郝振纯,水文水资源学院教授,博士生导师,在河海大学攻读本硕博后留校任教。曾担任全球变化与水循环研究中心常务副主任,河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室团队学术带头人。主要研究方向为水文物理规律及流域水文模拟、大尺度水文及数字水文、全球变化影响等。曾兼职中国水利学会水资源专业委员会委员、中国气候研究委员会委员、国际水文科学协会中国国家委员会地表水专业委员会副主任等。
主持国家自然基金重点项目、面上项目、水利部重点科技项目和国家及地方重点工程研究项目共计20余项,参与国家973项目、国家自然科学基金重大项目、水利部公益性项目等30余项。曾获教育部自然科学奖、教育部科技进步奖、大禹水利科学技术奖、江苏省科学技术进步奖、安徽省科技进步奖等省部级奖10余项,获国家发明专利4项,出版《分布式水文模型理论与方法》等著作3部,发表学术论文280余篇,其中SCI、EI检索60余篇。
1975年,郝振纯高中毕业。不同于现在的九年义务教育,郝老师所接受的是“7+2”的教育模式——小学和初中一共上七年、高中上两年。由于当时师资和教材匮乏,语文课多数是听老师念小说,英语课是在高中才开始学习,水平基本上停留在ABC阶段,但仍然有优秀的老师倾注满腔热情传授知识,郝老师至今记得数学老师在节假日主动给学生补习功课和解答难题,这帮助他打下了良好的数理基础。高中毕业后,郝振纯开始了在山西省翼城县城关公社的插队生活,对知识的渴望让他在劳动间隙里挤出时间坚持文化课学习。当1977年恢复高考的时候,他怀着激动和充满希望的心情参加了地方初考选拔和国家统一考试,最终被录取至华东水利学院,开启了他与华水的故事。第一次远离家乡,怀着对未来的憧憬与忐忑,他来到了南京、来到了华东水利学院陆地水文系。郝老师回忆时说,“能够上大学已是我们这一代人最大的幸运,学好本领为国家做贡献是我们的初心”。
郝老师回忆到,进入华水之初,学校的教学条件并不完善,大多数专业课都是用学校印刷厂铅印的教材,但大家都特别珍惜宝贵的学习机会,没有任何懈怠的想法。硕士阶段,在导师于维忠教授指导下,主要开展了黄土高原超渗产流研究,提出了新入渗雨水驱替旧土壤水体的入渗方程;在博士阶段,有幸师从著名水文学家赵人俊教授,开展地表水地下水耦合与水资源评价研究,为后期研究中新安江模型推广应用和改进打下了良好的基础。老一辈科学家创新、严谨、求实的科研精神和严以对己宽以待人、团队协作互帮互学的精神,也深深影响着郝老师,他对知识的渴求、对学习的热情,是激励河海学子不断前行的榜样力量。
用郝老师的话来说,“一生中大部分时间他都在实验室里发光发热”。郝老师博士毕业后留校任教,1989年底学校成立水资源开发利用国家专业实验室筹备组,郝老师便加入其中,主要负责室内实验的规划和设计。由于时间紧任务重,郝老师和于维忠教授在很短时间内跑遍了国内相关实验室和实验站,调研了当时已有和在建的实验室设施,如土槽实验、人工降雨设施等。时值春节,需要调研的高校和研究所都已放假,他们克服各种困难,终于在大年三十前圆满完成了调研任务,大年初一是在火车和轮船上度过的。
