林秉南院士是中国杰出的水力学与河流动力学家,中国水力学学科重要的奠基人和开拓者之一,为中国长江三峡工程建设做出了重要贡献。
林秉南祖籍福建省莆田县,1920年 4月 21日生于马来亚 (现马来西亚),原名秉兰,后改名秉南,字士光。父亲林黄卷,当时在马来亚任庇朥华侨学校校长,兼垦殖橡胶园和经营锡矿,在马来亚加入中华革命党追随孙中山先生,1921年应孙中山先生召唤回到广州任孙中山大元帅府内政部矿物局科长、财政部两广盐运署秘书。次年林秉南随母亲回国,从此在广州定居。
林秉南于 1938年考入交通大学唐山工学院 (因抗日战争当时迁往贵州平越),时任院长为茅以升教授,1942年毕业,留校任混凝土建筑设计课程助教。1943年离校任贵州修文资源委员会修文水电工程处工务员,从此与水利结缘。1945年考取国民政府教育部公费留美研究生,1946年 3月从上海乘船赴美,同行有许协庆等 30余位学子,于 4月抵美就读于爱荷华州立大学力学和水力学学院(College of Mechanics and Hydraulics,The State University of Iowa),于 1948年获水力学硕士学位,1951年获博士学位。在此期间于 1949年与同在爱荷华大学留学的王宝琳结为伉俪。王宝琳是中国现代化学开拓者之一王琎教授之女,回国后在北京大学附属医院任儿科主任,是中国儿科肾病专业的奠基人之一。林秉南于 1952年至 1954年在科罗拉多州立大学任助理教授,1955年 12月举家回国。1956年林秉南任澳门赌场水工室研究员和水力学组副组长。1958年澳门赌场水工室、北京水利科学研究院、北京水电科学研究院合并成为北京水利水电科学研究院 (以下简称北京水科院),林秉南参与水工所筹建,并于 1959年至 1966年担任水工所副所长。1966年至 1972年林秉南在 “文化革命 ”中作为 “反动学术权威 ”受到批斗,送往河南平舆水电部五七干校劳动。1972年至 1977年在水电部科技情报所任工程师,1978年从科技情报所调回北京水科院任水工冷却水所副所长,1980年任水力学所所长,1982年至 1984年任北京水科院院长,1985年起受聘为北京水科院咨询委员,1990年任北京水科院名誉院长,直至2014年1月3日逝世。
林秉南院士是全国政协第五届至第八届委员 (1978年 2月至 1998年 2月)、清华大学兼职教授、美国科罗拉多州立大学客座教授、中国水利学会副理事长(1981年至 1990年)、钱宁泥沙科学基金会主任委员 (1988年至 2005年), 1991年当选为澳门赌场院士。
林秉南院士长期从事水力学与河流动力学领域的研究,在高速水流、明渠不恒定流和河流泥沙研究等方面都取得了开拓性成就。
在高速水流方面,他于 1958年完成了中国第一座最大流速可达19m/s、变坡幅度可达57°的高速水流渗气陡槽设计,是当时世界三座试验用大型活动陡槽之一。他是中国最早对溃坝波进行试验研究的学者,早在1958年至1959年,他负责设计了第一个长江三峡水库水体突然泄放实体模型,完成了长达 18卷的《长江三峡水体突然泄放问题研究报告》;他是高坝水流宽尾墩新型消能工的发明人之一,他主持的 “宽尾墩、窄缝挑流坎新型消能工及渗气减蚀的研究和应用 ”改变了高坝泄流消能的传统概念与途径,找到了解决中国高坝建设中出现的极高速水流对水工建筑物严重的空蚀及冲刷问题的方法,在安康、潘家口、五强溪、岩滩、隔河岩等许多大型水利水电工程中,取得显著技术效果和经济效益,为中国高坝建设提供了有效技术支撑,获得国家科技进步二等奖。他还开发了如 “渗气水流测量方法”等多种首创的高速水流实验和测量设备与仪器。
