水的文摘”,第21卷,第5期,2017年03月05日

 

编辑组:http://jsstam.org.cn/iwater/bwh.html 

江苏省南京市西康路1号河海大学工程力学系(邮编:210098)

投稿信箱:iwater@hhu.edu.cn

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编者按:“水的文摘”邮件列表目前依托于水文水资源与水利工程科学国家重点实验室中国力学学会环境力学专业委员会江苏省力学学会

                 每月10日和25日发送,免费订阅、自由退订。欢迎发布信息、交流体会、共享经验

                


本期目录:

     新闻报道

黄河进入开河关键期
“潜龙二号”在大洋43航次第二航段作业成功
水利建设势头强劲
国家水利定点扶贫帮扶重庆4区县破解“水瓶颈”
农业用水需大幅降低 节水灌溉有模式才能盈利

    学术会议
2017年第三届水土保持与生态修复国际研讨会
第二届水污染及其治理国际会议(ICWPT 2017)

   
招生招聘

河海大学2017诚聘海内外优秀人才
清华大学水利系HydroSky团队龙笛研究员诚聘博士后
   
学术期刊

Applied Ocean Research, Volume 63
    部分期刊最新目录

 
    ◆ 网络精华

水文地质学家要做思想解放的“井底之蛙”
水为什么有这样大的神通
结岁月之香,净人生之业

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 新闻报道
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黄河进入开河关键期

(中国水利部)

 

立春以来,受气温回升影响,2017年2月13日,黄河宁蒙交叉河段开始融冰解冻,2月15日,该河段平稳开通。截至2月27日,黄河开河至内蒙古三盛公水利枢纽闸下5公里处,累计开河165公里,剩余封河总长565公里,其中,上游内蒙古河段封河555公里,中游龙口库区封河10公里。目前凌情平稳,黄河已进入开河关键期。
  国家防总密切关注天气及凌情发展动态,并派出检查组赴宁夏、内蒙古检查督导黄河开河期防凌工作。黄河防总强化刘家峡、海勃湾、万家寨等骨干水库调度,精准控制开河流量,为槽蓄水增量均匀释放创造有利条件。沿河各地党委、政府高度重视防凌工作,全面部署各项防凌工作。各级防指正密切关注凌情水情,加强应急值守,落实抢险队伍和物资。内蒙古自治区防凌前线指挥部工作人员已于2月21日进驻包头一线,全力做好各项防凌工作,确保安度凌汛。

 

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“潜龙二号”在大洋43航次第二航段作业成功

(中国海洋报)

  

        由我国自主研发的深海资源自主勘查系统“潜龙二号”在大洋43航次第二航段作业成功,全面完成航次设计任务工作量。
 通过不懈努力与顽强拼搏,“潜龙二号”共完成8次下潜工作,水下作业时间累计达到170小时,总航程456公里,最大下潜深度3320米;获得了合同区近底精细地形地貌三维图,充分证实了“潜龙二号”在洋中脊复杂地形环境下工作的稳定性和可靠性。同时在现场培养锻炼了一支训练有素、操作熟练的年轻应用队伍,为“潜龙二号”业务化、常态化应用打下坚实基础。
    此次海上作业取得成功,标志着以“蛟龙”、“潜龙”、“海龙”为代表的“三龙”技术装备全面进入业务化应用阶段,极大地提振了我国自主研发重大深海装备的信心和决心。“三龙”系统的应用与发展,对于助力我国深海科学研究走向国际前沿,不断提高我国在国际海域的话语权,维护国家海洋权益,实现国家海洋强国战略目标,必将发挥重要作用。
 

 

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水利建设势头强劲

(经济日报)

       

       “十三五”开局之年,我国重大水利工程建设势头强劲。2016年11月24日,青海引大济湟西干渠灌区工程开工建设,标志着2016年《政府工作报告》提出的“再开工20项重大水利工程”目标任务,提前一个月完成。
  2016年,新开工引江济淮、云南柴石滩水库灌区、福建平潭及闽江口水资源配置等21项重大水利工程。至此,172项节水供水重大水利工程已开工106项,在建工程投资规模超过8000亿元。同时,在建工程建设进度加快推进,江西浯溪口水利枢纽、青海湟水北干渠扶贫灌溉等14项工程主体工程基本完工并发挥效益。重大水利工程投资巨大,去年的投资计划执行全面提速,年度中央投资计划完成率达到95.5%,其中重大水利工程中央投资计划完成率96.4%,为经济持续平稳增长作出了积极贡献。
  据水利部规划计划司司长汪安南介绍,重大水利工程建设坚持“确有需要、生态安全、可以持续”原则,深化前期论证,严格履行程序,从建设条件、技术经济指标、社会和生态环境影响等方面进行综合比选,合理确定工程建设的目标任务、规模和标准。对于资金保障问题,采取多渠道筹集建设资金的方式,在积极争取各级财政加大投入的同时,积极创新水利投融资机制,用好金融支持水利的政策,扩大水利利用信贷的资金规模,采取投资补助、财政补贴、价格机制等政策措施,调动社会资本参与水利工程建设的积极性。
  重大水利工程在保障国家水安全中具有不可替代的基础性作用,对民生的改善也有显而易见的成效。汪安南介绍,172项节水供水重大水利工程中的一些江河治理骨干工程建设,为经济社会发展和百姓安居乐业提供了更加安全可靠的防洪保障;一批水资源配置工程的建设,优化了国家水资源的配置格局;重大农业节水工程的实施,围绕着农业供给侧结构性改革的目标,推进灌区的节水改造,提高水资源利用效率和效益,改善农业发展条件,为农民增收创造了条件。
  随着172项节水供水重大水利工程的如期建成,我国将形成布局合理、生态良好,引排得当、循环通畅,蓄泄兼筹、丰枯调剂,多源互补、调控自如的江河湖库水系连通网络,为国家防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全提供强有力的支撑和保障
 