当时规划的实验室地点——气象山,仅有几间用于本科生课程设计的简易平房,条件艰苦、经费有限,本着既要满足实验条件又要节省资金的想法,郝老师带领课题组成员们尝试设计和建设自动控制人工降雨设施。在建设人工降雨系统阶段,郝老师自己设计了多种降雨喷头,同时调研了工业冷却、农用和园艺场所等使用的喷淋系统,进行了雨滴、均匀性、雨强等多方面实验。在控制人工降雨系统的时空变化方面,课题组调研了许多有关厂家,基于“通电开断电关”的思路,选用电磁阀控制每一个喷头,实现了在时间上、空间上、组合雨强等方面的实验要求。最终建成了可以持续1小时人工降雨强度为5mm/min、面积18m×18m、高度10m,可以分4个区单独自动控制运行的人工降雨实验系统,和一个面积18m×8m、高度20m的人工降雨系统。在国家重点实验后期人工降雨系统升级改造中,又采用了可更精确控制的工业冷却喷头。人工降雨的建成,为各种下垫面水土流失、土壤水、地下水及溶质运移等基础研究提供了强有力的实验基础。
人工降雨喷头实验
大型变坡土槽也是实验室重要的大型实验设施,土槽的设计和回填土的土壤类型有较高的要求,在土壤厚度上需要保证在一次降雨入渗过程中下渗水能够达到土槽底部形成地下水,同时在土槽长度上保证在出口断面能够形成地表水、壤中流和地下水过程。郝老师在调研了中科院地理所、陕西机械学院、西北林学院、水文地质工程地质研究所和铁道部峨眉径流实验站土槽设施基础上,通过分析模拟不同土壤的水分过程,最终确定大型变坡土槽长12m、宽3m、深1.5m、可变坡范围0~30°,取用长江江心洲淤积沙性土壤进行回填。土槽土壤回填过程也是保障实验可靠性的关键环节,郝老师带领团队青年教师在炎热的夏天,在保证安装土壤水分传感器稳定性和抽取水样可靠性的基础上,严格按照容重标准一层一层回填土壤,保质保量完成了土槽设施的建设任务。同时配合土槽上空高20m的人工降雨系统,可保证雨滴能量到达土槽土壤表面时接近天然雨滴能量的90%以上,满足开展水土流失实验的要求。至今为止大型变坡土槽和人工降雨系统在开展水文基础实验方面仍然发挥着重要作用。
20多年来,郝老师为实验室的建设与水文学科发展做出重要贡献。实验室的从无到有也见证着郝老师与水文结缘、与实验室相伴的故事,他致力学问无遗力。
采得百花成蜜后 精耕水文育新人
关于科学研究,郝老师印象最为深刻的是,最早参与了国家气候变化影响方面的研究工作,申请了“气候变化下黄河源区区域水循环模型与不确定性研究”国家自然科学基金重点项目,承担了“数字黄河”诸多项目和黑龙江省中小河流预报系统的科技服务项目。
作为科研骨干,郝老师参加了国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验研究”(1997-2002年)和“九五”攻关专题“气候异常对我国水资源及水分循环影响的评估模型研究”,取得了许多重要的成果。回想起当时在国家攻关项目启动会上,科技部强调了气候变化影响研究是为国家在全球气候变化博弈中提供科学依据,他第一次切身体会到科学无国界,科学家有国籍,科学家就要为国家做贡献。随后,郝老师提出了大尺度水文模型的框架结构,建立了能与气候模式输出相嵌套的、能够动态分析气候异常对区域水资源量影响的评估模型;把水文模型的产汇流机制有机地加入到陆面过程模式中,实现了陆面模式和水文模式的交互和反馈作用,在陆气耦合的关键技术方面取得了突破;建立了能够反映土地利用变化和气候影响的分布式水文模型,并在我国北方干旱半干旱地区得到应用;研制开发的淮河流域新安江月分布式水文模型,在代表性流域上经过参数率定和校验以及模式输出结果检验,并采用敏感性试验方法就气候变化对淮河流域的水资源影响进行了评估,国家气候中心经过进一步业务应用研究,进行实时监测评估和预评估。
