——记河海大学水文水资源学院教授黄璟胜
　　
□　刘玉杰

　　如果将视角移向外太空，我们生活的地球其实是个名副其实的“水球”，地球表面70%以上都被蓝色的海洋覆盖，其中外围一圈叫做“水圈”的液态水层，从形成至今至少已有30亿年的历史。人类只要生活在地球上，就无法脱离水的包围，水不仅是维持人类生存和发展不可或缺的最重要的物质资源之一，整个人类社会的正常发展也在一定程度上与供水、水质以及水生生态系统的健康状态息息相关。因此，要正确考虑地表—地下水文系统中所有影响水流的作用，其中针对地下水或地表水资源进行水文模拟是对地球水资源管理的首选方案。
　　近年来，国际知名期刊Hydrogeology Journal副主编河海大学水文水资源学院 黄璟胜教授一直致力于地下水流与地下水污染传输机制的研究，并建构了新的理论架构与数学模型，为我国地下水数值模拟研究的发展贡献出全部的热忱。投身于水文研究，这在他看来，就是自身科研历程中最好的着陆。
　　
凝心聚力与水同行
　　从小生在台湾长在台湾的 黄璟胜，自2009年在台湾交通大学攻读博士起，就与地下水模型的开发与应用结下了不解之缘。但 黄璟胜坦言，其实他与水文领域结缘的过程中还发生了一点“小插曲”。最初， 黄璟胜的研究领域与水文相差甚远，本科期间，他在台湾交通大学土木工程专业学习，当时本以为会在土木工程领域里扎根，却不曾想与水资源的缘分已悄然而至。
　　本科和硕士期间都和土木工程打交道的 黄璟胜，在一次修课时无意中与台湾交通大学叶弘德教授的夫人熟识，在叶夫人的介绍下，本科毕业后 黄璟胜便跟随叶弘德教授开始接触水文，探索地下水世界里的奥秘。在叶教授的指导下，他将研究重点放在解决地下水污染整治过程中存在的模型计算速度过慢和网格难以构建这两个问题。
　　据黄璟胜介绍，在地下水数值模拟研究中，这两个问题早已是该领域里公认的“难啃的骨头”。为了拿下这块“硬骨头”，早在20世纪70年代初，无数水文研究人员已经对地下水模型的开发和应用展开研究，也陆续成功开发出一批关于地下水模拟的软件。像MODFLOW、RT3D，这些都是地下水模拟领域里声名在外的“明星”软件，起初也确实在地下水模拟中起到关键作用。但随着对地下水研究的进一步深入与复杂化，这些软件逐渐无法兼顾高效与精准的需求。
　　在实际模拟时，网格数量有时候高达上百万个，这导致耗费相当长的计算时间。而为了减少计算时间，研究人员会采用大尺寸网格变成小尺寸的不均匀网格这一方法来解决，但与此同时也导致了网格难以构建这一新问题的出现。虽然研究人员已经想到利用并行计算技术来缩短计算时间，但无论如何，计算速度仍无法摆脱计算器间的传输速度的限制。此外，构建并行计算机的高昂成本也令研究的进一步推进有些“吃不消”。
　　为此，从博士期间到现在的十几年中， 黄璟胜不断寻找解决问题的办法。凭借多年的研究积累，将看似“千年难解”的问题一一攻克。他提出了发展承压含水层地下水流的有限节点闭合解析方法。该方法通过学科交叉，采用电化学的实验结果导出了地下水流偏微分方程的闭合解，当作该方法的基函数，允许水力参数在空间中不规则变异，能处理蜿蜒河川等不规则形状的物理边界，从而顺利攻克了萦绕他心头许久的网格建构困难与计算时间过长两个难题。相较于传统的数值方法，该方法的计算结果更加精准，计算时间从原来的1.5小时飞速缩短至6秒，计算器程序也变得更加简化，兼顾了高效、精准与无网格的需求。
　　水文研究领域的热点层出不绝，地表水和地下水的交互作用这一热点也进入了 黄璟胜的研究视线中。长期以来，对其相互作用的研究都是采用微扰法来解沿海区域受潮汐影响的地下水流问题，但其中存在着两个“致命”限制：其一是在微扰因子本该远小于1时却通常大于1；其二是该方法只能预测地下水位的变化，无法定义含水层内部的水力水头变化。既然已经发现问题就要想办法解决，为此， 黄璟胜发展了不受微扰因子大小限制、能描述含水层内部流场分布的数学模型，解决了上述问题，对地下水资源管理，具有重要的应用价值。
　　 黄璟胜取得的一系列成果共发表了SCI期刊论文20多篇，并受到了国内外学者的高度关注。其中国际知名期刊Water Resources Research评价：“研究对承压含水层地下水流的问题提供了重要的理论基础”此外，国际著名期刊Environmental Modelling and Software荣誉创刊人和荣誉总主编澳洲大学Anthony.Jakeman教授也给予了高度评价，认为研究非常有潜力，在流域水环境模型发展方面有很重要的参考价值。
　　
海陆间的“金钥匙”
　　面对已经在地下水数值模拟中取得的多项重要成果， 黄璟胜感慨万千。想当初，刚刚接触地下水模拟研究时， 黄璟胜总是摸不着头绪，是叶弘德教授手把手指导他应该如何以“科研”的思维考虑问题，又该怎样写研究论文，甚至还教导他如何在“科研圈”里静心做研究。“这对我后来的研究道路奠定了基础，也让我更加确定了自己的研究方向。” 黄璟胜表示。