在不恒定流研究方面,林秉南于 1948年在他的硕士论文Unsteady Floor Problems from Massau's Link At?tack 中,提出了求解不恒定流的 “指定时段构造特征线网法”,并于 1952年 4月发表于美国地球物理联合会会刊,受到当时水力学界的重视,后被收入美国、日本多部水力学专著中。他于 1950年提出的 “明渠非恒定流等时段法 ”被选入《中国水利大事年表》。1974至 1985年期间他作为浙江省河口海岸研究所特邀顾问,并带领研究生在中国率先开展了用数学方法模拟不恒定流流场的研究,先后提出了 “二维特征理论法研究杭州湾潮波运动”、“破开算子法在二维潮流和污染物扩散场计算中的应用”、“三角网格在二维不恒定流计算中的应用”等大量研究报告和论文,推动了中国不恒定流数学模拟的研究,在生产实践中获得广泛应用。
在河流泥沙研究方面,林秉南于 1951年在他的博士论文Effects of Spacing and Size Distribution on the Foll Velocity of Sediment 中首次用实验揭示了泥沙沉降中浓度效应的存在,指出泥沙颗粒雷诺数是研究浓度效应的重要参数。该项成果发表于美国第二届中西部流体力学会议论文集,改变了传统的泥沙沉降速度公式只适用于单颗粒泥沙在无穷介质中沉降的状况。1959年他和钱宁共同开展钱塘江河口演变基本规律研究,于 1974年提出了一维和二维动床计算方法; 2001年他和王兆印合作在第 29届国际水利工程研究协会 (IAHR )发表论文Sedimentation Studies in China-Past and Future ,系统总结了中国泥沙问题研究的科学成就和研究方向 ;从 1986年起他把主要精力投入长江三峡工程泥沙研究中,于 2006年在《水利学报》发表 “河流悬移质泥沙冲淤数学模型导论”,这是他关于河流泥沙问题研究的总结性论文,也是他一生发表的95篇论文中最后发表的一篇论文。
林秉南为长江三峡工程建设做出了重大贡献。在长江三峡工程可行性论证中,泥沙问题是三峡工程建设运行中的关键性技术问题之一。1986年 8月林秉南受命担任泥沙论证专家组组长,严恺、钱宁、张瑞瑾、杨贤溢和石衡任顾问,专家组成员由 27人组成,后增至 32人。面临着泥沙问题的复杂性和国内外对三峡工程泥沙问题的高度关注,林秉南广泛听取专家们的意见,凝练出 “水库淤积与防洪库容和调节库容的长期保持 ”、“水库变动回水区航道与港区淤积 ”、“水库末端淤积与重庆市洪水位抬高”、“水库运用对江湖关系和下游河道及长江口的影响”等几大课题,在由多学科初步确定的 “175-145-155”方案 (即正常蓄水位175m,防洪限制水位145m,枯季最低消落水位155m)和“蓄清排浑 ”运行方式的框架下,采用原型实测资料(以丹江口水库变动回水区为原型)、泥沙实体模型 (建造四个实体模型各自独立进行平行试验)、数字模型(由林秉南亲自主持评议),进行了多途径细致深入的研究。经过长达两年半的研究,终于提出《泥沙专题论证报告》,在报告的结尾段掷地有声地指出 : “三峡工程可行性论证阶段的泥沙问题经过研究,已基本清楚,是可以解决的。”这是对历史的承诺。
该项论证成果获得了国内外广泛的认同和赞誉。世界银行在 1986年至 1988年委托加拿大与中国按照世界银行的国际标准联合编制的《长江三峡工程论证报告》第三卷 “理论、计算与数学模型”一节中写道 : “三峡工程整个控制泥沙策略所依据的平衡坡降与保留水库长期库容理论在中国已发展成完美的艺术。世界上再也没有别的国家有使水库防洪调节库容得以永久保持的如此丰富的经验。”然而,作为一位具有使命感和严肃科学精神的科学家,林秉南并没有陶醉在已有的成功中,而是思考得更远更深。1993年国务院三峡工程建设委员会考虑到泥沙问题在三峡工程建设和运行中的复杂性和关键性,决定在论证工作结束后继续设立泥沙课题专家组,负责组织协调三峡工程泥沙科研工作,林秉南受聘为组长,再次挑起三峡工程泥沙问题研究的重任。