 

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国家水利定点扶贫帮扶重庆4区县破解“水瓶颈”

(新华社)


        水利部突出帮扶倾斜,实施农村饮水安全、小型水库建设等民生水利工程,重点帮助重庆4个贫困区县解决“水瓶颈”难题。
  记者从此间召开的水利部定点扶贫工作座谈会上获悉,根据国家扶贫工作总体部署,从2016年起,水利部定点帮扶地处大巴山、武陵山国家连片特困地区的重庆城口、巫溪、武隆、丰都4个贫困区县。水利部在这4个帮扶区县实施了农村饮水安全巩固提升、千塘万亩特色产业发展、小型水库水源保障、贫困户产业帮扶、贫困户转移就业技能培训、贫困学生勤工俭学帮扶、水利建设技术帮扶、专业技术人才培训等“八大工程”。
  丰都县栗子乡南江村盛产优质大米,亩产千斤,产值三四千元。但农户种稻,常为缺水犯难。以前缺乏水利设施,一到夏季伏旱,缺水灌溉,轻则减产,重则绝收。依托千塘万亩特色产业支撑工程,水利部门帮助南江村改造了山坪塘,整修疏通了深入田间地头的农渠。有了水利设施,丰水期能蓄水,枯水期能开闸放水。
  2016年4个区县纳入千塘万亩特色产业支撑工程的山坪塘,已完成改造798个,新增、恢复农业灌溉面积3.2万亩,受益农民4000多户。
  除了突出到户、到村帮扶,水利定点扶贫还打破了“就水利说水利”的传统思路,将水利项目安排与贫困区县发展能力建设相结合,重点解决困扰区域经济社会发展的水利短板。
  地处武陵山特困地区的武隆区,旅游资源丰富,但其核心景区仙女山长期水源短缺、发展受限。按照“以水定产、以水定城”原则,依托水利定点扶贫,区里投资2亿元多元兴建了一座骨干水库,缓解用水难题,激活了仙女山旅游活力。
  在夏季避暑高峰期,仙女山旅游日均接待量超过10万人,“一座水库释放了一座金山”,效益显著。目前武隆区还在同步推进3座水库建设,继续为仙女山旅游业发展进行配套,以满足日益增长的用水需求。
  在国家水利定点扶贫帮扶下,重庆4个贫困区县已全面完成年度脱贫目标任务,共脱贫3.2万户11.4万人,丰都、武隆达到贫困区县退出标准。

 

 

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农业用水需大幅降低 节水灌溉有模式才能盈利

(前瞻网)

 

   近日,农业部、财政部、水利部等多部门联合发布了《“十三五”期间新增1亿亩高效节水灌溉面积实施方案》,这对于我国节水灌溉行业的发展来说,是最直接的利好消息。
文件明确指出:“十三五”期间全国范围内要新增高效节水灌溉面积1亿亩!这其中就包括喷灌面积2074万亩、微灌面积3911万亩,管道输水灌溉面积4015万亩。预计到2020年,全国范围内高效节水灌溉的覆盖面积要达到3.6亿亩左右。
        这对于节水灌溉行业来说,这是极为重要的机会,在政策的引导下,节水灌溉市场规模不断扩大。而对于产业投资者而言,从水利设施建设以及喷灌、滴灌设施生产销售,节水灌溉解决方案供应等各个角度来切入,无疑是较好的选择。
        而且,投资者也需要有确定的盈利前景,因此也需要各个地方推进水价改革,设定合理的投资回报机制,并统筹推进建管模式、管护机制,才能确保水利项目的后期收益。
另外,单从技术上来说,目前较为成熟的节水灌溉技术主要包括低压管灌、喷微灌、渠道防渗等。不过目前我国节水灌溉面积大多仍旧是渠道防渗,这一技术的节水率达20%,而微灌、喷灌、管灌等技术的节水率有望达到40%、50%、80%,具有明显的节水效果。因此,目前我国要扩大节水灌溉面积,推广各类灌溉技术是重要方法。
        而地方政府由于缺乏主导部门,因此各地在发展高效灌溉技术上并不能统筹协作,因此节水灌溉技术的推广效率极为低下。另外,由于目前我国实力设施建设主体依旧是政府,建设后交给农民运营,然而农民在水利设施运营维护过程中又存在专业性短板,导致设施被破坏的现象极为严重。
        显然:运营维护主体的缺失成为限制节水灌溉行业发展的重要约束。而未来想要解决这一问题,势必要将农村地区水利设施建设推向市场化,交由企业来建设、企业来运营,只有这样,才能保障水利设施发挥最大的价值,运行更长的年限。而节水灌溉产业投资者也需要与这些水利设施建设企业对接,双方合作,向农民提供节水灌溉解决方案,通过搭建基础设施、开发新型灌溉技术,向农户提供灌溉服务并收取一定费用,将会比单纯销售节水灌溉设施、建立水利设施能够有更大的收益。
        据报告分析指出,按照相关政策,我国农业用水需求要在2020年降低到3720亿立方米,比现有的3869亿立方米下降149亿立方米。这一体量,需要节水灌溉行业参与者的努力。

