張蔚榛：國內外滲流理論大家

　　 張蔚榛德才兼備，具備強大的人格魅力，以至于他所領導的地下水科研組成為一個緊密的組織，所有成員都兢兢業業，各司其職，共同努力，鑄造了我國農田水利學界、滲流理論學界的輝煌。

　　張蔚榛（1923年11月22日~2012年7月14日）

　　出生于河北省唐山市豐潤縣（今唐山市豐南區）宣莊鎮張思莊村，1945年7月畢業于北京大學工學院土木工程系，新中國首批赴蘇聯留學的研究生，1955年8月獲蘇聯科學院技術科學部水利經濟研究所技術科學副博士學位。武漢大學水利水電學院教授、博士生導師，杰出的教育家，國內外知名的農田水利學家和滲流理論專家，中國工程院院士，創辦了我國第一個農田水利實驗室，主導創建了我國農田水利教學體系，在地下水及灌溉排水等方面取得了重大研究成果，引領了20世紀50～90年代農田水利科學研究的新方向。

　　良好的教育背景

　　由于家境貧寒，張蔚榛父親未能接受教育，但他憑借自己的數學天賦和勤奮努力，掌握了“一種獨特的算數計算方法，學會了珠算，水準測量，繪制房屋建筑、一些工廠和橋梁的圖紙”，收入頗豐。養家糊口之余，父親便逐漸買了些地，最多時達到200多畝，由張蔚榛的外祖父幫助經營，父親則仍然在外做工賺錢，家庭經濟狀況得以根本扭轉。父親的經歷表明，知識改變命運，便讓張蔚榛四兄弟接受了良好的基礎教育和高等教育，其中，張蔚榛是四兄弟中學位最高的，而且是唯一留過學的。不過，父親重男輕女，張蔚榛的三個姐姐“都未能上學，只在家里自學了一些文化”。

　　張蔚榛先后就讀過地主家的私塾、稻地鎮小學、唐山市豐灤中學（今唐山市一中）、北京大學和蘇聯科學院，先從鄉村到小鎮，到中等城市，再到大都市，盡管在原來的學校學習成績拔尖，但到了新學校，和城里的同學比起來，成績就差了一大截兒，務必經過數年努力，學習成績才能追趕上城里的同學。他曾總結說，他一生都在努力地追趕，最早的追趕就是從地主家私塾轉入稻地鎮小學開始。在蘇聯留學時，張蔚榛師從蘇聯科學院院士、土壤改良之父考斯加可夫學習土壤改良（即農田水利），研究生不開設數學課程，盡管他數學功底較好，可他所從事的滲流理論研究需要保角變換、運算微積等數學基礎，他“只有克服困難自學”。經過努力追趕，張蔚榛的副博士論文《灌區地下水動態》獲得前蘇聯業界高度認可，尤其是贏得了導師考斯加可夫院士和數學家柯欽娜院士的高度評價，當時，蘇聯滲流理論方面的研究成果處于世界領先水平。

　　創辦我國第一個農田水利實驗室

　　1955年8月，張蔚榛從蘇聯學成回國，9月，到剛成立一年多的武漢水利學院（現合并為武漢大學工學部）任教。根據規劃，武漢水利學院必須創建一個農田水利實驗室，張蔚榛報到后的第一件事，就是籌建農田水利實驗室。

　　同月，武漢水利學院成立了卡爾波夫、張蔚榛、沈榮開和呂慶浩四人小組，專門創建農田水利實驗室。當時，武漢水利學院只有蘇聯莫斯科水利工程學院原系主任卡爾波夫和張蔚榛見過農田水利實驗室，并做過室內試驗。然而，卡爾波夫事務繁忙，加之中蘇關系惡化，1956年7月便回到蘇聯，農田水利實驗室基本上是在張蔚榛的主持下創建起來的。他親自設計并指導、監督了實驗設備器材的建造，其中，重要的稀有設備，張蔚榛親自到水利部討要指標和經費。該實驗室1956年底草創，1957年正式開始進行教學實驗，1958年完全成型，標志我國第一個農田水利室內實驗室正式誕生。

　　農田水利實驗室建成后，迅速成為農田水利學界、水文地質學界、石油學界的高等院校和科研機構效仿的藍本，紛紛來實驗室參觀學習，首批來參觀學習的是張蔚榛留學蘇聯的同學、北京水利水電科學研究院的瞿興業率領的團隊。瞿興業以該實驗室為藍本，創辦了自己的實驗室。有的單位參觀學習之后，在張蔚榛提供設計圖紙或其他幫助的情況下，也創辦了自己的實驗室。另外，張蔚榛還幫助越南河內水利學院設計了農田水利實驗裝備圖紙。

