韩其为 院士
韩其为，1933年11月生，湖北省松滋县人。1950年初中毕业后到长江水利委员会沙市水文站（后改为荆江河床实验站）工作；1961年调至长江科学院河流研究室，并被派到武汉水利水电学院和武汉大学进修；1964年回长江科学院河流研究室，任水库专题组副组长；1980年后在中国水利水电科学研究院工作；1986年被确定为国家级有突出贡献的中青年专家；1999年获国务院特殊津贴；2001年当选为中国工程院院士。
韩其为院士长期从事泥沙运动理论、水库淤积、河床演变研究，是我国著名河流泥沙专家。从1964年开始，他采用力学与随机过程相结合的方法，对泥沙运动统计（随机）理论进行了长期研究，至1984年已建立了其理论体系，取得了突破性成就。1990年他的“泥沙运动统计理论”专著经国家自然科学基金委员会鉴定，一致认为此项研究达到国际领先水平。该研究在国内外引起强烈反响，两届国际水力学会主席均对此充分肯定，美国流体力学百科全书曾辟专章予以介绍。此外，他还对非均匀悬移质不平衡输沙、水库淤积、泥沙起动规律等长期深入研究，均取得了重大进展。其中非均匀悬移质不平衡输沙研究，开拓了多个新的研究领域，推动了泥沙学科的发展，并完成了水库淤积从传统的定性描述向定量表达过渡，奠定了水库淤积的理论体系。
在长江、黄河工程泥沙方面，韩其为院士有多项卓有成效的研究。特别是三峡水库淤积方面他建立的不平衡输沙数学模型已使用30余年而不衰，他提出的长期使用水库理论及航运控制调度理论，在三峡水库的论证、设计及运用方面均发挥了重大作用。
韩其为院士先后在《科学通报》、《中国科学》、《力学学报》、《水利学报》、《泥沙研究》及美国ASCE等杂志发表论文及报告200余篇，出版专著六部。
我研究工作的几点体会
■ 韩其为 院士
韩其为 院士
一、长期艰苦自学
1、实际应用的需要，可以增加学习兴趣，促进学习。1950年，16岁的我进入长江水利委员会参加工作。从一个初中生，到一个泥沙运动理论的科研工作者，我经历了一个漫长的艰苦自学过程。特别是除后来脱产进修外，我的自学（还包括一些研究）都是在业余时间完成的。1951年和1952年我在沙市水位站担任水位观测员，平时每天观测三次，每次观测和记录加在一起的时间不过10分钟，因此空闲时间很多。1952年汛期，我在观测水位时发现，在洪峰到达后有较长一段时间水面发生上、下波动，水位不稳定。当时我连续观测了一段资料，通过分析我发现水位波动的振幅和周期有明确的规律。我为此还受到表扬，并被授予了模范工作者的称号。我后来总结时认为，这件事应算是我研究工作的开始，当时只感到做这种事很新鲜，有结果，也产生了兴趣。
1953年调到观音寺水文站后，有两件事难倒了我。当时我和同事们主动进行了斜航测流的试验，即测船沿江横渡，可测出水面的平均流速，此法系一个苏联水文测验专家提出的。对照着书本，我可以算出平均流速，脑子里也隐约理解这个意思。本来作为水文站的日常工作，能算出流速也就够了，但是我的脑子里却想对这个算法问个为什么，因为这里涉及到积分问题。另一个问题是流速仪测流是用悬索悬吊，在水流冲击时会向下偏离变成一根曲线，需经修正才能得到垂直距离。当时按苏联规范的改正表进行改正，但是改正表范围窄，也有明显不符合实际的地方。这个问题本来也不是水文站的任务，但我对此有一定兴趣，并做了一个简单的试验，试图解决这个问题。但因上述两个问题均涉及到流体力学与数学分析，不是我当时能够解决的，于是我下定决心，在自学完高中功课后开始自学流体力学和微积分，并搞懂斜向测流的道理。悬索偏角的问题，则一直摆在我的脑子里，直到1958年底，长江委水文测验处处长向治安要求我从理论上分析总结宜昌站、北涪站进行过悬索曲线与偏角改正的大量野外回声仪试验资料时，我才重新检起了这个问题。这个工作我前后找过几个大学生，除描述了试验和一些现象外，理论上均无进展。当时我在北京水利水电科学研究院（中国水利水电科学研究院前身）河渠所协作，做放射性同位素卵石示踪试验，向治安派了一个助手（吕道源）协助我。由于此时已自学完大学有关数学和力学课程，我在不到两个月的业余时间就完成了此任务，提出了约10万余字专著。