 

 

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 学术会议

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2017年第三届水土保持与生态修复国际研讨会

(2017 年6月 16-18日 杭州)

 

★★2017年第三届水土保持与生态修复国际研讨会(CSWCER 2017)★★
★时间:2017年6月16-18日 ★地点: 中国-杭州
★★征稿:
大会主要征稿范围- 具体信息,请见:
恢复生态学
林业与草地生态
流域生态与管理
土壤与水资源质量
土壤退化/土壤侵蚀与沉积
水土保持
保护性农业/免耕农业
规划问题
景观格局与设计
综合生态系统管理
原住民土地管理
杂草和野生动物控制
濒危物种
遗传问题
土壤,空气和水生态修复
生态走廊设计
城市生态恢复
气候变化和生态修复
社会经济问题和解决方案
生态恢复技术和方法学
教育与宣传
生态伦理学与生态哲学
政策与法规
其他相关话题
★★参会注册及全文/摘要投稿链接:
http://www.engii.org/RegistrationSubmission/default.aspx?ConferenceID=907&utm_source=P2P&utm_campaign=papersubmission&utm_medium=PR
邮箱投稿:pr_engii@163.com
★★出版:
所有被会议录用的英文稿件将会发表在科研出版社的开源期刊 "Journal of Geoscience and Environment Protection" (ISSN: 2327-4336), 详情请点击: http://www.scirp.org/journal/gep/.
所有被会议录用的中文稿件将会发表在汉斯出版社的期刊 "环境保护前沿" (ISSN: 2164-5485). 详情请点击: http://www.hanspub.org/journal/AEP.html.
You’re welcome to submit abstracts for presentation. The abstracts are only used for an oral presentation and will be released in the conference program guide.
★★重要日期:
投稿截止日期:2017.05.18
注册截止日期:2017.06.15
会议日期:2017.06.16-18


More information is available on: http://www.engii.org/conference/CSWCER/
 

 

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第二届水污染及其治理国际会议(ICWPT 2017)

(2017年7月18日-20日 意大利罗马)

 

第二届水污染及其治理国际会议(ICWPT 2017)

(ICWPT 2017)第二届水污染及其治理国际会议将于2017年7月18-20日在意大利罗马的罗马大学隆重召开。
会议网址:http://www.icwpt.net/
会议亮点:
择优发表的文章能被Ulrich's Periodicals Directory, Google Scholar, Engineering & Technology Digital Library, Crossref以及其它数据库检索。
两位顶级教授受邀参加会议并将为会议呈现学术前沿的大会报告和研究成果。他们分别是来自意大利罗马的教授Marco Casini,和美国弗罗里达的教授Jim P. Zheng。
2017年7月20日在罗马大学将进行为期一日的学术考察和观光。
该会议于2016年在马来西亚吉隆坡成功举行并进行了为期一日的旅游观光。
会议文章出版:
ICWPT 2017录用的文章能发表在会议论文集IPCBEE并被Ulrich's Periodicals Directory, Google Scholar, Engineering & Technology Digital Library, Crossref等数据库检索。
会议地址:意大利罗马大学
会议大学网址:http://en.uniroma1.it/structures/faculties-0/architecture
投稿和联系方式:
投稿方式:http://www.easychair.org/conferences/?conf=icwpt2017
会议邮箱:icwpt@cbees.net
联系电话:+852-3500-0137 (香港)/+1-206-456-6022 (美国)/+86-28-86528465 (中国)
会议专员:杜女士

More information is available on:
http://www.icwpt.net/

 


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招生招聘

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河海大学2017诚聘海内外优秀人才

 


河海大学(始于1915年河海工程专门学校)是一所拥有百年办学历史,以水利为特色、工科为主、多学科协调发展的教育部直属全国重点大学,是国家首批授权授予学士、硕士和博士学位,实施国家“211工程”重点建设、国家优势学科创新平台建设以及设立研究生院的高校,是教育部与水利部、国家海洋局、江苏省合作共建的首批高校之一。 
 
河海大学校本部位于南京市鼓楼区,在常州市新北区、南京市江宁区设有校区,总占地面积2400余亩。河海大学拥有水文水资源与水利工程科学国家重点实验室和水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,是中国建立最早、全球规模最大的从事水利及相关学科领域科研与教学工作的大学。河海大学水利工程学科享有国际声誉,在中国教育部学位中心学科排名中位居全国第一;土木工程、环境科学与工程、力学、海洋科学、工商管理学等学科综合实力处于全国前列。 
河海大学其他具有较强实力的相关支撑学科主要有:地质资源与地质工程、测绘科学与技术、电气工程、软件工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、动力工程及工程热物理、控制科学与工程、交通运输工程、农业工程、机械工程、管理科学与工程、新能源、新材料、数学、统计学、社会学、马克思主义理论、公共管理、应用经济学、法学、教育学等。 
 