　　隨著水利學科的發展，張蔚榛拓展了研究領域。為適應新研究領域的需要，20世紀80年代初，張蔚榛設計并指導建造了土柱、二維4m水鹽運移實驗槽等實驗設備器材。該實驗室從創辦之后，直至20世紀90年代，一直處于全國同類實驗室的領先地位。

　　20世紀80年代，張蔚榛率領同事，面向全國范圍內相關專業開辦了室內實驗技術培訓班，培養了一大批農田水利和水文地質實驗技術人員。正如葉自桐教授（張蔚榛生前的學生兼同事）所說的那樣：“當年，我們實驗室的名氣可真大……在國內同學科領域的影響，遠遠超過了我們學校的影響。”該實驗室現已成為水資源與水電工程科學國家重點實驗室的一部分，當年張蔚榛設計的那些設備器材，有相當一部分，如：4m溝管滲流槽、8m溝管滲流槽、土柱等，至今仍然在發揮著教學和科研作用。

　　采取多項措施 教學科研相長

　　截至20世紀80年代初，張蔚榛擔任農田水利教研室主任期間（“文革”期間教研室撤銷），教學科研相長，為日后農田水利工程系和水利水電學院的輝煌奠定了堅實的基礎，采取的措施如下：

　　首先，開設畢業設計課程。1956年，當時國內同行尚未聽說過“畢業設計”這個詞匯，張蔚榛與1955年12月從蘇聯學成歸國的師弟許志方一道，從1956屆挑選了8個本科畢業生，開設畢業設計課程。畢業設計促使學生將專業知識串聯起來，學會理論聯系實際、做工程設計以及撰寫學術論文，便于解決農業生產中的實際問題。魏永曜有幸成為這8個學生中的一員。他說：“盡管只有很少很少的8個學生，但這件事情的意義卻不能低估，在我們學校，在全國同行業中，都具有劃時代的歷史意義，是一件具有里程碑意義的事情，對提高教學質量很有幫助。”此后，畢業設計成為農田水利工程系本科生的必修課。

　　第二，主持編寫《農田水利學》教材。20世紀50年代，我國尚無自己的《農田水利學》教材，使用張蔚榛的副博士導師考斯加可夫的《土壤改良原理》，實際案例都是前蘇聯的，不符合我國農田水利實情。張蔚榛和許志方組織同事，編寫了符合我國國情的《農田水利學》教材，經全國同行專家共同商討、試用、修改，1961年7月，由中國工業出版社正式出版發行。該教材奠定了《農田水利學》的理論框架和范式，成為迄今為止歷版《農田水利學》教材的藍本。

　　第三，將教研室分成四個科研小組，以科研成果充實教學內容。20世紀70年代，張蔚榛倡議，與其他領導共同研究決定，將教研室分成地下水、噴灌、優化設計、水利計算四個科研小組，全面整合了師資力量，明確了各小組的研究方向，每位教師都必須在每月召開的科研報告會上交流自己的研究成果，各個科研小組和所有科研人員，都努力做大做強自己的研究，形成了各科研小組之間以及個人之間的良性競爭態勢，同時，也促進和加強了各科研小組之間的相互協作，以及各學科之間的滲透與融合。“每個教師除完成教學任務外，都有自己的科研任務，都要對某一方面進行更深入研究，以使成果迅速反應到教材中，使教學內容不斷豐富和更新，教育質量不斷提高。（摘自張瑜芳：《張蔚榛》）”魏永曜回憶說：“任何一個科研組的任何一個老師，只要出去，都能被人家認可。”多年來本科生只有《農田水利學》一門課程的局面由此結束，截至1999年，農田水利工程系已能開出20多門專業課程，“對推動我國農田水利學科的改革和發展起到了重大作用。（摘自張瑜芳：《張蔚榛》）”截至20世紀80年代初，在張蔚榛的主導下，農田水利工程系建立了“包括地下水動力學、土壤水動力學、溶質運移理論等完整的研究生課程體系（摘自劉國緯：《紀念張蔚榛院士》）”。

　　第四，親自培訓教師。“文革”前，滲流理論在當時國際國內屬于前沿學科，為了提高農田水利教研室師資水平，張蔚榛曾專門為同事開設滲流理論和數學課程。

　　經過張蔚榛和全體教師的努力，1956年，武漢水利學院成為全國同行業兄弟院校中首批招收研究生的高校，張蔚榛成為全國農田水利專業的第一個研究生導師；1960年，武漢水利電力學院農田水利教研室被評為全國文教群英會的先進集體，張蔚榛作為代表“出席了這一盛會”（摘自張瑜芳：《張蔚榛》）；1981年，武漢水利電力學院農田水利系成為我國第一個農田水利專業博士點，張蔚榛成為我國首批博士生導師，招收并培養了我國農田水利專業的第一個博士生。

