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河口海岸动力地貌研究的几点体会



  ——贺陈吉余院士80华诞感言


  陈吉余院士是一位很富开拓和创新精神的科学家。他创立了不少属于我国第一的业绩和学术见解,其中最主要的也是最重要的是在1957年于华东师范大学创建了我国第一个河口海岸研究机构——河口研究室,从此开始,由于研究工作和水域发生了联系,几乎与国际同步,引入动力学来研究河口海岸的侵蚀、堆积现象和泥沙搬运机制,从而使动力、地貌和沉积科学结合在一起,在我国形成了河口海岸动力地貌学,第一个在1960年为大学生开出了海岸动力地貌学课程,为我国培养了第一届河口海岸专业班的学生,也编写了我国第一本海岸动力地貌学讲义[1]。陈吉余教授开创的河口海岸动力地貌学的研究,为我国河口海岸学科的发展和许多河口海岸工程问题的解决,做出了重大的贡献。

  我们中山大学河口海岸科研机构及我本人是陈先生开辟的这一研究方向的受益者。我们研究所的前身——中山大学地理系河口研究组,便是在陈先生的关心、支持和帮助下于1964年底成立的,它从一开始就走动力、沉积和地貌相结合的道路,以动力地貌研究为主要特色。我个人更是沿着这个方向探索了36个年头,并从1982年起为研究生讲授《海岸动力地貌学》课程,在多年的教学和研究实践中,逐渐加深了对这门学科的瞭解。这里我不嫌浅陋,试就河口海岸动力地貌学及其研究的几个问题,谈谈自己的一点体会与看法。

  1 学科性质、特色与优势   

  1995年杨干然等将我单位多年来进行的华南港口、航道泥沙回淤问题研究的主要成果汇集成册并以《海岸动力地貌学研究及其在华南港口建设中的应用》为书名出版发行,我在该书出版序言中,根据前人启示和个人研究体会谈了这样的看法[2]:我认为,海岸动力地貌学是研究海岸动力过程及其作用下的海岸形成过程和演变规律的科学。其特点是:①既研究海岸(含河口下同)的动力过程,也同时研究海岸的沉积过程(包括泥沙运动过程)和地貌过程,即能同时研究这三个过程并能将它们很好地结合起来进行综合研究,从而全面揭示海岸过程的特征及其形成发展的规律。由于海岸地貌本身是对海岸动力及其作用下泥沙运动过程的响应。反过来,根据海岸地貌的研究,就可简明地判断海岸动力及其作用下的泥沙运动的基本特点。②可以做到使宏观与微观的研究相结合、定性与定量的研究相结合和历史过程与现代过程的研究相结合,即能在空间上和时间上控制认识海岸形成发展的过程。有了以上特色与专长,我们就可以说别人(或别的学科)不说或说不出来的话,就能提出别人(或别的学科)不能或不易提出的认识和看法,从而在解决实际问题中发挥我们学科的独到作用。这里提出了一个河口海岸动力地貌学研究的时间尺度和空间范围的问题。实际研究表明,河口海岸动力地貌学研究的时间尺度小至年、月、日、时,大则可包括全新世或甚至到晚更新世;空间规模亦可大可小,小到以平方公里、米、厘米计的地区和地方,大到海平面上下(或正负)200m的与全球变化研究有关的海岸带陆海相互作用(LOICZ)研究的范围。这就需要上面提到的几个结合,才有可能做得到,而要做到这些结合是很不容易的,相邻有的学科却不易或无法做到这些结合。这正好凸显出河口海岸动力地貌学的特色、优势和魅力。上述河口海岸动力地貌学的特点表明,它已具“复杂性科学”的某些特征。

  2 重要的是要研究过程和几种过程的结合    

  动力地貌研究必须首先研究动力,但不是为研究动力而研究动力,即不是那种纯粹的水文学或动力学的研究,而是要研究动力的过程(process)及这个过程与沉积、地貌的关系。“过程”一词含有进行、经过和程序的含义。这就是说,在研究动力因素时,还要研究动力形成、发展和变化的经过以及这个经过对沉积和地貌造成的影响。这样,动力地貌的动力研究,就与纯粹的动力学研究有了一些区别。况且,动力地貌的过程研究还包括现代过程和历史过程,历史动力过程看不见、测不到,更须采用特殊的方法和手段进行研究,才能奏效。这既丰富了动力地貌学动力研究的内容,又增加了其研究的难度。其他两种过程即沉积过程和地貌过程的研究,情况也与之有些相似。沉积和地貌过程的研究必须依靠动力过程研究的支撑才有作用和意义。陈吉余教授先知先觉,他从一开始就强调指出了使动力、沉积和地貌结合在一起的重要性。