一、“千人计划”、“长江学者奖励计划”特聘教授
(一)“千人计划” 
       1、创新人才长期项目(含人文社科项目) 
       2、创新人才短期项目 
       3、“青年千人计划”项目 
(二)“长江学者奖励计划”特聘教授 
       1、申报当年1月1日,自然科学、工程技术类人选年龄不超过45周岁,人文社会科学类人选年龄不超过55周岁。 
       2、一般具有博士学位,在教学科研一线工作;海外应聘者一般应担任高水平大学副教授及以上职位或其他相应职位,国内应聘者应担任教授或其他相应职位。 
       3、胜任核心课程讲授任务;学术造诣高深,在科学研究方面取得国内外同行公认的重要成就;具有创新性、战略性思维,具有带领本学科赶超或保持国际先进水平的能力;具有较强的领导和协调能力,能带领学术团队协同攻关。 
       4、恪守高等学校教师职业道德规范,具有拼搏奉献精神。 
       5、聘期内全职在我校工作。 
(三)相关待遇与联系方式 
       对成功受聘千人计划、长江学者的高层次人才,学校为其提供工作经费、科研启动及平台建设经费,配备工作助手,提供科研工作所需的实验、办公场地等,并为受聘人员提供公寓住房或住房货币化补贴,协助解决配偶工作和子女入学等事宜。特别优秀者,其个人待遇可一人一议。 
二、河海大学“青年教授”
三、教师岗位(讲师、副教授、教授)


参考网址:http://talent.sciencenet.cn/index.php?s=Info/index/id/15729



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清华大学水利系HydroSky团队龙笛研究员诚聘博士后

 

一、招聘背景 


 因研究和科研项目需要,清华大学水利系HydroSky团队龙笛研究员现招聘博士后/助理研究员若干名,具体要求如下: 
 
二、招聘对象及条件 
 
招聘对象:博士后/助理研究员; 
 
招聘条件:博士毕业(水文、遥感、地理信息系统、生态学方向) 
 
应聘者在本专业领域取得一定研究成果,并具有严谨勤奋的科研作风、追求卓越的品格、良好的团队协作精神和沟通交往能力。 
 
三、应聘材料及应聘方式 
 
    有意者请提供详实的电子版申请材料,并请在来信主题中注明应聘岗位。申请材料应具体包括: 
 
    1、个人详细简历、科研兴趣、未来工作规划及其他相关材料(中英文皆可); 
 
    2、申请材料请发送至dilongthu@163.com;邮件标题为“博士后应聘-姓名”; 
 
    3、此招聘长期有效,招满为止。 
 
四、待遇 
 
获聘者将享受清华大学教职工待遇、以及课题组津贴,保险按清华大学“五险一金”标准规定统一办理。 同时,课题组为获聘者提供国内外会议及交流访问机会,积极支持个人职业发展,创造良好的科研条件和环境。 
 
五、联系方式 
 
清华大学土木水利学院/水利水电工程系/水文水资源研究所 
 
联系地址:北京市海淀区清华大学新水利馆224B办公室,100084 
 
联系电话:+86-18516963665 
 
电子邮箱:dilongthu@163.com 
 
龙笛简介:入选2014年中组部“青年千人计划”,清华大学水利水电工程系博导、特聘研究员、Water Resources Research和Journal of Hydrology副编辑。研究方向为遥感水文,具体从事重力场遥感、热红外遥感、冰冻圈/流域水文模拟等。龙笛于2011年获得美国德克萨斯农业和工程大学(Texas A&M University)遥感水文博士学位,师从水文水资源国际知名学者Vijay P. Singh教授。2011年-2014年在德克萨斯大学奥斯汀分校(The University of Texas at Austin),与水文和重力卫星研发国际知名专家,美国工程院院士Bridget R. Scanlon教授合作从事博士后研究。已在遥感、水文、地学领域的高水平国际期刊发表论文40余篇,目前主持和参加基金委等项目多项(团队网页:http://hydrosky.org/Article/index/id/576/aid/544444516)。  
 
参考网址:http://talent.sciencenet.cn/index.php?s=Info/index/id/15854
 

 

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学术期刊

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Applied Ocean Research, Volume 63
 

Experimental and numerical investigations on hydrodynamic and aerodynamic characteristics of the tunnel of planing trimaran

Lateral cyclic interaction between catenary riser and soft seabed

Stochastic inversion for the roll gyradius second moment mass property in ships at full-scale and model-scale

Numerical investigation of tsunami-like wave hydrodynamic characteristics and its comparison with solitary wave

Numerical investigation of oscillations induced by submerged sliding masses within a harbor of constant slope

Numerical study on mode curvature for damage detection of a drilling riser using transfer matrix technique

Numerical investigation on the hydrodynamic performance of fast SWATHs with optimum canted struts arrangements

Numerical modelling of a point-absorbing wave energy converter in irregular and extreme waves

Prediction of scour depth at breakwaters due to non-breaking waves using machine learning approaches

Neumann-Michell theory-based multi-objective optimization of hull form for a naval surface combatant