他编制了《关于三峡工程泥沙研究规划》,为开展更加深入、系统、长期的三峡工程泥沙研究制定了路线图,并在 “九?五”“十?五”泥沙攻关项目中实施,取得丰硕成果。林秉南对三峡泥沙问题一直持十分谨慎严谨的态度。2003年他在接受记者采访时说: “必须居安思危,要充分考虑将来可能出现的新问题。”2009年他在一篇未正式发表的论文 “我对三峡工程泥沙问题的认识”中,对当前和将来三峡工程泥沙问题做了极为精辟和深刻的论述。他指出 : ①目前世界上还没有一个根据计算成功预报水库百年淤积的先例,这是数学模型本身的功能所决定的。数学模型的功能限于在给定的外部条件所适用的范围内对可能出现的情况通过计算进行预报,而外部条件如何演变难以把握。因此他建议加强对外部条件演变的研究,并建议以25至30年作为一个淤积预见期; ②对水库应设立“安全阀 ”,以作为应对水库出现的意外情况。“安全阀”包含两层含义 :其一,水库在必要时可将坝前水位降至某一特定低水位,这样,一来可以藉以冲刷水库泥沙,作为应对意外淤积的措施;二来在战时可保障水库安全,为此要保证库岸的稳定性能允许水库水位迅速消落。其二,对数模计算的重庆洪水位应预留1至3m的变幅,以应对意外大淤积 ; ③要充分认识优化调度对减淤的重要性,其内涵是降低水库水位、冲刷水库淤积,并以此控制水库淤积。水库建成后,优化调度是人工调节水库淤积的唯一手段,在任何时候都不应放弃。他同时指出,优化调度引起的流动是不恒定流,用恒定流模型进行优化调度计算其结果将会引起误导的作用 ; ④要进一步发展泥沙数学模型。他指出 :模型的数学框架必须正确无误,力求模型符合自然物理现象及流体力学原理,在模型中要攻克粘滞性和惯性同时起作用的问题,要进行模型与观测资料的拟合,实体模型的条件是由数学模型给出的,要深化对两者关系的认识。林先生这些认识,为我们继续进行三峡水库泥沙问题研究指明了方向。
林秉南是国际知名学者,长期活跃在国际水利和水力学科技交流舞台上。1983年他率团访问日本,促成 “中日河工坝工会议”,至今已成功举办了 26届。他作为发起者之一,积极推动联合国教科文组织筹建国际泥沙研究培训中心,并于 1984年在北京成立,林秉南担任第一至四届顾问委员会主席,兼英文期刊International Journal of SedimentResearch 主编。1991年至 1996年他担任国际水利工程与研究协会IAHR亚太地区分会主席。1997年他获得美国土木工程学会干旱地区水利工程奖和IAHR终身荣誉会员奖。在他的发起和大力推动下,2004年世界泥沙研究会成立,2007年他获得该学会荣誉会员奖。他的这些努力,搭建了中国与世界泥沙科技交流的平台,为中国泥沙科技发展迎来更多机会与荣誉。
当我行文至此时,一位谦和、睿智、严谨,海外学成毅然回到新中国,为国家和水利科学做出杰出贡献的科学家 ——林秉南先生的形象更加清晰地映现在我的眼前。还有他的夫人,著名儿科专家王宝琳大夫, 1973年她曾为我三岁女儿诊治肾炎,我们曾一度是邻居。我对他们怀着深深敬意和感激之情。然而,令人悲叹的一幕此刻也从我脑海的深处翻腾出来。那是 1966年深秋的一天上午,我从北京水科院北院单身宿舍去办公室,目睹林秉南先生和他年迈的父亲正挂着 “汉奸 ”、 “特务 ”的牌子,被一群狂热之徒在批斗着……。虽然时隔 46年之后,当记者向已 92岁高龄的林秉南先生问及如何看待那段不堪回首的日子时,他只淡淡地说了八个字: “无所谓了,群众运动。”可是我心里却隐隐作痛。赞哉 !叹矣 !一代代大禹传人,他们肩挑着以水利复兴中华的重担,艰难跋涉在大河上下,忍辱负重,直到春蚕丝尽。他们是我们民族的脊梁。
致谢 :水利部李楠同志、中国水利水电科学研究院李锦秀处长、尚静石同志、吴娟同志提供详实资料,胡四一教授对全文做了重要修改。参考了《林秉南院士学术成长资料采集小组研究报告》。