2、对专业有关的基础理论，必须系统的掌握。自学的课程主要结合工作进行，所学的内容虽较为牢靠，但是往往不够系统，为此需要对有关学科，进行自学补课和在进修期间通过听课增加系统性，同时澄清一些疑点。例如1955年至1957年在长江水利学校学习期间，我已自学了高等数学、理论力学和流体力学等，因此学习期间我的目标是超越中专课程，而全部自学大学水文专业的课程，并且还抽时间查阅文献并编写了论文。再如1961年至1964年在武汉水利电力学院及武汉大学数学系进修期间，我在已掌握的数学、力学等方面的有关课程之外，进一步修完了综合大学数学系及流体力学系的课程。同时我也听了河流动力学和与其相关的一些课程。因此通过以前自学和3年半的进修，我基本上掌握了数学、流体力学、水文、河流泥沙四个专业本科的课程。其中，武汉电力学院数学教研室根据我在武大数学系和武水数学教研室听课和考试的成绩（进修的六门数学，除一门考察外，其余全为5分），教研室主任、指导老师彭旭麟认为我已达到了大学数学专业本科的水平。
二、明确研究方向，选择能够突破的重大科研课题是首要的
1、选定重大科研课题以及在主客观条件下有可能突破的内容作为研究方向。1961年我由长江委水文系统调长江科学院后，领导明确指示，我的培养目标是泥沙理论方面的后备科研队伍。因此泥沙运动理论研究是我的研究方向。
根据当时查阅国内外文献，我认为力学与概率论相结合的交叉学科是研究泥沙运动的新途径，于是选择了泥沙运动统计理论（随机理论）作为突破的课题。这个方向在我脱产进修期间就确定了。
选择这个课题进行研究，从当时主客观的条件看实现突破是可能的。其中有利的条件主要在三个方面：
①该学科刚开始发展，有大量的创新领域有待研究。
泥沙运动统计理论是于1937年从H.A.Einstein（小爱因斯坦）的博士论文开始的，我研究了水槽中在初始时刻处于某一点的静止(运动)颗粒经过一定时间后沿程分布。最后我从理论上导出了二维泊松分布描述这种扩散。但是由于未与河流泥沙学科关心的输沙率联系起来，同时由于分布中有关参数没有与水力泥沙因素结合，实际只给出一种概率分布，其成果无法使用。直到上世纪60年代，随着示踪技术的发展，该成果才开始后续研究。与此同时，到上世纪40年代末，H.A.Einstein本人也改为利用概率论和力学结合的方法研究推移质输沙率，但是只利用了一些概率论的概念和一种概率，并未涉及输沙率的随机模型和分布。后来的追随者们在大的思路和方法方面并未突破 H.A.Einstein的框框。此外在泥沙运动统计理论方面还有一些其它成果，如推移质跳跃等等。总之，在60年代初，泥沙运动统计理论是很不完整的，不仅研究成果少，而且未显出其对泥沙运动的重要意义。这反过来说明创新的领域则是颇为宽阔的。
②研究人员需要有较踏实的数学力学基础
在明确泥沙运动的理论方向后，我在过去自学的基础上，又在进修期间特别加强了数学、流体力学的听课与自学。在武汉水利电力学院和武汉大学进修结束后，我已基本掌握了数学、流体力学、河流动力学、水文学等四个专业的大学本科课程的内容。