 
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部分期刊最新目录

Advances in Water Resources: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03091708
Applied Ocean Research:http://www.sciencedirect.com/science/journal/01411187
Hydrology and Earth System Sciences: http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/recent_papers.html
Journal of Sea Research: http://www.sciencedirect.com/science/journal/13851101
Journal of Shipping and Ocean Engineering: http://www.cqvip.com/qk/71223X/
Marine Environmental Research: http://www.sciencedirect.com/science/journal/01411136
Ocean Engineering: http://www.sciencedirect.com/science/journal/00298018
Water, Air, & Soil Pollution: http://www.springerlink.com/content/0049-6979/
Water Research:http://www.sciencedirect.com/science/journal/00431354
Water Science and Engineering: http://www.waterjournal.cn:8080/water/EN/volumn/home.shtml

 

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网络精华
 

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水文地质学家要做思想解放的“井底之蛙”


(摘自:
http://blog.sciencenet.cn/blog-3008081-1034834.html

 

   作为对Frank W. Schwartz 称德国水文地质学家为“井底之蛙”的回应,新年之际, K. Udo Weyer也在德国地下水期刊《Grundwasser》上发表了一篇评论。与Schwartz 建议大家转行的观点不同,Weyer愿意继续在水文地质领域耕耘,但不是做故步自封的“井底之蛙”,而是要做思想解放的“井底之蛙”,勇于在地下水科学领域做更加深入的基础研究,哪怕是坐“冷板凳”。现将此文翻译出来供大家参阅思考。
“井底之蛙”或水文地质学范式的转变?
        韩鹏飞 译,王旭升 校
中国地质大学(北京)水资源与环境学院
Translated from: K. Udo Weyer.‘Frog in a well’ or a pending paradigm shift in hydrogeology.Grundwasser–Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie, 2017, online 25 Jouuary.DOI 10.1007/s00767-016-0350-z. (in English)
Translated by Han Pengfei and Wang Xu-Sheng (China University ofGeosciences, Beijing)
        参加完在蒙彼利埃举行的IAH大会后,我正乘坐TGV列车从蒙彼利埃前往巴黎的主要机场CDG。无意间,我拿起了德语期刊Grundwasser(译者注:德国《地下水》期刊)2015年12月这期,里面有Frank Schwarz的一篇英文社论,标题令人困惑,为:“井底之蛙”。正如人们对Frank的期许,这篇社论写的很好。
        我和Frank已经相识了几十年,赞赏他的科学研究及作为NGWA协会期刊“Groundwater”(译者注:美国《地下水》期刊)主编所做的工作。不错,我同意他的观点,德国的水文地质学已经显著脱离了其他国家地下水领域所遇见的巨大问题和挑战。正是这种孤立的(在某种程度上是不感兴趣的)学科环境,导致我在波恩大学完成关于裂隙岩体中地下水的博士学位研究后,就离开了德国。我的博士后时光是在瑞士、加拿大和法国度过的,部分得到了DFG资助,之后与Franz Goerlich的交谈坚定了我不回德国的决心。
        为回馈那些对我疑惑的人,我通过汇编一份1996年德语版的研究报告表达了对DFG资助的感谢,其中详细介绍了应用于垃圾填埋场污染物迁移的地下水渗流物理学。这个工作部分由柏林联邦环保局资助(编号UFOPLAN 10202632),其他的费用由我在加拿大创办的WDA 咨询公司支付。这份报告一直饱受怀疑,似乎意味着要被尘土掩埋了。我猜它不适合当时德国孤立的水文地质学科情景。一个出版商试图将其出版成书的计划也遭到了挫败。从当代德国科学的角度看,这个主题在政治上似乎是不正确的。
        我之所以提到自己在德国的科研经历,是因为在我看来这正好属于Frank所类比的井底之蛙的表现。很明显,真正的青蛙会寻找地表水坑并搬到那里去。我自己希望能够从“井底之蛙”变成一个勇敢、好奇而思想解放的水文地质学家。
        这样的水文地质学家当然也会看到地表的水坑,但只是认为它有趣而已,不会作为逃生之处。他(或她)也会离开那口井,即离开这个只关注供水问题的旧时代水文地质领域。他将在供水问题以外的所有方向上探索,例如水文地质图、污染物水文地质学、水化学和同位素水文地质学。他不会相信Craig Simmons(IAH协会期刊Hydrogeology Journal 的编委之一)最近在蒙彼利埃IAH大会特邀报告所述的观点——水文地质学中所有决定性和根本性的工作都已经完成了,以及被称为地下水流系统理论创始人József Tóth所表达的类似观点。
        不同的是,他考虑把物理学的经验推广到地下水动力学中。物理学如今已成为仅由严谨的数学基础和少量“严谨”的物理定律主导的科学。他期望地下水学科经历一个范式转变,在解决实际问题和进行数值模拟方面产生根本性的变化。
        他记得,在20世纪初,物理学家也普遍认为物理学中决定性和根本性的问题都已经被解决,直到爱因斯坦用相对论摇撼了物理世界。在我看来,如果把完备的物理学用到地下水动力学,也应该会推进地下水动力学的颠覆式发展。
        这位开明的水文地质学家终将看到两种地下水动力学之间的分异,一种仅具有速度势的严格数学基础,另一种则具有力势空间的严格数学基础和完备的物理学。
        他将懂得如何看待两种动力学:速度势反映的是单位体积的能量和能量梯度(驱动力),其数学基础严格但很复杂;力势反映的是单位质量的能量和能量梯度,不仅具备严格的数学基础和完备的物理学,而且简单明了。他会抛弃“水是不可压缩的”这种速度势的数学理论所包含的固有假设。他最终明白,对变密度流而言,所谓周围淡水的水头,这个基于速度势理论体系的概念,在物理上是一个谬误,因为这些概念并不代表实际的能量及其梯度状态。他应该理解静水力学(仅在垂直方向上通过浮力作用发生形变)和动水力学(空间所有方向上的浮力驱动形变)条件之间的差异。他应该意识到当前变密度流模拟程序中对浮力的处理(静水力学)是失败的,它导致了对流单元和海水入侵的错误预测结果。
        他应当还能看到,地下空间的竞争性大规模利用,诸如供水、废弃物和二氧化碳处置、地热开发,以及地下水排泄区的生态危机,这些全世界所面临的巨大问题需要一个最接近完备物理学的地下水动力学,应该比现有地下水动力学和其他方面所依赖的数值模拟工具更加完备。
        总之,作为水文地质学家,没有必要只是为了找到用武之地和发展机遇而逃离到给地表水研究打下手的工作中去。水文地质学还有大量与物理基础有关的问题尚未解决。新的方法论等待开明和勇敢的水文地质学家去发展。我祝他们一切顺利,虽然我深知这很难,因为可能会遇到来自“专家”、审稿人、编辑和资助机构的巨大阻力。不过,这将成为收获巨大、鼓舞人心的工作,对于从深层次上为水危机找到最终解决方案也是必要的。无论如何,这些思想解放的水文地质学家应该牢记Max Plank在1947年科学自传中所说的话:
        “科学真理的胜利,不是说服反对者让其看到光明,乃是反对者逐渐消亡而熟悉真理的新一代成长起来。”