  3 关键是要研究联系动力和地貌间的纽带——泥沙运动过程

  “sediment”一词可称为“沉积”也称为“泥沙”。因此所谓的“沉积过程”也可理解为泥沙侵蚀、搬运和堆积的过程即泥沙运动过程。这样,动力地貌研究的动力过程—泥沙运动过程—地貌过程就成为一个完整的思路和体系,即动力过程是缘由,泥沙运动过程是(联系动力和地貌的)纽带,地貌过程是结果。故研究动力地貌如不考虑不研究泥沙运动过程这条纽带,是没有实际意义和未必一定有好“结果”的。时不时可以看到有的“动力地貌”研究成果摆出了一大堆潮汐、波浪等动力因素的资料,但却不研究这些动力发生的过程,泥沙运动及其过程更是不沾边,其地貌成因及其变化机理的认识或看法如何叫人理解和信服?陈吉余教授指出,河口海岸动力地貌研究就是要“引入动力学来研究河口海岸的侵蚀、堆积现象和泥沙搬运机制”[1],这是说到了要害和问题关键所在。但如何进行动力地貌学的泥沙运动过程研究,似有必要多讲几句话。河口海岸动力地貌研究由于其研究的时间尺度可以很长,空间范围可以很广,故其泥沙运动问题的研究,必须采用多种方法和途径进行探索,这其中自然包括泥沙运动力学研究方法,更包括沉积学和地貌学的研究方法。如我们在研究港口泥沙回淤问题时,经常使用沉积物粒度和重矿物分析的方法来判别泥沙之来源及其搬运的趋势与走向。又如我们研究沙坝(堡岛)—舄湖海岸体系中沙坝(堡岛)的成因及其泥沙来源,由于其与冰后期海面上升过程中滨面泥沙的向陆转运作用有关,因此必须从沉积学和地貌学方面寻求证据,而泥沙运动力学的研究方法尽管有其先进之处,却无力给予帮助。可能由于动力地貌研究采用的这些研究泥沙问题的方法比较缺乏严格的公式计算和复杂的数学推导,个别年轻的泥沙运动力学与泥沙工程学出身的学者颇有点对之藐视或不以为然,甚至发出“这也是动力地貌研究吗?”的质疑。然而恰恰是导师和泥沙研究权威钱宁先生说过这样的话:“越来越多的部门从不同方向进行泥沙研究,它们互相渗透和互相促进,这是国内国外泥沙运动研究的一个共同特点;各门学科都有其独特的传统、风格和研究手段,又从不同的角度为泥沙研究开辟了道路”[3]。事实确实如此,多种途径同时进行泥沙问题研究,而且沉积—地貌研究法的效果并不一定比其他方法差,在此我仅举一例加以证明。广州(黄埔)港的新沙港区近年来已建成十多座深水泊位(包括集装箱码头),这为该港吞吐量超亿吨发挥了重要的作用。可是当年探讨在该处建港可行性时,上级部门的不少领导和专家却持怀疑甚至否定的态度。在此情况下,1982年黄埔港务局委托中山大学进行研究论证。我们花费很少的时间和资金(数千元),使用传统的地貌—沉积学方法研究得出结论:该港址主要受东江汇入狮子洋的横向环流和回流的作用,未来港池主要受东江推移下泄的粗粒泥沙淤积的影响,但淤积量不大(每年约7万立方米),故认为,如果采取一定的措施,稳定和改善新沙地区的回淤条件,该处建港不是不可行的。这一勘察结论曾使港务局感到兴奋和鼓舞,但仍未能说服上级领导和专家,最后上级部门指示由权威单位进一步做现场观测和模型(包括数模和物模)实验,结果花费了大量的人力和物力,耗资百多万元,历时两年才得以完成。某日黄埔港务局一技术人员高兴地来校对我说:“李老师,告诉你一个好消息,他们的研究结果出来了,所得结论与你们相同!”我探问:“他们测验算出的推移质泥沙淤积量是多少?”他答曰:“小于10万立方米。”我听后只能微微一笑。

