能源知识
从小河边走出的中国水电能源理论半岛·体育中国官方网开拓者
如果没有外出安排,清晨,一头白发的他都会从华中科技大学校内的家里出发,穿过一排排70年前与同学们一起栽下的梧桐、桂树,8点前准时出现在土木与水利工程学院水工楼的办公室。
1953年夏天,18岁的张勇传第一次离开家乡,从河南南阳的白水河畔来到华中工学院(华中科技大学前身)求学。彼时,这所高校刚创办未满一年。凭着优异的成绩,张勇传毕业后留校工作。
张勇传数十年扎根于此,从事水电能源领域的教学与科研,亲眼见证华中科技大学成长为国内综合实力靠前的院校;他立足水电专业,在水库运行基础理论、规划决策与风险管理、水电站经济运行计算机实时控制等方面开创了多个“中国第一”,1997年当选为中国工程院院士。
在许多场合,这位“中国水电能源理论的开拓者”称自己“一生伴水而行”。闲暇时,他喜爱练习书法,最常写的是“上善若水,水善利万物而不争”。
他常常对学生说:“做人做学问的态度就要像水一样,既柔且刚。无论面对怎样的挫折,都不要影响自己的信念、目标以及做人的准则。不管是风平浪静还是惊涛骇浪,都永不停息地流淌下去,流过山川,流过平原,给人类带来永无穷尽的资源和福祉。”
1935年3月,张勇传出生在南阳白河边的一个村庄,兄弟3人。父亲读书明理,看重教育,困难时期变卖家中部分田地供孩子们读书。战火纷飞的年代,他深知落后就要挨打,要求自己抓住一切机会学好科学知识,希望日后能为祖国强盛做点什么。
从家乡盆窑村小学毕业后,他考上了当地最好的中学——南阳中学。南阳是一座古城,“科圣”张衡、“医圣”张仲景等名人就诞生于此。张勇传是听着家乡这些历史文化名人的故事长大的。
老师讲过“张衡寻访炼铁场”的例子。一次,少年张衡路过一家打铁铺,看到店里有人在锻造农具,就问这铁从哪里来。对方告诉他来自城外白河上游的炼铁场。张衡出城沿着河岸寻找,最终找到了一排排矗立的炼铁炉,观察、了解到了炼铁的全过程。
“这说明做学问的方法是‘问学’,要善于提出疑问,在破解疑问的过程中,学习到真正的知识。”在此后的学业与事业中,张勇传将“欲知则学,欲学则问,不问不学,不学不知”作为精进的格言。
“他不仅是东汉时期伟大的科学家,在天文、地震、数学、机械制造等方面成就卓绝,还是了不起的文学家。天上,有后世为纪念他而命名的‘张衡星’;笔下,他的代表作《二京赋》《南都赋》《归田赋》等流传至今。”张勇传说,他印象深刻的是记述南阳郡地理风貌、山川礼俗的《南都赋》。
“在当时,不论课堂上还是课后,语文老师、历史老师或者几何老师,都会讲一些张衡、张仲景等名人的成长故事。”张勇传认为,中学老师们潜移默化间给自己心中埋下了一颗追求科学文化的种子。
几何老师讲解图形证明类的题目,讲完一种方法后,有时会抛出问题:还有哪几种方法可以证明?下课后,张勇传总爱琢磨,剩下的几种方法是什么?思考得多了,心中的答案也就多了,他在与老师探讨的过程中,有时也会把老师“问倒”。初二时,他在学校得了个“小华罗庚”的外号。
“不同的人有着不同的眼光、不同的气派与向往、不同的科学态度,从不同的角度提出不同的问题……彼此都会加深对自然科学、人文道理的认识。”张勇传认为,当时看似平常的启发与探讨,帮助自己慢慢养成了“问学”的习惯,成为开阔思路、掌握知识的重要方法。
当时的南阳高考生本应在河南许昌考试。不料连降暴雨,白河水突然猛涨,洪水淹没了通向考场的路。为了帮张勇传顺利赶到考场,父亲筹钱雇了一条运货的小船,母亲递过来七八个煮好的鸡蛋,祝他一帆风顺。