 

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水为什么有这样大的神通


(摘自:
http://blog.sciencenet.cn/blog-612874-1034148.html)

 

                                                                                                                                  
水分子大量的存在于自然界的各个地方,同时动植物的体内也有大量水分子的存在。水分子是由一个氧原子,两个氢原子组成的,是一种极性很大的分子。如果水分子是非极性的,他们的性质将与现在有很大的差别,那么它液态可以存在的温度范围就会很小(20摄氏度)。现在真实的水的熔点和沸点差别是100摄氏度,水可以在很大的温度范围内保持液态。如果是非极性,那在液态存在的温度差只有20摄氏度的情况下,地球上恐怕难以孕育出任何类型的生命体。水分子的三个原子的结构是氧原子在中间,两个氢原子在两边,但不在一直线上,成了一个“人”字形,氢氧氢之间的夹角(我们叫键角)约104.5°,两个氢原子和氧原子之间的距离(我们称键长)各约0.098纳米。在这样的形状时,分子的能量是最低的,体系能量最低才稳定。水分子之间有很多的氢键,正是有许许多多的氢键,使得水分子之间的相互作用变得很强,也正是分子间有这样强的相互作用,使得水有这样高的熔点和沸点,使得水能够在这样大的温度范围内保持液态。也即是,水分子的微观结构决定了它的性质。

——老温与老华的闲聊天
老华: 嗨!老温!

老温: 老华啊,你好!

老华:坐在这里看报纸呢?

老温:是啊。您看,这篇报道说,谁“偷”走孩子们的科学梦?文章说:“调皮的小男孩问妈妈:‘妈妈,我们为什么要吃饭?’小男孩的妈妈面无表情地回答:‘当然要吃饭了,不然就会被饿死!’妈妈毫不在意的一句话,将孩子‘噎’在了沉默里。”文章批评了这位母亲的回答。其实,真要有孩子这样问,我们也都会这样回答的。

老华: 小孩子也不一定就“噎”回去,他也还可以问:“为什么会饿死啊?”哈哈!走吧!不看报纸了,我们还是散步去,边走边聊。

老温: 好!走。

老华:以后小孙子问你:“我们为什么要喝水?”你怎么回答?

老温:我还是只有说:“不喝水就渴死啦。”哈哈!哎,真的,我还真只有这样回答。我也说不出有什么好的回答。你给我说说看。我这个读文科的真是个科盲。

老华: 你不会告诉他:“贾宝玉说了,女人是水做的。你妈妈就是水做的,生下个你,所以你也是水做的,当然需要喝水。”

老温: 你又开玩笑了!我们说正经的。植物、动物都离不开水,水为什么有这样大的神通?

老华: 是啊,水真是有大神通。还是顺着上面的那句话说,我们人和所有的生物都离不开水。人身上一大半都是水。在这个意义上,不但女人,男人也是水做的。

老温:还是女人的水分更多吧?

老华: 错了,男人的水分更多。在娘胎里的时候,胎儿几乎百分之九十都是水,那时候男女一样。婴儿差不多有四分之三的水分,性别差别也不大。成年男人差不多百分之六十,女人则只有不到百分之五十五。男人的肌肉略多,女人则脂肪多。肌肉中含水更多,所以男人体内的含水量一般超过女人。到了老年,人体肌肉进一步减少,含水量也就更少了,但还是男人水分略多一点。

老温: 那我就真是弄错了。我还是要问,人体那么多水,有什么用处呢?