③由于曾在基层工作，我对河流泥沙运动有丰富的经验和实践基础，并且在研究开展后特别注意了实际泥沙运动（野外和室内水槽）的调查与观察。
2、得到的成果。从1964年开始至1974年，我初步完成了泥沙运动统计理论研究，1984年由科学出版社出版了专著。该专著经国家自然科学基金委组织十位专家书面鉴定：“一致认为此项研究内容丰富，已建立了较为完整的理论体系，泥沙运动中一系列迄今尚未解决的问题，得到了注释，从而推动了泥沙运动理论的发展，鉴定者认为这项研究成果具有显著的开创性，在学术上已达国际领先水平”。美国流体力学百科全书，曾辟专章对该专著（第六卷第十八章）予以介绍。
三、深入发掘机理，抓住源头创新，开拓新的研究
在泥沙运动统计理论研究中，得到的单颗泥沙运动的力学及统计规律和床面不同状态泥沙转移的统计规律等是最基本的，不仅属于源头创新，而且可以增长一系列成果。这项源头创新成果，提供了在床面泥沙四种状态（静止、滚动、跳跃及悬浮）寿命分布。这些内容成为我进一步创新研究各种泥沙运动的理论基础。例如，在此理论基础上，我建立了非均匀悬移质不平衡输沙的理论体系，包括不平衡输沙的底部边界条件的理论模式，非均匀沙理论挟沙能力、非均匀一维不平衡输沙，分析解、恢复饱和系数的理论值，挟沙能力级配及有效床沙级配，不平衡条件下含沙量近似分布，床沙质与冲泻质统一的挟沙能力规律，以及挟沙能力多值性的理论研究等。
此外利用所述源头创新，经过研究可导出目前河流动力学（河流泥沙运动）四方面理论中的三方面的理论（不平衡输沙，悬移质挟沙能力，推移质输沙能力），以及能进一步阐述含沙量沿垂线分布理论。
当然从源头创新拓展其它研究，也不是一个简单的应用过程，必须抓住有关现象之间的联系，深入剖析机理和细观推导。
四、认识来源于实践，感性认识及实践资料是研究工作的基础
我所做的研究不少来源于实践，主要包括如下几个方面。
1、进行深入的野外调查。为调查三峡水库卵石来源，我在1966年组织了8人从沙市沿长江逆水至金沙江（长1000多公里）以及支流岷江、沱江、嘉陵江、乌江部分河段进行了三个月的调查，基本上到达了所有卵石洲滩。通过此次调查，摸清了通过干支流卵石岩性的差别，计算出各支流汇入卵石的数量比例，突破了过去根据岩性只能定性判断卵石来源的做法。在一年之后，日本才提出这种计算方法。谢鉴衡院士当时对其中由卵石静态特性分析一些动态特性的做法，认为肯动脑筋，“死人骨头炸出了油”。
我还曾三次进行丹江口水库汉江下游冲刷调查，后两次（1980年、1985年）调查从丹江口至武汉长600多公里的河道，每天仅调查20公里的河段，吃住都在船上，到达了所有的水上洲滩及各种护岸。
在调查研究中，抓住过去未认识和书本上未涉及的一些新现象十分重要，特别是不轻易放过一些特殊现象，并深入挖掘其本质。
1976年我参与了丹江口水库下游河道冲刷野外调查，吃住都在测船上，此次调查发现了原为沙质河床的河段，出现较大面积的卵石、砾石等，而且该处是淤积的。这自然说明卵石在冲刷的条件下是可以下移的。问题若到此为止，不会有新发现。但是当时我思考了如果上游来的卵石能在该段淤下，原来的沙质床沙应可以冲走，这表明了粗颗粒淤下，细颗粒冲走，说明了上游来的粗颗粒与本地床沙发生了交换。于是联想到如果是细颗粒悬移质又如何？是否悬移质中的粗颗粒也会与细颗粒交换？后来从汉江的悬移质资料中，不仅发现了这个现象，而且更普遍。而这种交换造成的影响更应受到重视，后来经进一步研究，由于床沙沿程变细，得到交换是沿程不断发生，水流挟沙能力一般会沿程加大（沙变细了），发生沿程冲刷。从而论证了水库下游冲刷距离很长，就是上段来的粗颗粒淤下后冲起本段细颗粒这种机理控制。三门峡水库运用后，有研究按均匀沙计算（没有粗细泥沙交换），得到在黄河下游河道经过800m,即令水库下泄清水，也能使含沙量得到恢复。但是实际资料表明，只要流量在2500m3/s~3000m3/s以上，黄河下游河道全程发生冲刷，即含沙量恢复不是800m，而是800km。接着我和同事们从理论上详细论证了这个问题，并得到两篇成果。这是实践促进思考并进而研究的例子。