看着母亲远去的背影,张勇传瞬间想起了朱自清的《背影》。但他很担心因为这暴雨而失去高考的机会,于是与撑船的渔民出发,改去邻近的湖北省襄阳市赶考。
雨仍在下,两人顺白河下行。令张勇传有些惊异的是,平常一条不大的白河,此刻竟翻腾起比人还高的风浪,小船忽高忽低,奔涌的洪水一遇转弯处,迅即卷出漩涡来。张勇传与渔民在小船上颠簸了一天一夜,终于在开考前一天到达襄阳。
赶考路上淋了雨,加上旅途疲乏,张勇传感冒了。考场上,他头脑有些昏沉,考试结束,感觉“没有考好”。
很快到了放榜的日子。在报纸上,张勇传“幸运”地找到了自己的名字,他被“华中工学院动力类”录取了。
彼时正值新中国成立初期,百废待兴,国家建设急缺大量工业人才。1952年冬,中央人民政府决定在武汉建立华中工学院,为社会主义建设培养人才。
建校之初,华中工学院开设机械、动力、汽车和内燃机、电力4个学系,都属于重工业“机械制造”和“动力”范围之内。动力学系下设水力动力装置等3个专业。
开学时,校园尚在建设中,纵横交错的马路格局初显,两侧大部分还是工棚,整个校园就是一个热火朝天的大工地。师生们被临时分配到学校的4个分部(武昌、桂林、长沙、南昌)学习。
动力类师生在桂林分部上课。老师介绍专业详情时,张勇传得知,自己所在的“水力动力装置”是全国第一个开设的水电专业。这一专业1953年首届招生4年制两个班,共60名学生。
当时的新中国,水力动力装置十分少见。正因稀少,张勇传更加觉得,“国家需要,学这个就很重要。等学有所长,就有为国家作贡献的机会”。
大一教微积分课的老师黄步瀛是从中学调来的。张勇传记得黄老师讲课的场景:上课从不带讲稿,手捏一支粉笔从头讲到尾,逻辑性强,富有哲理。比如讲到“极限”的概念,阐释“无限大”“无限小”,黄老师吟诵《庄子》的“一尺之棰,日取其半,万世不竭……”边讲边比画,让同学们自己体会。
黄老师的课通俗易懂,轻松活泼。讲到数学学习的窍门之一是“多练”时这样举例:“理发师剃头那也是要靠练的,师父会让徒弟练上3个月,考察刮脸看手稳不稳,趁徒弟不注意,‘啪嗒’拍一下手,手不动就说明练到位了,刀分毫不可失,不然刮到顾客鼻子那怎么得了?”“全班同学在哄堂大笑中记住了什么是‘熟能生巧’。”张勇传回忆。
受黄老师启发,加上自己爱琢磨,大一时张勇传围绕“倍函数”提出了一套自己的见解。这让当时的辅导员、微积分课程助教李柱眼前一亮。数十年后,李柱教授在一篇回忆录里评价张勇传“在数学方面很有天分”。
张勇传物理、化学等几门课也表现优秀。在桂林分部上完一年级后,他回到了学校武汉本部。
不料,正值长江突发“1954特大洪水”,张勇传和同学们在假期参加了抗洪抢险。“听吧,战斗的号角发出警报,穿好军装拿起武器!共青团员们集合起来踏上征途,万众一心保卫国家!我们再见吧,亲爱的妈妈……”校园广播里响起苏联歌曲《共青团员之歌》,大家热血沸腾,连夜汇集到长江边。
同学们有的挖土,有的挑土,不断增加江堤的高度。有的土质不符合要求,好不容易挖了挑过来,浑黄的洪水一冲,坝就裂缝了。大家在摸索中弄清用什么样的土才管用,坝要怎样才能夯实。
师生们干了一天一夜。张勇传记得,夜里很晚,学校有些专家还在现场研究怎样找到管涌的口子。
这次大抢险,加上高考洪水中赶考的经历,让张勇传对水有了更加深刻的认识与理性沉思:“滔滔江河水,足以令人惧怕,但同时也蕴藏着巨大的能量。能不能运用科学技术,将水害变为水利?”