　　開創農田水利量化研究先河

　　張蔚榛一生都在從事滲流理論研究，其研究方法是，首先設定邊界條件，然后列出方程，最后求解，即推導出物理意義明確、計算方法簡便的地下水非穩定流計算公式，同時，為了便于生產單位使用，往往將其計算的理論結果制成圖表。然而，人為設定的邊界條件，往往與大自然的復雜情況不盡一致，參數的測定至關重要，一旦參數差之毫厘，所推導出的理論計算公式便謬之千里。為此，有些同事還開玩笑說，按照張蔚榛的理論計算公式，“從北京到武漢，只用開一條排水溝就行了”（雷聲隆訪談整理）。

　　“文革”之前，地下水動力學派從事的滲流理論研究，在國內外都屬于前沿學科，高深晦澀，不被業界理解，尤其不被占主導地位的經驗學派所認可，張蔚榛被批理論脫離實際，被迫站在實驗室16m風洞溝管滲流槽旁做檢討。由此可見，當年，張蔚榛的這種量化研究方法推行，除了需要克服大自然條件異常復雜的困難外，還要克服人為的阻力，可以想象是多么的艱難。

　　為了克服滲流理論研究的缺陷，張蔚榛十分注重室內實驗的驗證，注重理論聯系實際，即始終堅持其理論研究成果必須經過野外觀測試驗的檢驗，這也是他重視農田水利實驗室建設和長期蹲點野外做觀測實驗的原因所在。沈榮開教授說：“他提出一個理論，我就做室內實驗幫他搞驗證。”“我們的室內實驗只是張先生做理論研究的一小部分，更多地是在野外做試驗觀測。”（沈榮開訪談整理）

　　隨著研究的深入，在堅持室內實驗和野外觀測試驗做理論驗證之外，張蔚榛考慮的邊界條件和影響地下水非穩定流的因素越來越接近大自然，從地下水動態理論到地下水非穩定流計算和地下水資源評價，再到飽和—非飽和土壤水運動規律，再到溶質運移規律的研究，即從單純研究飽和水運動規律到研究飽和—非飽和土壤水運動規律，從單純研究地下水非穩定流運動規律到研究水鹽等運移規律，從不考慮蒸發條件到考慮蒸發條件，最后到SPAC（Soil-Plant-Atmosphere Continuum）系統的研究，他考慮的問題越來越復雜，研究思路越來越開闊，研究趨勢越來越符合科學發展規律，研究的成果越來越科學。張蔚榛的這種通過宏觀描述進行定量研究的方法，將中國數千年來傳統的經驗性農田水利學變成了真正的量化學科，最終的發展趨勢就是土壤水分預報，使農業灌溉和排水從數量到質量上達到可控，就像當今的美國，在田間埋設傳感器、呼氧器等，通過這些感應器材，便可知道田間水分干濕狀況，噴灌器便自動啟閉，或進行田間噴灌，或適時關閉。總之，張蔚榛開創了我國農田水利量化研究的先河，“開創我國農田水利科學發展研究的新時代”，這是他“在學術上最主要的貢獻”。（葉自桐整理的同事和學生語錄）

　　張蔚榛的滲流理論研究成果，被廣泛地應用于防治華北平原鹽堿地、地下水資源的開采利用（包括地下微咸水的開發利用）、黃淮海平原的中低產田改造、黃淮海平原的水鹽監測和預報、長江中下游平原澇漬區的中低產田改造、減少農業化肥尤其是氮素造成的環境污染等生產實踐中，為我國的農業生產、農業經濟增長乃至糧食安全，作出了重大貢獻，并獲得國家教育委員會、水利部、國務院等機構頒發的多項獎勵。1997年11月，張蔚榛被增選為中國工程院院士。

　　成功的秘訣

　　張蔚榛秉承了父親的數學天賦，擅長用數學思維和數學方法解決問題，為他從事滲流理論研究奠定了堅實的基礎。張蔚榛還頗具語言天賦，他有一套獨特的語言學習方法，加上豐富的人生經歷，精通英語、俄語，粗通日語，這成為他捕捉國際滲流理論研究信息、穩站國際滲流理論學術研究前沿、引領國內滲流理論研究新方向、被世界銀行聘請為中國區專家等，提供了優越條件。天賦只有與勤奮結合，才能綻放出美麗人生。張蔚榛極其勤奮，無論是學生時代，還是已成為專家時期，他始終勤奮努力，給家人、同學、同事、業界朋友等都留下了深刻的印象。

