智者乐水（林秉南传）/老科学家学术成长资料采集工程中国科学院院士传记丛书

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林秉南在高坝溢流边界层问题的研究中，首次认 识到它的自模性质， 应用紊流自模理论简化了计入水流加速、减速影响的 掺气发生点计算，提 出了等空穴数溢流坝面曲线，1964年1月，提交《坝 面6曲线的计算研 究》报告，后来写成论文《高坝溢洪道反弧的合理形 式》发表在《水利学 报》1982年第2期，作者为林秉南、龚振瀛、潘东海 。 同时，在林秉南的建议下，陈炳新开始研究掺气 对挑流消能的影响， 在陡槽中开展出射角为60°的反常挑坎试验。试验初 步表明，大挑射角可 以加大射流长度，增加掺气，从而降低水流的冲刷作 用，这是掺气水流不 同于清水水流的一个方面，也是它能增进大挑角射流 消能效果的原因。但 由于历史的原因，这项研究被迫中止，林秉南等与这 一创新研究失之交 臂。许多年以后，他从文献《1975年国际大坝会议论 文集》中发现，西班 牙新建的一项水利工程正是采用600挑流墩获得了良 好的消能效果，而且 利用纵向扩散消能原理，还发展了收缩（窄缝）挑坎 。 林秉南是我国第一个进行溃坝波试验的学者。他 在美国留学时就注意 到，在第二次世界大战中，德国的一些大坝被炸毁， 造成鲁尔军火工业区 被淹。在后来的朝鲜战争中，鸭绿江上的一些水电站 也曾被美军炸毁。由 此联想到中国的长江三峡建设也必须考虑这些安全问 题。所以在回国之 前，林秉南就利用业余时间阅读和收集了不少相关资 料。 1956年回国后，林秉南得知国家已在考虑三峡工 程的建设，他感到 无比兴奋。1958年春，林秉南参加了在武汉召开的第 一次全国三峡科 研协调会议。会议的技术工作实际由一个苏联专家组 主持，他们建议的 课题包括了三峡水库水体突然泄放的研究。所谓水体 突然泄放就是溃坝 波问题。当时，三峡工程按照正常水位200米、库容 700多亿立方米来 考虑，大坝安全面临着严峻挑战。这次会上提出，在 次年的第二次协调 会上要对大坝下游全线的水流情况作出预报。完成这 项任务在当时十分 困难。 回到北京后，水利水电科学研究院进一步要求， 三峡水库水体突然泄 放实体模型研究工作要在当年10月拿出成果。按常理 ，要在短期内完成 这样重大的工作几乎不可能。林秉南认识到问题的高 度重要性，果断地将 课题承担下来。接手后，他发觉问题比预料的还要困 难。院里连建造模 型的基本材料（如水泥和三合板）都无法充分供应； 水工所三组还有其他 任务，人力也远远不足。在副组长陆茂竹、武琪和庞 昌俊、牟平恕等全组 成员的共同努力下，他们苦干了多个通宵，并在北京 水电学校师生的帮助 下，终于将模型赶制出来。在制模中，林秉南和同事 们想出了许多节约用 材的办法，比如用厚纸板代替三合板、用黄泥掺水泥 作为模型抹面材料以 节约水泥等。当然，在关系模型精度的主要环节上， 他们仍旧不折不扣地 依据正确的原理、经验和方法来操作。 为了确定三峡水体突然泄放实体模型的规模和范 围，林秉南接连熬了 十几个日夜，在认真审视数百张地形图后，提出了模 型范围的初步设想。 从地形图上可以见到，洞庭湖和荆北平原南北有山脉 环绕，与黄石附近山 脉接近，在黄石上游形成一个大盆地，长江在中间通 过。由于在非常情况 下，大盆地将大量储水，估计过黄石的流量已衰退至 和1931年的洪水差 不多，对下游广大地区的水情可根据1931年的洪水估 计。所以，林秉南 提出，模型下游可以止于黄石，模型范围可以大为缩 减。 基于对已有溃坝洪水研究经验的认知，林秉南认 为，库区只要水量的 空间分布近似于实际便可以，不必确切模拟地形。这 又进一步简化了制模 工作，建造模型变得更加现实可行。出于节约材料同 时保证模型有效性的 考虑，要尽可能缩小模型，林秉南和组员们参考已有 案例，采用了水平比 例尺达三万分之一、垂直比例尺百分之一的变态模型 方案。按照相似准 则，要求模型具有很大的糙率来适应如此大的几何变 态率。为此，林秉南 小组采用了当时的新技术——荷兰插棒加糙法，并根 据计算选定了棒距。 他们大量收购吃冰棍者余下的小木棒作为插棒，密密 麻麻的插棒保证了水 流为紊流状态和阻力相似，整个模型的下游看起来就 像一片森林。 由于当时没有先进的仪器，林秉南和小组决定采 用土办法进行试验测 算：在关键地点插木条，在木条上贴坐标纸，定时在 其上画线。试验后， 便可根据水印整理出水位过程线。他们就是在这样简 陋的条件下，动脑 子、想办法，获得了原理正确、精度基本满足要求的 初步成果。 林秉南带领课题小组赶在1958年国庆前完成了模 型试验，并提出初 步研究报告，给出了三峡以下的主要淹没范围和洪水 行进路线。当时的三 峡科研领导小组组长、中国科学院副院长张劲夫和副 组长，科委副主任张 有萱以及学部委员刘恢先一行曾专程前往视察模型。 整座模型虽小，但在 溃坝洪水行进路线、荆江大堤为首先溃决地区、淹没 的范围等方面，提供 了许多有益的资料。模型试验中，甚至还能看到对减 少下游淹没具有重要 意义的洪水波在南津关的反射现象。 1959年初，在汉口召开的第二次三峡科研会议上 ，苏联专家组在大会 上表扬了林秉南课题小组负责的这项工作。后来，物 资供应有所改进，由 林秉南指导，借用北京水电学校的实验室按原设计重 建了规模更大的模 型，并用原方法进行项目更为丰富的试验。1959年7 月，试验小组完成“长 江三峡水库水体突然泄放问题研究”课题，提交了《 三峡洪水演进计算方 法研究报告（1958年11月一1959年8月）》。 1962年前后，由陶思由执笔写出两厚册的最终研 究报告，经林秉南修 改后送交长江三峡办公室。当时有人对这一项工作不 理解，批评说“工程 还未建，为什么就研究它垮？”实际上，从当时的世 界时局看，我国周边 强敌环伺，这项研究显得尤为必要。模型虽小、仍能 看出不少问题，如洪 水波在南津关的反射等。当然，后来正常高水位降为 175米，又实行蓄清 排浑等应用方式，情况便是不同了。令林秉南团队自 豪的是，他们曾在三 峡工程的科研工作中担任过先锋。 P79－81