接受记者采访时,他念起贾岛的《寻隐者不遇》,“松下问童子,言师采药去。只在此山中,云深不知处”。“如果老师把知识都教了,学生怎样前进一步呢?要启发学生发挥想象力,努力创新。”他说,自己后来“有些工作做得还可以”,都是在解决问题的过程中做出来的。
大四时,张勇传对“水能计算”提出了自己的想法。此前,“水能计算”必须做试算,过于繁琐。他发明了一种新方法——“图解法”,简化了原来的过程。他将这一研究结果写成文章,投给《水力发电》杂志,没想到接到了回信:用稿纸誊抄寄回。那时的张勇传还不知道什么叫“稿纸”,打听一番才弄清。不久,文章顺利发表。
这是张勇传发表的第一篇学术论文,带给他极大的激励。他亦将此看作自己学术创新的“处子之作”,至今保留着这篇文章。1957年大学毕业后,想要在水电领域做出更深远研究的张勇传,经双向选择留校任教。
彼时,苏联莫斯科动力学院的水电学科世界领先,我国的水电专业基本是照搬苏联模式筹建起来的。苏联水电专家在中国设了3个援建点,分别位于清华大学、华东水院(现“河海大学”)和华中工学院。
1958年10月,高教部在华中工学院举办水电进修研讨班,从全国选拔出近30名水电方面的高校教师和科技人员参与,张勇传名列其中。授课老师是苏联专家谢福拉副教授,课程包含水电站运行及管理等内容。
谢福拉是最早将电厂优化运行理论引入中国的外国专家,用俄语讲课,课上配有翻译。张勇传想将知识理解得更透彻一些,但两个现实困难摆在面前:自己大学期间才学初级俄语,远不具备能自如听课的能力;同时,专家在课后会留下一些参考文献让大家研读,大多是些英文资料,张勇传的英文也尚未达到轻松读文献的水平。
为了抓住机会将知识学得更扎实,张勇传花了很大精力,一本本啃俄语、英语、水利等方面的书籍,硬是将老师留下的问题一一理解透彻。
随着专业知识体系的不断完善,张勇传一步步走上水电能源开发与优化调度的科研之路。
水库优化调度,需要用好水库的蓄水。如果平时存水太多,洪水一来会面临失控风险,甚至冲毁大坝,严重损害人们的生产生活;如果放水太多,将造成水资源浪费,枯水期导致下游灌溉困难。
以前,我国水库调度只能凭借调度人员的经验。张勇传要做的,是找到科学的调度方法,寻求对水库水电站长期运行方式的最佳控制,充分利用水能,取得最大发电效益、社会效益。
经过持续研究,1963年,张勇传写就《水电站水库调度》一书,由中国工业出版社出版。这是我国水库调度领域的第一部著作,当时他年仅28岁,业内评价“表现出优秀的研究才能和刻苦的钻研精神”。
20世纪50年代末、60年代初,正值我国困难时期,张勇传常常吃不饱饭,不得已吃些野菜。在基本生活难以保障的情况下,有的人难免放松对学业、事业的追求。
营养跟不上,张勇传一度身体浮肿,“袜子穿不上,提个裤子也绷得紧紧的”。但他明白,做研究工作必须懂得很多东西,这需要耐得住寂寞,要吃得了苦。
饭吃不饱,《水电站水库调度》的含金量却不低。其中的科研成果转化为实际应用,创造出巨大的经济价值、社会效益。
位于湖南资水中游安化县境内的柘溪水电站,是中华人民共和国成立后湖南省兴建的第一座大型水电站,1962年开始发电。但十多年里,柘溪水电站基本“靠天吃饭”,有水就发电,水多了就放掉,水少就限制用电,干旱时下游群众用水困难。
1979年,柘溪水电站负责人找到华中工学院求援。张勇传受学校委派到湖南,迅速开展工作,并和团队查阅了28年的水文资料,研究最佳调度方案。
当时,我国电子计算机很少,每省仅1台,要么在计算技术研究所,要么在省计算中心,需预约排队使用。“湖南方面对我们支持力度很大。”张勇传回忆,只要团队预约,就能很快用上。
团队“压力其实很大”。正值改革开放初期,我国经济社会发展需大量用电,“团队就想着怎样能优化方案,为国家建设多发点电”。
那是一台使用穿孔带的121计算机,机体很大,占了整整一栋楼房,计算速度却很慢,没有显示屏。一个方案往往要连续三天三夜才能算出结果来。
