王国安:站在世界PMP前沿的黄河人
(2008-04-21)

    如果不了解,你很难想像他已是78岁的老人:走起路来脚底生风,浓重的四川口音语调高亢、语速很快,以至于你稍不留神,就会跟不上他的思绪。如今,他因被联合国世界气象组织邀请主持修订了《PMP估算手册》,从而成为站在世界PMP前沿的黄河人。

    他就是黄河勘测规划设计有限公司(原黄委设计院)教授级高工王国安。

    什么是PMP?PMP研究的意义何在?

    PMP是可能最大降水的英文简称。在江河规划和水利水电工程设计中,合理确定设计洪水是首要任务。通俗地说,水库的大坝到底应该建多高,应按什么样的洪水标准设防?标准定高了,会造成经济上的浪费;低了,又会危及人民生命财产的安全。因此,这个问题历来受到世界各国的重视。PMP和PMF(可能最大洪水的英文简称)即是为解决这一问题而提出的一种科学计算方法。

    20世纪30年代以来,世界上计算设计洪水的途径有两种:一是水文气象法,即把暴雨/洪水看作必然事件,运用水文气象学的原理与方法,来推求近似于物理上限的暴雨/洪水,即可能最大降水(暴雨)/可能最大洪水。最早研究水文气象法的是美国的气象学家。二是频率分析法,即把暴雨/洪水看作随机事件,运用数理统计学的原理和方法,来推求指定频率的设计洪水。该方法一直为前苏联所使用。

    两教授四壁书给他的影响

    王国安小时候的愿望是当一名乡村小学教员,过上衣食无忧的生活。但新中国的成立让他获得了读大学的机会。1954年他从四川大学水利系毕业后到黄委做北金堤滞洪区规划研究和洪水调查工作,翌年10月,被保送到华东水利学院(今河海大学)水文系研究生班学习。

    在这里,王国安首次听苏联专家系统讲解如何用频率分析法计算设计洪水。1956年,国家号召“向科学进军”,人们的学习热情空前高涨,学校经常请老教授给青年教师做报告。其中,张书农教授的报告让王国安至今记忆犹新:向科学进军不是一句空话,要耐得住寂寞,扎扎实实搞研究,随时关注国内外最新学术动态,不断积累知识,善于学习交流,才会有新的发现、新的创造。课余,王国安经常登门求教知名教授。当他来到学富五车、有着留学欧美背景的刘光文教授家时,客厅里直达房顶的四壁图书让他顿生敬畏。这件事几乎影响了王国安的一生,此后,无论岁月多么艰难,他总是自费订阅报刊杂志,每到一地,他最热衷于逛书店,今天,即使在自己家中,他也可以坐拥书城了。

    王国安曾在课堂上听刘教授讲过这样一段话:“有些自然规律当你没认识它时,觉得很玄妙;一旦认识了它,却简单得出奇。你看天体多么广阔,而分子又何等的微小,然而无一例外,它们的运动规律都可以用牛顿三大定律来表述”。正是两位教授的教导,让青年王国安坚定了投身水文科研的信心。

    搞中国特色的PMP

    1969年至1973年,王国安负责黄河流域的工程水文技术工作。当时黄河设计洪水的计算方法,一直沿用前苏联的频率分析法,而科技发达的美国从三十年代就开始采用的水文气象法,在黄河上还没有使用过。王国安想,中国和美国都是以暴雨洪水为主的国家,洪水变幅大,而苏联的洪水主要是冰雪融化形成的,年与年的变化主要随气候的变化而变化,洪水变幅小,所以,苏联的频率分析法不一定完全适合中国。如果黄河将来在防洪上出了问题,设计洪水计算不当就有可能会成为重要原因,专业技术人员恐怕难辞其咎。于是,他萌发了要在黄河上开展引用可能最大暴雨和可能最大洪水计算方法的念头。

    1972年初,王国安将上述想法向当时的黄委领导反映后,很快得到大力支持。当年10月,黄委从华东水利学院邀请了5位老师前来讲授美国的PMP/PMF计算方法,并抽调一批技术骨干,结合黄河三花间(三门峡至花园口区间)暴雨洪水实际,进行学习研究。