老华: 我们的身体就像一座复杂的化工厂,到处都在进行着化学反应,而这些化学反应几乎都在水中进行,水作为溶剂,让反应可以在比较温和的条件下进行,在很多情况下,水还参与了这些反应。

老温: 我想起来,海水里有盐分,水也是溶剂。

老华: 植物与动物一样,也是大化工厂,那么多化学反应,也都有水的参与或者作为溶剂,所以植物也需要水。

老温: 空气中也有水蒸气。

老华: 是的,有时候地面附近水蒸气太多了,就会有雾。我们现在常常有雾霾,其实雾霾的形成也与水有关。在空气中许多污染物的气态小分子相互反应形成雾霾的过程中,水分子仍然起着重要的作用。

老温: 为什么这么多各式各样的反应都有水分子的参与呢?

老华: 这个问题很有意思。首先,是水分子很多。在我们的地球上,能够流动的液体,水毫无疑问是绝对最多的。别的物质,要么是大量的固体,如石头、盐等。要么是气体,如空气中的氧气和氮气。其次,就与水分子的性质有关系了,水是一种极性很大的分子。

老温: 极性?什么是极性?

老华: 你知道磁铁,指南针就有两极,一头指南,另一头指北。两个磁铁的两级,异性相吸、同性相斥。这是磁铁的极性,称为磁极性。与此类似,如果一个分子的两头一头带正电荷,另一头带负电荷,我们称这个分子有电极性,常常就称极性。所带的正电荷和负电荷越多,离开的距离越远,这个分子的极性就越大。

老温: 所有的分子都由原子组成,原子又有带正电荷的质子和带负电荷的电子组成(当然,还有中性的中子,这个我还记得),那么,所有的分子都有极性了?

老华:那也不是,有些分子就没有极性。由于电子的运动太快,我们不可能确切地知道它在分子中的空间位置,但是,我们可以了解到分子中正电荷和负电荷的分布情况,看这些正负电荷的中心是不是重合,来确定分子的极性,但这是一件很复杂的工作。实际上,早在人们有能力计算出分子中的电荷分布以前好几十年,化学家就设想了一个简易而实用的办法。当时,人们设想原子是以电子结对成键而结合为分子的,他们把成键过程中各化学元素的原子吸引电子对的能力称为这个原子的电负性。

老温:我有点想起来了,中学的化学课上是说电子对成键的,还说外层电子有凑满八个的趋向。不知道对不对?

老华:马马虎虎吧。这样做的好处就是不用去管电子的运动了,我们已经把电子的作用合并考虑在原子的电负性中了。我们还是说水,水分子的组成,你还记得吧?

老温:那还记得,水是H2O,一个氧原子,两个氢原子。氧原子与氢原子各出一个电子形成电子对,使得氢氧原子之间通过氢氧键结合,水分子里有两个氢氧键。

老华:对了。氧原子的电负性比氢原子大得多,所以它们之间的电子对就更靠近氧原子,这个氢氧键就有极性,是一种极性键。

老温:那么,水分子的极性就是这样形成到了吧?

老华:那还不见得,还要看原子的排列位置。你认为在水分子中,三个原子是怎样排列的?

老温:我想,一定是氧原子在中间,两个氢原子在两边,一边一个,三个原子排成一直线,就像天上的牵牛星和它两边的两颗小星星差不多。

老华:如果这样排列就麻烦了?因为,虽然氧原子的电负性强,氢氧键中负电荷偏向于氧原子,但是,如果三个原子一直线,两个氢原子对称地排列在两边,正负电荷的重心重合,整个分子仍然是没有极性的。

老温:如果水分子没有极性又将怎样?

老华:如果没有极性,分子与分子之间的作用力就非常小。打一个比方,一大堆小铁钉,放在一起,铁钉之间没有什么吸引力,那就像“一盘散沙”,但是一对有磁性的小铁钉放在一起,由于磁铁两极相互吸引,这堆铁钉就将“抱作一团”。如果,水分子是没有极性的,他们就不容易抱团,很容易成为气体。换句话说,他们的沸点将非常低。

老温:低到什么程度呢?

老华:我们来看看与水一样,同样是十个电子的体系,甲烷,我们家里燃烧的天然气的主要成分就是甲烷,CH4。它的4个氢原子就是像粽子的4个角那样对称地排列在以碳原子为中心的正四面体的4个角上,从而是非极性的分子。它的熔点是-182.5℃,沸点是-161.5℃。如果水分子中间两个氢原子也是对称排列,那水的熔点和沸点也都差不多这个温度,那样,在现在这个温度下,水都将是气体,我们将很难看到液态水。另一方面,你会发现,甲烷的熔点与沸点只相差20来度,也就是说,它的液态可以存在的温度范围很小。如果水分子也是非极性的,那么它也将如此。现在,真实的水的熔点和沸点差别是100摄氏度,水可以在很大的温度范围内保持液态。在液态存在的温度差只有20摄氏度的情况下,地球上恐怕难以孕育出任何类型的生命体。

老温:哦,这个问题那么严重!

老华:所以,亏得水分子的三个原子不是排成一直线,氧原子在中间,两个氢原子在两边,但不在一直线上,成了一个“人”字形,氧原子在中间头顶,两个氢原子在两只脚上。氢氧氢之间有一个夹角,约104.5°,“人字的两只脚”叉得比较开。由于氧原子的电负性强,氢氧键上的电子就偏向于氧原子一侧,氧原子一侧(头顶)就带负电荷,两个氢原子的那一侧(脚下)就带正电荷。整个分子就有了极性。

老温:哦,原来水分子的形状是弯曲的,这又是为什么呢?为什么是弯曲的而不是一直线呢?