郝老师长期从事气候变化影响研究,曾多次获得国家自然科学基金重点项目和面上项目。在“气候变化下黄河源区区域水循环模型与不确定性研究”项目实施过程中,郝老师带领团队成员考察了黄河源区主要水文站和若尔盖湿地、黄河源鄂陵湖、扎陵湖、以及阿尼玛卿山等对水循环影响较大的重要区域,在玛曲水文站建立了自动气象站和冻土观测设施,在流域内多地取土样开展室内外实验。在高寒地区水循环对区域气候变化的响应机理研究中,围绕气候情景降尺度问题、高寒地区复杂下垫面水循环机理、水循环过程模拟的不确定性问题等科学问题,揭示高寒地区水循环对区域气候变化的响应机理,研发了黄河源区水文预报模型,建立了一套集GCMs气候变化情景降尺度、水循环过程模拟及不确定性评价为一体的理论、方法和模型系统,提供未来黄河源区水循环要素变化过程和水资源演变趋势的预测成果及其不确定性评价,为黄河流域水资源综合规划和管理决策、生态环境保护提供技术支撑。
团队在阿尼玛卿山进行科考(左四为郝老师)
郝老师坚持面向问题、剖析机理、创新方法的科学研究理念,依托水文实验站和实验流域开展长期水文实验,研究变化环境下降雨、水面蒸发、作物蒸散发、土壤水、地下水、径流等水文气象要素时空变化规律和地表水地下水转化机理,提出了“土壤冻融过程中动态蓄水容量产流计算方法”和“基于土壤温度的潜水蒸发计算”新方法,这些方法耦合到流域水文模型中并取得了很好的结果。完成了农田排灌与水资源综合利用技术、土壤墒情监测预报与适时适量灌水技术、农灌区“四水”转化应用模型、地下水演变情势与安全开采潜力等项目。
在承担国家项目的同时,郝老师还注重面向应用的科技开发和科技服务。早在2001年,郝老师就参与了黄河水利委员会“三条黄河”(即原型黄河、数字黄河、模型黄河)的规划工作,2004年承担了黄河小花间暴雨洪水预警预报系统中子项目“分布式水文模型预报系统”开发工作等。2015年负责黑龙江省水文局“中小河流预报系统开发”项目时,郝老师还多次开设培训班,并在系统安装运行期间,乘火车、汽车跑遍了整个黑龙江的十个水文分局,开展现场技术指导工作,大大提高了系统的运行安全和预报精度。截至目前,黄河小花间分布式水文模型预报系统、黄河防洪预报调度与管理(耦合)系统、黑龙江省中小河流预报系统运行正常,为黄河下游重点防洪区的调水调沙和洪水预报调度演练及预报运用,为黑龙江省中小河流洪水预报预警提供了技术支撑。
郝老师在教学生涯中培养了硕士、博士140余人,这些学生分布在高校、科研院所、水利、电力部门,大多都已成为单位的技术骨干、技术负责人和副教授、教授等,继续传承着创新、严谨、求实的精神,在各自岗位上发挥着自己的力量。自2010年以来,郝老师参与了河海大学少数民族专业技术人才特殊培养工作,目前已连续接收培养了7名西藏特培生学员,并根据他们的专业水平、所在单位、面临问题制定特培计划,使其在业务和科研能力上有了较大的提高。
长风破浪会有时 情系水文济沧海
深耕水文教研数十载,郝振纯老师对河海学子有着很多期待。
对于本科学生郝老师建议,青年时期是人生最宝贵的时光,要有梦想,要有目标。学习与思考要并重,脸皮要“厚”一些,积极向老师请教、和同学交流。在学习过程中养成思考的习惯,对于一知半解的问题,要搞清楚背后的原理。郝老师还举例道:学习水力学时,实验室水槽里的实验在课本上弄明白了,如何在实际的不规则河道中进行应用?能否以更高的站位来思考学过的知识?这些都需要更深层的思考。
对于青年教师和研究生郝老师建议,科研与创新需兼具。要坚持问题导向、机理揭示和方法创新的科研理念,多做一些自主研发的东西,不能仅仅停留在“拿来会用”的水平,而要去探究内在的原理、参数的意义等,从而进一步了解自然,掌握更多规律,来解决水文科学领域中存在的问题,实现更多“从无到有”的创新。