　　張蔚榛性格溫和，處變不驚。當他被打成反動學術權威，被迫站在16m風洞溝管滲流槽旁邊做檢討時，突然通知他到北京的表彰大會上接受表彰時，不見他喜形于色；他謙虛低調，從不張揚，更不會以專家或院士的資格自居，始終如一地平易近人。

　　他誨人不倦，有問必答，無論是學生還是同事、同行，他都一視同仁，也從不將重要的學術資料據為己有；他正直無私，從不送禮，也不收禮，20世紀40年代及此前出生的同事們，至今仍保持張蔚榛的這一遺風；他生活十分儉樸，飲食極其簡單，衣著樸素，家里裝潢和擺設普通，可對有困難的同事和學生卻萬分慷慨，有求必應，甚至主動伸出援手，周濟確有困難的同事；他治學嚴謹，堅守學術道德底線，從不隨波逐流，寧可得罪合作單位和合作伙伴，也不愿違背事實，給出國際領先或國際先進、國內領先或國內先進的評語，或者干脆不出席或少出席學術評價活動；他淡泊名利，從不占用學生的研究成果，唯一一次和他的博士生左強合作公開發表的英文論文，左強說，也只是采用了他的一點兒實驗資料而已。

　　張蔚榛所獲得的獎項，多為同事或單位主動幫助他申請的，2006年10月，美國的排水協會在全球調查在排水方面作出過突出貢獻的專家學者，以頒發排水杰出獎，負責人Larry C.Brown認為張蔚榛的條件足夠獲得該項獎勵，然而，張蔚榛在網上搜索了曾經獲得過該項獎勵的世界級專家學者后，表示自己尚不夠資格，拒絕申請，以至于Larry C.Brown為此深表遺憾！總之，張蔚榛德才兼備，具備強大的人格魅力，以至于他所領導的地下水科研組成為一個緊密的組織，所有成員都兢兢業業，各司其職，共同努力，鑄造了我國農田水利學界、滲流理論學界的輝煌。

　　（作者單位：華中師范大學教育學院）

①1982年5月22日～6月20日，張蔚榛（左）在英國南安普敦大學灌溉研究院講學后，應邀到家住愛丁堡的豐灤中學（今唐山市一中）英語老師、牧師M.W.Earl（右）家拜訪時，與老師的合影。

②1957年8月，張蔚榛（中）與蘇聯專家齊恰索夫（左三）在山東打漁張灌區調查研究鹽堿地的防治問題時的合影。

③ 1992年，張蔚榛（前排中）在塔里木河世界銀行貸款項目的評審會議上。

④1952年暑假，張蔚榛（左）在前蘇聯土庫曼斯坦測量渠道滲漏。

　　雷聲隆教授訪談錄

　　2014年5月29日上午，筆者采訪了張蔚榛的學生兼同事雷聲隆教授。雷教授對張蔚榛的數學天賦贊不絕口，對張蔚榛利用數學思維解決問題的方法給予了高度評價。

　　我的水平達不到他的要求，他的數學境界太高。記得1960年，我在海南島蹲點搞橡膠灌溉的時候，他作為農田水利教研室的主任，和農田水利系的黨總支書記許志方一起，到海南島去過一次，目的是關心我們的生活，同時，檢查我們的工作情況。橡膠割膠的時候，是在樹干上斜線式地割開，每天割開一小條，流出來的液體最終都匯聚到垂直割開的小槽里，并全部匯流到掛在樹干上的小碗里。他看到這種割膠方法后，就向我提出：“小雷，這一刀割下去，口子就打開了，里面的膠液是怎樣流出來的？你能不能用數學式表達一下，并想象一下，會是一個什么樣的結果呢？”我想了很久，沒有弄出來，很難弄的。這關乎生物學的問題，膠液是靠樹壓把漿液壓出來的，膠流出來的時候還有蒸發，割膠的時候凌晨三四點鐘的時候開始割，這個時候有濃濃的霧，漿液流出來的時候就不會固結，也不會蒸發，外面有霧，里面流出來的漿液，可以接到一杯，如果到了中午，漿液就凝固了流不出來了。從里面的壓力，到外面的凝固能力，溫度、濕度的影響等因素，弄一個公式出來……要是現在弄，肯定弄得出來，當時我沒弄出來，那時候剛剛大學本科畢業……他習慣把世界的某些事情，構思成數學的某種模型，他經常思考這類問題，如果他覺得可能會成功，馬上就會著手去搞。但真正從這個數學模型到應用的生產實踐，還需要做很多室內試驗和室外的一些調查研究。如果割膠的計算公式解決了，會有很大的代表性。因為橡膠流膠液與人體流血液是一樣的道理，可以概括很多問題。從這個角度分析，他看問題，往往能站在一個很高的高度，他提的問題，一般人不會理解，如果能夠理解的話，會覺得恍然大悟。