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恩师陈椿庭 恩师陈椿庭

刘永川


    70年代末的水利水电科学研究院,处处生机盎然,老一辈科学家和年轻的科技工作者迎来一个科学的春天。1979年秋天,我从柴达木盆地来到北京,有幸成为陈椿庭老师的学生。
    陈老师是新中国水工模型试验的一代宗师,他严谨的科学态度和善于抓住事物本质的理论素养深深的影响了我。80年代初,安康水电站面临三大技术难题,即深层抗滑、高边坡和泄洪消能,而泄洪消能又是三大技术难题中久攻不克的难题。1982年年9月我被分配到水电部西北水利科学研究所,临走之前,老师就安康泄洪消能问题与我进行了一次长谈。他说西北水科所是我国最早的水工试验所,现在正在进行安康水工模型试验,如果我到西北水科所,有可能面临安康的消能问题。对于安康的问题,他介绍了试验研究的历史过程,对目前面临的问题进行了深刻分析,指出安康泄洪消能问题的四大特点,即水头高、流量大、流向偏、基岩软;根据这四个特点,指出解决安康泄洪消能的两条途径:第一,提高单位体积消能率,第二,调整沿河道横断面的流速分布。由于汉江泄洪流量大,设计泄洪流量达到31500 ,最大消能功率超过 ,表孔单宽消能功率达110MW/m,下游右岸最大冲刷深度达到45m,左岸最大淤积高度达到17m,冲淤变差达到62m。陈老师的分析使我对安康泄洪消能问题有了较清晰的认识。到西北所后不久,我接手的第一个试验就是安康整体水工模型试验。一开始采用了多次修改方案,但效果均不明显,由于单宽流量大,下游尾水深,枢纽处于汉江弯道,右岸冲刷和左岸淤积的基本态势没有明显改善。经过认真的试验观察和理论分析,逐渐认识到减少下游冲刷就必须提高消能率;要改变右冲左淤的基本态势就必须调整横断面的流速分布。为了提高消能率,经过比较采用了在溢流灞顶加设Y型宽尾墩,使溢流水舌纵向扩散,侧向掺气,在水垫塘中形成三元水跃;为了调整横断面流速分布,在右底孔采用异性挑坎,使水舌纵向拉开并在平面上向左岸旋转,左底孔处于枢纽中央,采用不对称短边墙自由扩散挑坎,在调整入水方向的同时提高扩散和掺气效果,在右岸两个溢洪道采用贴角鼻坎,改变溢流水舌直冲右岸的流态,使水舌在纵向拉开、侧面掺气的同时向左岸偏转。在左岸三个中孔采用不对称宽尾墩,在提高消能效果的同时,避免水翅冲击升船机排架。采取了综合消能措施后,既提高了消能率,又调整了横断面上流量分布和流速分布。经过一系列改进和完善,在综合大家智慧的基础上,终于在1983年10月形成了宽尾墩加消力塘与异性挑坎相结合的联合消能方案,使左岸最大冲刷深度减少为7.5m,右岸最大淤积高度降为8m,冲淤变差从62m减少到15.5m, 基本解决了安康泄洪消能这一重大技术难题。而解决问题的途径与陈老师的分析不谋而合。安康水电站经过多年的运行,原型观察结果表明,主河槽位于河道中部,实际最大冲刷深度发生在右岸0+280断面,河底高程231m,冲刷深度9m,左岸淤积高程248m,淤积高度8m,与模型试验结果十分相近。
    陈老师说在进行科学试验时既要全面考虑各种工况,又要抓住主要矛盾;既要重视科学试验,又要重视原型观察;既要重视物理试验,又要重视科学计算。在进行挑流消能单位体积消能率研究时,他为我设计的试验考虑了入射水舌厚度、入射水舌角度、入射水舌流速、下游水垫深度和冲刷材料粒径等五个参数,共计256组试验。面对256组试验的数万个试验数据,他要求在整理资料时采用科学方法,首先用尺度分析法将参变量整理成有明确物理意义的无尺度参数,再用多元逐步回归分析各无尺度参数对冲刷结果影响的权重,各参变量之间的相关系数及在公式中的指数。
    陈老师特别重视水力学原型观测,在指导我的论文过程中,要求我到长委会科学院和湖南省水电设计院进行原型观察的调研,加深对消能防冲问题的认识,有机会也要去参加水力学原型观测。所以,从1990年到1996年,设计大师林克冀和我共同主持了安康水电站水力学原型观察,北京勘测设计院与有关单位联合,采用综合观测技术,组织多学科协同攻关,进行了七年原型观测,取得了大量有意义的原型观察成果,获得水电部科技进步二等奖。
    在70年代末80年代初,当时计算机硬件速度和计算方法还处在较低的水平,陈老师在重视物理试验的同时,特别重视数值模拟的重要性,他在理论上具有的前瞻性和深邃的观察力,以及善于学习国内外学术新进展、新知识、新技术。在学术上兼收并蓄的思想一直在指导着我的整个科研工作。在指导我研究工作中,他前后给我出了十个研究题目,让我进行选题。这十个题目当时都是水力学研究的前沿课题,其中除了一部分是物理模型试验,还有数值模拟课题。在指导我进行消能防冲试验研究的过程中,有一次在他家里,请美国堪萨斯大学的余芸生教授对我的研究工作给与指导,余教授首先让我看了一篇突然扩散的数值模拟论文,然后给我一个具有自由面、底部为活动边界、平面突然扩散的三维冲刷数值模拟题目,这是一个十分困难的问题,以我当时的知识积累和理论素养,在当时完成这样困难的课题是不可能的。在我完成大量物理模型试验后,有一次陈老师说,如果能继续进行三维冲刷的数值模拟,有重大的意义。这件事对我影响极大,在此后,到中科院研究生院选修了数理方程、张量分析、有限元等课程,并在毕业后用了将近十年的时间准备数值模拟的知识。直至1990年,我开始学习和使用中科院数学所梁国平研究员的“有限元程序自动生成系统”,从1991年开始,将这一技术用于大朝山水电站,后来又陆续用于三峡、水布垭、龙滩、小湾、尼尔吉、公伯峡、百色、临淮冈、索风营、洪家渡及泰安抽蓄电站等十多个大型水利水电工程,并取得比较理想的科研效果。这一切都是和老师的教学思想以及水科院不断创新的学风分不开的。
    老师现在已经93岁高龄了,但他的治学态度和人格魅力对于他的每一个学生,和周围的同事都是宝贵的财富。在回顾水科院的发展时,感谢恩师在学术上对我的指导,使我终身受益。感谢中国水利水电科学研究院对我的培养,使我成为对社会有用的科研工作者。



 

中国水利水电科学研究院水力学研究所
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