“动不动就要算结果。往往费尽九牛二虎之力,还得出错误的结论,常常着急得不知道该怎么办……”张勇传和团队成员索性就吃住在机房,饿了啃饼干,困了躺在草席上凑合休息,一次又一次验算、完善方案。
一天深夜,湖南省电力局领导前来探望,见团队饿着肚子鏖战,就带大伙儿到街上买米粉充饥。在许多年后的一篇回忆文章里,张勇传写道,“那大概是我这辈子吃得最香的米粉了,滑滑的,只是一个哧溜就滑到了我的肚子里。我吃得非常快,至今还能记得那份难得的畅快”。
经历了无数次错误结论,张勇传带领团队成员们一点点复盘,没日没夜找问题。最终在两个月内,柘溪水电站的最优调度方案诞生。
这个方案让柘溪水电站一年之内多发电1.3亿度。柘溪水电站由此成为我国第一个成功实现优化调度的大中型电站。
彼时,水电部有关负责人在日本考察注意到,日本也很重视“水电如何发挥更大效益”。水电部在详细了解张勇传团队的研究成果后,召集全国各地主要水电站工作人员带上原始资料、调度方案,到湖南集中按照张勇传提出的算法与理论进行试算。“算出来的结果都比原来的好,都能够多发一些电。”张勇传回忆。
他的研究成果最终被水电部在全国34座大中型水电站推广应用。长江、黄河等流域许多水电站还专门邀请其上门“诊断”,寻求优化调度方案。
基于大量第一手资料,张勇传对优化调度理论进行总结,提出并证明了水库优化调度的三个定理,编制出了我国第一个水库优化调度程序,实现了理论上的创新、经济效益和可靠性的统一。
1985年,首届国家科技进步奖颁奖。鉴于张勇传“通过学科交叉,在本学科取得理论上的突破,并在生产应用中取得巨大经济效益”,其“水电站水库优化调度理论应用与推广”获一等奖。这是湖北省首批、华中工学院首个国家科技进步奖一等奖。
电力是经济发展的基础保障。随着改革开放进程逐步深入,我国解决能源不足、电力不够的问题迫在眉睫。
1984年年初,张勇传和同事们在华中工学院校园里,建立起我国第一座水电站经济运行计算机控制实验中心。
随着现代信息技术的不断发展,张勇传率先提出“数字流域”“三维水网”等概念,进行系统研究;他在国内首次将博弈论、控制论、不确定性理论运用到水电运行管理中,率先提出的凸动态规划和水调对策论,开辟了新的研究领域;建立了调度面变分求解模型以及传递相关判别准则,解决了库群优化的“维灾”难题;构建的随机决策模式、洪水分型和分型归纳演绎预报模式,为该领域研究开拓了新的途径。
1997年,张勇传当选为中国工程院院士时,《候选人简表》有这样一句话:“所得成果在实际工程应用中获得超过8亿元的直接经济效益。”有人说,截至今天,张勇传的研究成果给国家带来的直接、间接效益,“恐怕已无法用数字来计算”。
正如他跟学生交流时说的,“就像水一样,不管它是风平浪静,还是惊涛骇浪,都永不停息地流淌下去”。多年来,在水库运行基础理论、规划决策与洪水风险管理、电力系统和水电站计算机仿真控制、随机决策等领域能源知识,张勇传深耕不辍,研究不断取得突破。这些理论在丹江口、三峡等特大水库和水电站中得到广泛应用。
“做科研离不开坚定的信念。不能一会儿干这个、一会儿去搞别的,这搞不好事。一个人要想获得成功是很不容易的,全力以赴也不见得能搞好一件事,但是小的成功总是有的……”张勇传感念在最困难时,华中工学院时任校长朱九思对他的支持。
那是“文革”时期,囿于特殊的社会背景,张勇传的研究结果短时间内无法在实践中运用、检验,他被批为“反动权威”,其《水电站水库调度》被诬陷为“搞经济主义”,是“唯生产力论”,数学研究则被认为是“玩数字游戏”。张勇传受到了批斗,还要进行劳动改造。
随着中央提出“抓革命,促生产”,射流成为热门项目之一,有同事转行从事射流研究。张勇传也一度觉得,既然自己的研究难以付诸实践,供施展抱负的空间太小,不如转行,做一些容易见实效的项目。