    那时,大家对PMP/PMF概念都比较模糊,对着那些原理和公式,没有参考资料,觉得一切都支离破碎、高深莫测。王国安白天听老师讲课,晚上除了政治学习,就是苦思冥想,反复钻研,两三个月过去了,对PMP/PMF,脑子里还是一盆浆糊,但他并不灰心。一天夜里醒来,他忽然想到频率分析法推求设计洪水的基本框架是:典型洪水→放大(洪峰、洪量)→设计洪水,而水文气象法推求PMP的基本框架是:暴雨模式→极大化(水汽、动力因子)→PMP,一下子感到豁然开朗,原来两种方法竟有异曲同工之处。于是,他把二者融会贯通,创造性地提出了一套独具中国特色的PMP分析计算方法。其特点是:用中国水文工作者的思路、观点和语言来理解、看待和描述PMP,并把中国水文分析计算的工作经验融入其中,从而使得推求PMP方法的思路清晰、理论系统、层次分明,重点突出、通俗易懂,便于推广应用。

    1973年底,全国设计洪水经验交流会在兰州召开。王国安在会上介绍了黄河三花间的PMP研究成果,得到与会专家的高度评价,会议确定把PMP/PMF纳入《水利水电工程设计洪水计算规范》,责成黄委和华东水利学院负责新增内容的编写,在该《规范》附录四“用水文气象法计算可能最大暴雨”中,详细阐述了PMP的计算方法。1978年,黄河三花间PMP研究成果获河南省科学大会奖。

    质疑“万年一遇洪水标准”

    1975年8月,淮河发生特大暴雨洪水,导致包括板桥和石漫滩两座大型水库在内的58座水库垮坝,损失极为惨重。

    同年11月,在郑州召开的全国防汛和水库安全工作会议上,与会专家认为垮坝的主要原因是水库(防洪)安全标准偏低,在设计洪水计算上,单纯采用频率分析法往往不能完全反映实际,反而给人以虚假的安全感。会议要求引入水文气象法,

    以PMP/PMF作为保坝标准,对全国的大、中型水库和重要的小型水库进行校核,并制定了《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》和《水利水电工程设计洪水计算规范》。1975~1980年,按照上述规范对全国已建的8.64多万座水库进行安全复核,结果约80%都成了病险库,若使之达到规定标准,所需投资远远超出当时国家的承担能力。

    这一结果让人们对PMP/PMF产生了很大误解。王国安忧心忡忡,他决心找出问题的症结。通过深入研究他发现:按现行频率计算方法求得的所谓万年一遇洪水一般偏大;制定规范时的指导思想“PMF要大于万年一遇洪水”有片面性;PMP/PMF的使用范围过广。而产生以上问题的主要原因是:学习苏联经验,没结合中国国情,在中国这样一个以暴雨洪水为主的国家,洪水变差系数比以融雪洪水为主的苏联大得多;学习美国经验,没有按人家的精神办事,美国运用PMP/PMF时,并不要求PMF必须大于万年一遇洪水。他先后三次上书水电部领导,撰写、发表文章14篇,反复论证修订规范的必要性。最终,1994年颁布的国家《防洪标准》采纳了他的建议,取消了PMF与万年一遇洪水关系的不当规定,缩小了PMP/PMF的使用范围。

    “75·8”淮河洪水给王国安的另一启示是:运用水文气象法中的暴雨移置理论,类似1963年8月和1975年8月分别发生在海河流域和淮河流域的特大暴雨洪水,完全有可能在黄河三门峡以下地区发生。这一结论成了小浪底水利枢纽工程必要性的有力支撑。

    27年与一本书

    1991年,王国安从黄委设计院退休,在含饴弄孙的年龄开始攀登他学术生涯的高峰。此后的9年间,他每天4点起床,一干就是十几个小时。1999年,当92.4万字的PMP/PMF研究专著《可能最大暴雨和洪水计算原理与方法》由中国水利水电出版社和黄河水利出版社联合出版时,王国安已是69岁的老人了。

