33 admin 425
来源:《科技日报》记者 张强 李荣惠 / 时间:2011-9-13 12:43:13
  据搜狐资讯2011年9月12日讯 科学家、老师、副院长,集三种角色于一身的解放军后勤工程学院副院长方振东教授实在是太忙了,即便是在寒暑假里也不例外。作为我国最早研究军事环境安全的开拓者,他在给水排水、环境科学与工程学科以及作战环境学等领域进行了许多卓有成效的研究探索。
  其中,最让他在军内外声名鹊起的当属“珊瑚岛礁淡水资源的开发与应用”研究了。在他和同事们的不懈努力下,小小的岛礁也能打出取之不尽用之不竭的淡水。这项研究成果堪称水资源研究的皇冠,为我国驻守在珊瑚岛礁的军民提供了生命之源,也正是他的这项研究,使后勤工程学院2004年获得了首个国家科技进步一等奖!又一项零的突破。
  1988年,26岁的方振东以优异成绩考入清华大学,攻读环境科学与工程硕士学位。
  方振东有自己的一套理论,“随着改革开放的深入发展,国家的工业化进程越来越快,环境污染问题也越来越严重,我十分看好这个专业的应用前景,以及它以后在部队的发展。”
  事后证明,方振东走对了这一步。然而,从一名水暖通专业工程师转变为环境科学与工程专业的行家,这不是一件容易的事情。
  “我没有专业基础,还比同学大两三岁,知道学习的重要性,所以在学业上下了很多苦工夫。”方振东如同又回到本科时代,全身心投入到学习当中。在当上清华的研究生会学术部部长后,他经常组织与环保有关的各种学术和宣传活动。每年的“地球日”,他们都走街串巷地宣传环保。他的硕士论文是《造纸厂的废水污染治理》,为了这个研究课题,他跑去了黄河源头、长江两岸,目睹了内蒙、山东、河南、安徽、四川的大大小小十几个造纸厂。方振东心急如焚:当沙尘暴越来越频繁地光顾,当森林凋敝物种毁灭,当江河湖泊患上“白血病”,当未来的水将与血液等价时,人类如何生存和生活?我们现在必须立即行动起来,拯救沧桑的家园!
  由于成绩优异,1990年底,方振东被保送攻读清华博士研究生,成为著名环境工程学家王占生教授的学生。跟着王老师,他参加了很多“七五”“八五”攻关课题,锤炼了科研能力。几年后,他的博士论文又选择了水《关于微污染水源水的处理》。
  正是在水木清华的日日夜夜里,方振东开始对水科学与技术产生了浓厚的兴趣。
  为学习借鉴世界上先进的水资源利用技术,1997年底,方振东前往澳大利亚考察。他们认真考察了澳大利亚珊瑚礁的开发利用及供水情况,发现这些珊瑚礁上一般都不住人,少数开发旅游的岛礁都是从大陆供应淡水。
  “在悉尼市水务署,我‘天真地’询问水资源专家们:‘为什么不开发利用珊瑚礁里的淡水体呢?’话音刚落,哄堂大笑,专家们不无嘲讽地说:‘珊瑚礁都是珊瑚虫的骨骼堆积而成,既无泥土也无砂石,与海水连通,何来淡水?你们中国人的思维真像Great Wall(万里长城)一样,令人不可思议。’”方振东饶有兴味地回忆道。后来,他们又先后去美国、欧洲考察,得到的结论都差不多。
  “科研创新就是要敢为天下先,只有获得自主创新的知识产权,才能在水资源研究领域写下中国人的名字。”方振东对我们说。
  他举了一个例子:位于太平洋上的马尔代夫岛,人们也曾通过打井得到淡水,实际上就来自于淡水透镜体,但是这种淡水资源必须科学开采,否则会引起海水倒灌,破坏透镜体。马尔代夫岛部分地区出现荒漠化现象就因过渡取用淡水资源造成的。“因此,我们一定要揭示这个重要的自然现象,科学解释它是怎么形成的,它存在的机理是什么,它存在的模型是什么,它的储量条件是什么。”