他找到朱九思校长,提出了自己的想法。两人交流时,得知张勇传研究的水电能源开发与利用“如在工程上应用,能实现较大效益”,以及美国、苏联在该领域研究的大致情况后,朱九思鼓励他不要放弃,“保留好这一领域的种子,就坚持这个方向”。
这坚定了他“继续研究”的信心与决心,“别人理解也好、不理解也罢,我尽自己的能力,把研究往前推进一步”。
时至今日,张勇传出版《水电能优化管理》《水电系统最优控制》等16部专业著作半岛·体育中国官方网,获国家科技进步一、二、三等奖和国家及省部级奖励十余项。2021年,湖北省最高人才荣誉奖项——首届“湖北省杰出人才奖”揭晓,张勇传入列20名获奖者之一。
对于荣誉,张勇传“不知道有什么用处”。他谈起读大学起就喜欢的两位偶像:爱因斯坦、居里夫人。
“爱因斯坦认为,提出一个问题往往比解决一个问题重要。”张勇传说,“话说回来,自己就是想把提出的一个个问题解决。想得最多的是做的研究能在生产实际中产生什么样的效果。至于朋友们怎么评价,甚至领导怎么评价,都不是第一位的”。
沿着一条路做研究,也并不一定就能收获世俗的“成功”。他补充说:“也许几十年一条路没能走通。这也是对科学的贡献——让别人可以避开错误的路途从而探求其他的路。”
2005年,正值爱因斯坦创立“相对论”、提出质能方程(E=mc2)100周年,在华中科技大学,经张勇传院士与时任校领导倡导,学校研究生院面向全校启动“科学精神与实践”讲座。
张勇传受邀作为首场讲座嘉宾,围绕“珍惜爱因斯坦的精神财富”作专题讲座,鼓舞青年学子们“崇尚科学精神,提高学术水平”。
至今,这一讲座举办300余期,成为华中科技大学涵养学子科学与人文精神的“十大校园文化品牌”之一。
居里夫人是世界首位获得诺贝尔奖的女性。张勇传感佩的是,居里夫人与姐姐同时考上大学、面临家中经济困境时所作的选择——先牺牲自己去当家庭教师、资助姐姐读大学,等姐姐毕业找到工作再帮助自己读大学。
“科学求真,人文求善,两者可相得益彰。‘己所不欲勿施于人’与‘己所欲施于人’同等重要。帮助他人,与人为善,该出手时就出手,吃点亏都不要紧。”
大学时,班里曾有一名抗日战争时期担任过儿童团团长的同学,因当时的特殊政策被录取,各科基础较差,学习很是吃力。张勇传利用课余时间为这名同学辅导,不厌其烦地为他讲解,“帮助同学、看到同学得到进步,同学开心、我心里也很开心”。
雨季,看到一些山区滑坡频发,他认为当今在山区修路不能过于求“快”;一些城市一遇洪水就“看海”,他追问“排水管网改造得怎么样了”。
谈及“大学生努力的方向”,20多年前一次接受媒体采访时,他提出,成功不在一时一事,学习是一辈子的事情,成功三部曲在于“知到智、材到才、人到仁”。“知人者智也,自知者明也”;材料只有经过打磨,才能找准人生的方向,历练成才;仁者是超越知识的最高境界,“仁者爱人”是对人性的最好诠释。
近年,“佛系”“躺平”等成为部分年轻人口中的“热词”,他认为这仅仅是一段时期的流行语,形不成大的风潮,“可能过几年就又变了”。得知个别年轻人为感情、学业、前途所困,抑郁甚至选择结束生命,他认为这些困难确实就在年轻人身边,“但眼前的困难不宜过分放大,有时不妨抬头看看远方”。
针对当下一些“内卷”现象,张勇传认为,这于自身成长、社会创造性的发展不利。他建议,与其关注眼前利益,不如以更宽广的胸怀、更广阔的视野、更深远的思考,锚定目标、走出一条自己的路。
如今,已近鲐背之年的张勇传仍在和科研团队一起奋斗,他表示:“说福东海多波浪,说寿南山风雨狂,淡定随缘过往事,留取丹心向朝阳。”谈起水,他说:“此生既和水有缘,就甘愿作其中一滴,无声地陶泽土地,默默地滋养桃李。”作为教师,他坚信青出于蓝,而将个人的荣誉得失,都丢弃在前行的路上。
人民日报社概况关于人民网报社招聘招聘英才广告服务合作加盟供稿服务数据服务网站声明网站律师信息保护联系我们
人 民 网 股 份 有 限 公 司 版 权 所 有 ,未 经 书 面 授 权 禁 止 使 用