    确切地说,为了编写这本专著,他前后花费了27年时间。在王国安的书房,我们看到厚厚一摞发黄的手稿,写于1973~1976年间,约30万字。这些手稿正是《可能最大暴雨和洪水计算原理与方法》一书的雏形,是他利用业余时间、一天仅睡5个小时换来的劳动成果。那时,爱人下放洛阳,他忙完白天的工作,夜晚安顿好孩子,伏案一坐,常常忘了时间,夜巡的值班保卫反复提醒他:“该睡觉了”。他只想把手稿编撰成书尽快出版,让更多的人了解PMP/PMF。但由于种种原因,这一愿望一再搁浅,书虽晚出了20多年,但工作的磨砺和研究的深入,使他有了更深厚的知识积淀,也赋予了中国特色的PMP/PMF理论更丰富的内容。

    2000年6月,在这本专著的鉴定会上,专家认为成果总体上达到国际先进水平,部分内容达到国际领先水平。参加鉴定的中国工程院院士徐乾清说:“这样好的研究成果,应该在国际上好好宣传一下。”

    他站在了世界PMP前沿

    王国安的专著是在2000年7月19日分别寄给联合国世界气象组织(WMO)和联合国教科文组织(UNESCO)的。8月4日,他就收到了WMO水文水资源司司长A.J.Askew博士的传真,传真中说:“您这本书所汇集的技术方法和资料都是十分宝贵的。毫无疑问,世界上从事PMP/PMF研究的广大机构,都将从您的著作中受益”。A.J.Askew还建议他修订WMO编制的《PMP估算手册》。

    2000年11月,王国安随中国代表团远赴尼日利亚,参加WMO水文学委员会第十一届会议。会议历时11天,有50个国家的代表参加。会上,王国安被选为WMO水文学委员会的PMP/PMF专家,受邀修订《PMP估算手册》,该手册前两版都由美国专家编修,王国安成为首位修订该手册的中国人。大会期间,UNESCO官员L.Mandalia告诉他:“您的书非常好,UNESCO拟把它译成英文出版。”

    随后的3年里,王国安几乎把全部时间和精力用在了手册修订上。从广泛搜集资料、南来北往反复征求国内有关专家意见、拟定编写大纲到译成英文交付,他处处用心、尽心,因为他的成果不仅代表他个人,更代表中国的PMP/PMF研究水平。

    2004年10月上旬,WMO在加拿大召开会议,对王国安提交的《PMP估算手册》修订稿进行审查,与会专家对修订内容一致认可。会议主席P.Pilon说:“修订稿新增内容新颖,希望它出版后能够在世界上使用20~30年,再行修订。”

    2004年10月下旬,WMO水文委员会第十二届大会在日内瓦召开,王国安应邀做了《PMP:途径和方法》的学术报告,会上,《PMP估算手册》修订稿顺利获得通过。委员会赞赏中国政府在推动王国安工作方面所提供的支持。

    令人欣慰的是,这本最初由美国科学家编写并使用多年的手册,经过王国安的修订,由于增加了很多新的内容,适用面广,概念更加清楚,首先得到了美国同行的高度认同。美国天气局水文气象设计研究中心主任G.M.Bonnin说:“现在中国人负责修订了《PMP估算手册》,今后美国搞PMP,还要向中国寻求帮助。”

    梅花香自苦寒来。王国安的老伴说,王国安不抽烟,不喝酒,几十年没睡过一个懒觉,也从没休过节假日,所有的时间都用在了工作和研究上。

    看着这位神采奕奕的老人,我们明白了,对未知领域的探索、对事业的无比热爱和不懈努力即是人类生命的引擎,王国安就是这样的前卫人物,是一位站在世界PMP前沿的黄河人。

        

作 者:记者 胡述范 王静琳 -- 责编:游黎 来 源:黄河报•黄河网
 

 

 
 
 
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