老华:刚才我已经说了,水分子是弯曲的,氢氧氢之间的夹角(我们叫键角)约104.5°,两个氢原子和氧原子之间的距离(我们称键长)各约0.098纳米。在这样的形状时,分子的能量是最低的,如果键角或键长分别再大一些或更小一些整个分子体系的能量便升高,体系就不稳定了。

老温:为什么体系能量最低才稳定?

老华:你在坑洼不平的地上扔一个玻璃球,它会往哪里滚?

老温:它会滚到一个坑里面去。

老华:它在高处并不稳定,容易滚到坑里,也就是它的势能比较低的地方。如果要从坑里面滚出来,滚到高的地方,就需要给它能量。这就是说,在能量低的地方,它才稳定。我们的各种分子都是一样,只要是稳定不变的分子,那就是会处在一个能量较低的状态,用一个术语,叫做处在能量的“极小值”。处于能量极小值的分子的键长、键角等称为这个分子的平衡构型。氢氧键长0.098纳米,氢氧氢键角104.5°的水分子,便是它的平衡构型,能量是最低的,也就是最稳定的。在通常状态下,水分子的键长、键角就在这个平衡状态附近。

老温:那我要进一步问一下,为什么这样的水分子是能量最低的?

老华:你真是打破沙锅问到底啊,看来你年轻时不应当学文,应当学理科的。

老温:学文的就不该问到底啊?我们先不扯这个。还是回答我的问题。

老华:为什么这样的水分子是能量最低呢?严格地说,这是氢氧氢三个原子核和十个电子(氧原子8个,氢原子各1个)相互作用的结果,这样去追究就太复杂了,这需要借助量子力学。但是,我们可以最简要、粗略地说明一下。我们先从甲烷说起,甲烷CH4,一个碳原子与4个氢原子。氢原子是最简单的原子,原子核外面只有一个电子。碳原子则有6个电子,其中2个电子处在能量很低的轨道,距离原子核比较近,它们不参加化学反应,其余4个电子能量比较高,距离原子核比较远,它们要分别与4个氢原子中的电子结成4对,也就是形成4个化学键。4个电子对相互排斥,但又与碳原子核相连,于是,这4对电子(也就是4个化学键)就以碳原子为中心,指向了4个不同方向,分别位于碳原子的左下方、右下方、前上方和后上方。打个比方,这相当于一个正四面体的蛋黄粽子,碳原子就是粽子中间的蛋黄,4个氢原子就在粽子的4个角上。各个氢碳氢夹角都相等,都是109°28′。

老温:甲烷的这个形状我弄清楚了。

老华:现在再来说水分子。氧原子核外有8个电子,与碳原子一样,也有两个电子在内层,能量很低,不参与化学反应,外层有六个电子,其中2个电子分别与氢原子中的电子结成对,分别形成2个化学键,剩余的4个电子自己分成2对,由于没有与别的原子形成键,人们称它们为孤对电子。这样,在水分子中,氧原子核外仍然有4对电子,其中2对是氢氧键上的电子,另外2对是孤对电子,这里的情况与上面所说的甲烷相似,由于电子对的相互排斥,4对电子也以氧原子核为中心分别指向四面体的4个角。但是,这里的情况又与甲烷略有不同,这里有2对不是化学键,是孤对电子,这样,这里的两个氢氧键之间的夹角变得略小,不再是正四面体情况的109°28′,而成了104.5°。

老温:这下子我有点明白了,正是有了这些孤对电子的作用,使得水分子的形状不是直线的,而是弯曲的,从而整个就有了极性。

老华: 可以这样理解。也还可以进一步说,由于氧原子的电负性很大,把氢氧键上的电子对扯向氧原子一侧,使带正电荷的氢原子几乎要裸露出来了。这样,当两个水分子靠近时,一个水分子中的氧原子通过其孤对电子与另一个水分子中的带正电荷的氢原子又可以有比较强的吸引。这样的分子间相互作用比一般极性分子之间的相互作用来得更强,人们把两个水分子之间的这种作用称为氢键。

老温:这样说起来,在液态水中间,就会有许许多多这样的氢键。

老华: 说得非常对。正是有许许多多的氢键,使得水分子之间的相互作用变得很强。也正是分子间有这样强的相互作用,使得水有这样高的熔点和沸点,使得水能够在这样大的温度范围内保持液态,使得水有很大的热容量(也就是需要吸收或放出较多热量才能够使体系的温度发生变化)。这些性质都是水特有的,我们可以看到,其他类似于水这样的只有很少几个原子的含氢的化合物,在常温下都是气体。另外,相对来说,水分子非常稳定,氢氧之间的键合非常牢固,不容易断裂,也就是不容易与大多数化合物特别是有机化合物发生剧烈的反应,许多反应需要酶的参与,等等。所有这些性质使得水能够在生命的产生和发展的过程中起到特别重要的作用。

老温:哦,原来是这样的。水分子的微观结构决定了它的性质,看来弄清楚这些分子的结构还是很重要的。

老华: 好了!好了!我讲得累了,我想你也听得累了。下次再聊吧。

老温:好,再见!

 


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结岁月之香,净人生之业


(摘自:
http://blog.sciencenet.cn/blog-303939-1036476.html

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结      束

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