　　有些时候，机遇总是会在不经意间到来。就在 黄璟胜在台湾交通大学进行博士后工作期间，他结识了到台湾进行学术交流的GSA Fellow美国德得萨斯农机大学的詹红兵教授。同样都从事地下水数值模拟研究，两人顿时找到很多共同话题。在谈到地下水污染治理方面，詹红兵教授提到河海大学在这方面的研究水平很高，并提议 黄璟胜有机会可以实地去学习。
　　考虑到我国幅员辽阔、地质复杂，不同水层出现的问题也不尽相同，这对全面了解地下水数值模拟有很大帮助，于是他萌生了到河海大学工作的想法。再加上近年来祖国发展速度很快，对科研的支持力度也很大， 黄璟胜认为祖国可以为他提供更宽广的舞台进行科学研究。于是，2017年 黄璟胜“漂洋过海”来到河海大学，延续心中对地下水数值模拟研究的热忱。
　　虽然到河海大学的时间并不长，但在他看来，当初的选择没有错，他尤其感谢叶弘德教授的教导与詹红兵教授的建议，为他打开祖国的科研之门提供了一把“金钥匙”，让他有机会更好地了解地下水模拟。
　　来到河海大学后，在学校的大力支持下， 黄璟胜基于前期已经取得的有限节点闭合解析方法的基础上，打算对多孔介质和裂隙的双重孔隙含水层这一地质情况展开研究。2018年，他获得了国家自然科学基金青年科学基金项目“耦合多孔介质达西流与裂隙非达西流的有限节点闭合解析方法”，将心中的研究想法付诸实践。
　　多孔介质与裂隙的双重孔隙含水层是世界上典型且普遍的地质情况。裂隙蕴含着丰富的地下水资源，其透水性远高于多孔介质，是水流的主要通道，更是放射性核素等地下水污染物传输的主要途径。随着多孔介质地下水流理论的日趋完善，研究人员展开了另一典型地质情况的研究：裂隙地下水流。近年来，国内外专家学者也相继展开了相关模型建构的研究，假设裂隙是在均匀分布的连续体的基础上进行的，但一旦遇到实际复杂不均匀的裂隙分布时，用这种方法就无法及时有效地处理。
　　因此， 黄璟胜认为当前建立高效且精准的地下水流模拟方法，对了解地下水流在多孔介质和裂隙的耦合运移过程、理论发展和工程实践有重要意义。
　　虽然项目才刚刚开始，但他心中已经有了研究设想。他打算发展裂隙非达西流井函数与基函数这两个闭合解。 黄璟胜介绍，相比国内外最常使用的Stehfest或Crump的数值逆变换公式，该闭合解不仅能给予数值计算结果，其数学表达式子还能反映变量、参数和降深三者的关系。此外，如果采用传统的有限元法等数值方法进行裂隙非达西流模拟，必须从t=0开始，根据时间步长time step Δt依序计算，如：Δt=0.1天，依序计算t=0.1、0.2、0.3一直到t=10天，每一时间降深的空间分布，而采用 黄璟胜研发的闭合解，其解的数学式子能直接计算任意一时间内每区多孔介质和每条裂隙降深的空间分布，不仅计算过程能得到简化，还会大大提高计算效率。 黄璟胜预计，项目取得的一系列成果不但为双重孔隙地下水流研究提供典范，还能对地下水的利用与保护、石油和天然气开采等多领域都起到重要的理论意义和实践价值。
　　
做热忱的科学探路人
　　之所以能在地下水数值模拟研究中获得诸多成果，除了前期积累了丰富的理论基础与研究经验外，在 黄璟胜心中，支撑他在科研这条路上走下去的还有最重要的一点，那就是始终对科研抱有无限的热忱。“热忱”这个词，在短短不到一小时的采访过程中， 黄璟胜说了很多次。“科研中都在强调创新精神，既然要创新，那创新的来源是什么？” 黄璟胜坦言在多年的研究历程中，他不止一次想过这个问题，在他看来最终的答案也只有一个：热忱。
　　只有热爱自己所从事的行业，路才能走得长远、走得稳健。用热忱构建的创新理念来指导现实中对地下水数值模拟的研究，能够令 黄璟胜无时无刻都斗志满满。他表示，在对地下水领域的研究中，会遇到各种各样的问题，必须时刻让自己绷紧神经，稍不留神也许就会使前期所付出的努力都付之东流。这样高强度的工作，如果没有对地下水数值模拟的热爱，是难以坚持下去的。“有了研究热忱，我才会在遇到难题时主动想办法去解决，而不是坐以待毙。” 黄璟胜说道。
　　此外，他还补充到，科研的意义并不是只来源于自身的热忱就足够了，所做的研究还需对人类、对社会有所贡献，这样一来，自己在研究中所倾注的全部热忱才会有价值。
　　有理想，有冲劲，这是 黄璟胜与团队最真实的写照。在他看来，自从进入河海大学水文水资源学院以来，团队内每一个成员都很拼，只要一工作，便会进入“两耳不闻窗外事，一心只在科研中”的状态。这种研究精神感染到了 黄璟胜，他也更愿意与这一样一群优秀努力的人聚在一起，共同为地下水数值模拟的研究发展贡献自己的一份力量。
　　未来， 黄璟胜将带着他对地下水数值模拟的热忱，与团队共赴下一个研究之约，抒尽心中的科学理想。