2、阅读有关实际资料及分析报告。从60年代末到80年代初，我国对水库泥沙观测特别重视，当时水利部科技司组织了12个（后来扩大了20个）大型水库重点进行淤积观测和交流研究成果，约2年举行一次交流会议，总共有数百篇研究报告。尽管这些报告大都是描述性的或定性分析，但是却为我研究水库淤积规律提供了素材，并提出了一些研究课题，促进了理论上的深入研究。当时我将报告中的各种问题、观点、争论、典型资料的内容等都在一个小本上做了记录，大约记下了100多条。以后在我研究水库淤积时，都要翻一下这个小本，将记下的这些内容与所我做的研究逐条对比，是否从理论上进行了概括和提升，阐述的机理是否符合实际，记下的内容是否在我的研究中有不同程度上的反映（包括对错误内容进行否定），是否能验证我所进行的研究的理论。正是理论上的深入研究，与北方水库排沙实践的探索经验相结合，使我完成了水库长期使用的理论研究。1978年在郑州举行的一次全国学术交流会上，水利泥沙界泰斗张含英对我说：“通过你的报告，我终于明白了水库如何做到不淤（“不淤”指平衡后）。”
五、吸收已有成果的内核，进一步深化有关认识和扩展规律
我认为，对前人的研究成果，我们一方面要继承，吸收其成果的内核，使我们起点更高；同时也要在更一般的条件进行研究，以深化有关认识，甚至得到更广泛的规律，并且能概括已有成果。
在发现粗细泥沙交换加大挟沙能力后，带来另一方面的结果显然是会使床沙变粗。这就突破了已有的“冲刷形成粗化”的观点，从而提出了“交换粗化”。其实“交换粗化”，可以概括“冲刷粗化”。另一方面，也使粗化能发生在平衡，甚至淤积过程。这就从更高的观点来对待问题，使研究成果更具有一般性。同时利用了交换强度为工具，能够在定量上统一描述这两种规律 ，使研究更加深入。
关于床沙质与冲泻质区分的问题，过去研究悬移质必须区分床沙质（较粗颗粒）与冲泻质（较细颗粒），后者是床沙中基本没有的，前者在床沙中占绝对的比例，因此H.A .Einstein与张瑞瑾分别提出了冲泻质在床沙中占10%和5%的经验数据。一般认为，床沙质由于河床中数量多，故它的挟沙能力是饱和的；反之，冲泻质则是不饱和，来多少，冲走多少，没有挟沙能力限制。上述认识在我国上世纪50年代至70年代是颇为流行的，在国外目前仍较为普遍。但是从70年代开始，在水库泥沙实际研究中，我国已开始采用全沙（包括床沙质与冲泻质两者）进行，但是没有给出理论根据。我先后对此做了深入研究：利用非均匀沙不平衡输沙理论证实了能从理论上区分床沙质与冲泻质，突破了过去凭经验划分的习惯，而且证明了床沙质、冲泻质和全沙具有同样规律，并且也得到了床沙质与冲泻质必须同时达到平衡的结论。与此同时，这些发现也能解释它们在现象上的差别，而且机理更清楚。从这里可以看出，过去的思路是将床沙质与冲泻质分开孤立研究，只涉及到挟沙能力，而没有从不平衡输沙观点分析，特别是认为一者是平衡的，一者总是不平衡。而我的研究，只承认它们有泥沙粗细的差别，不预先设置它们性质的不同，从而得到了上述更一般的结论。由此可见，考虑因素多，研究全面，虽然研究的难度大，但研究结果更深刻，也更具概括性。
编辑：易珍言（2014级博士生）
段 浩（2015级博士生）