  他们大胆地以珊瑚岛礁作为天然实验室,在岛上布置了很多探测头和仪器,观测海岛内部的水质、水位变化曲线,终于揭示了淡水透镜体的形成发育机理和存在条件,得出了凡直径大于270米的珊瑚岛礁均有可能形成淡水透镜体的结论。
  为了科学确定淡水透镜体开采工艺,制定可持续开发战略,方振东带领课题组与海军官兵一起在永兴岛上进行了长时间的抽水试验。他们在岛屿的不同部位开凿了30多个探测孔或水井,利用各种大小不同的潜水泵进行抽水试验,每隔20分钟测量一次水位降升、含盐量变化等参数,每次试验持续24小时不间断。这些试验,揭示了淡水透镜体的动力学过程,首次发现了“抽水倒锥”这一重要的自然现象,为制定淡水透镜体可持续开采的科学工艺提供了原始资料。
  为了创建珊瑚岛礁淡水透镜体的理论体系,必须建立透镜体的数学模型。“这是我们当时遇到的最大的理论难题。”方振东告诉我们,刚开始他们利用流体力学的有关理论创建数学模型,先后进行了上千次数学运算,但是都很不理想,理论计算值和现场实测值误差较大,难以准确描述透镜体的存在状态、容量和稳态条件。
  “珊瑚岛礁的边界条件太复杂了,潮汐、气象、地质等影响因素太多了,要建立一个精确的数学模型难度太大了。”1999年春天,他们运用渗流理论、质量守恒和达西定律反复运算,最终建立了一个全新的淡水透镜体数学模型,准确模拟了淡水透镜体的存在状态和空间分布,理论计算值和实测值吻合很好,误差在3~5%之内。
  3年多呕心沥血的计算和试验,他们终于完成了数学建模,摘取了淡水透镜体理论创新的皇冠,开辟了我国水资源研究的新领域。
  “我们能根据岛礁的大小计算出淡水储存量,而且能知道怎么取用才不会破坏它,这个意义特别重大。假如说我国的舰船,原来是从湛江补水,现在我们在岛礁发现有淡水了,就可以把补水基地外推,相当于我国的战略控制圈扩大了。此外,我们还能知道一个岛礁可以驻扎多少军民、驻扎多长时间而水源没有任何问题。”方振东说。
  课题研究中,有一个非常重要的技术难题就是淡水保鲜贮存问题。自1995年初开始,课题组分别在室内、室外、南方、北方贮存了20份不同性质的水质样本,进行水质保鲜贮存试验,每隔72小时检测一次水质参数,绘制水质变化曲线。实验持续了4年时间,他们终于首次揭示了淡水长期贮存的水质变化规律,创建了饮用水长期保鲜贮存的新理论,解决了西沙高温、高盐环境下雨水贮存6个月的饮用安全难题。除此之外,他们还研制成功了适合在岛礁上使用的、一体化的淡水净水设备,为这项技术的推广铺平了道路。
  10年磨一剑。方振东带领科研团队在这10年漫漫科研征途中,共开凿了120个探采结合孔,试验1000多次,取得各种数据25000组,经历了100多次失败,最终科学地揭示了一个自然现象,创建了两种新的理论体系,开发了两项创新工程,研制了4类新型军用装备,提出了6套工艺流程。2004年,这项世界首创的科研成果获得了国家科技进步一等奖。   膜分离设备
  ■方振东
  男,1962年4月出生,清华大学博士毕业,现为解放军后勤工程学院副院长、专业技术五级教授。获得国家科技进步一等奖1项,“十五”全军后勤重大成果奖1项,军队科技进步一等奖1项,军队科技进步二等奖3项;研制的便携式净水装置和海水淡化装置已定型列装,获国家实用新型专利6项,发明专利2项;入选国家百千万人才工程;享受国务院政府特殊津贴;荣获“军队杰出专业技术人才奖”、总后科技银星等荣誉称号,荣立二等功1次。
首页
电话