  4 在综合指导下分析,再在分析的基础上综合   

  前面讲过,由于海岸地貌本身是对海岸动力及其作用下泥沙运动过程的响应,反过来,根据海岸地貌的研究,就可简明地判断海岸动力及其作用下的泥沙运动的基本特点。因此,我们在研究某个河口海岸实际问题(例如研究港口泥沙回淤)时,常常先进行地貌踏勘,根据地貌特征反映的可能的动力和泥沙运动作用来制定具体的研究动力过程和泥沙运动过程的计划,包括最佳的研究方法、方案和步骤,这样比较容易做到有的放矢和有针对性,最终研究效果或结果亦比较好,即通过具体的动力、沉积及其泥沙运动过程的研究与分析提出新概念,最后把对地貌过程的认识提到一个新的高度和水平。这实际上就是近年来黄秉维院士(1996)[4]倡导研究陆地系统和IGBP(1998)[5]指出的研究地球系统科学的“在综合指导下分析,再在分析的基础上综合”或“自上而下(top down)和自下而上(bottom up)”交叉使用的“综合集成”研究思想或研究方法。当然,使用这种方法的前提是,研究者务必首先对河口海岸地貌特征及其所反映的动力、泥沙条件有一定的认识瞭解,在这方面,理论修养水平愈高和经验愈丰富便愈好。

  5 现场原型调查研究比模型研究更重要   

  动力地貌研究成果,不是关在屋子里或坐在电脑旁就能够做得出来的,它必须要出野外,到现场进行调查观测研究,从中获取大量的感性认识、实测资料和数据,才能经过加工提炼得出一些有意义的理性认识和概念来。原型是实实在在的东西,它比经过简化和调试处理的模型要内容丰富得多、生动得多和可靠得多。特别是基础理论问题的研究和有创新意义的理性认识与概念,尤须从实际调查研究中获得灵感和启示才有可能建立和提出来。回想1964年暑期,我和应秩甫、吕全荣三人从中山大学来到华东师大河口研究室参观学习并参加当时陈吉余先生主持的各项长江口的现场野外测验调查,无论是九段沙南槽断面的水文泥沙测验,或是横沙岛上钻探取样对三角洲沉积的观察,以及去苏北寅阳咀的潮滩定位观测站参观与在吕四港外退潮出露的辐射沙洲上的沙波沉积地貌考察等,都开阔了我的视野,增长了我的见识,加深了我对河口海岸动力地貌研究内容和研究方法的瞭解。虽然数十年过去了,我对当年陈、恽(才兴)先生亲自带领我们在横沙岛住兵营、骑自行车赶赴野外钻探现场和分析讨论沉积柱状样品的情景仍记忆犹新,罗祖德副主任和使人怀念的丁文鋆同志与我们一起日日夜夜在船上测流、观河口奇景——锋面上强烈的卷吸混合作用及其泡沫带的移动与变化以及喝火腿冬瓜汤、剥吃毛豆、惊看船员生吞黄泥螺的场景至今亦历历在目。还有,完成野外调查任务回到师大后星期日我一个人呆在招待所里,于酷暑汗流浃背的情况下拜读陈吉余先生等的名作《长江三角洲的地貌发育》[6],深感其研究范围之广、讨论问题之多和驾驭能力之强,非有坚实的地学基础和大量的野外研究调查无法做到。我对长江河口三角洲问题的兴趣与关注,由此开始。以后我们主要在南方进行河口海岸研究,足迹几乎遍及华南沿岸带和各主要河口三角洲地区。这使我们积累了较丰富的实际知识及经验。今天我们尚能就某些河口海岸的理论和基本认识问题作稍许研究探讨,实得益于这些收获和经验的积累。所以我的体会是,如果要想使自己有河口海岸动力地貌研究的硬功夫,真本事,除了认真加强学习增进自己的理论修养外,再就是要到野外去,到现场去,到实践中去磨练!不去野外,不会做野外调查研究工作的人,很难设想会能成为真正的动力地貌学者。

  6 人才培养与成长的道路

  河口海岸动力地貌研究很有特色、很有意义和对国家建设的贡献巨大,陈吉余院士等老一辈河口海岸学家开辟的这一研究方向和道路,应有人很好地继承和发扬光大。但是,有作为的年轻的河口海岸动力地貌学家似乎上来的不多或迟迟没有上来。于是一个问题被提了出来:河口海岸动力地貌的研究人才应该怎样培养才好?新的河口海岸动力地貌拔尖人才未能尽快成长的原因是否与此有关:我们地学单位看到了自己动力学基础的不足,注意引进动力学方面的有生力量,但却忽视了自身长处,对自己原有专业的基础及其优势估计不足。我们原有的自然地理学或地学的特色不能削弱,不但不能削弱还应进一步加强。正是我们的地学特色,使河口海岸动力地貌学科和做这种研究的人具有非常宝贵的与相邻的学科和个人不同的素质:综合或集成意识强(有多种过程的综合研究)、能做重大问题的决策(善于宏观研究)、对问题的基本性质看得准(定性判断准确)和眼光比较远大(有历史过程的研究做基础和有从长远观点看问题的习惯)。如果削弱或失去了这些特色和本领,那我们自己就很难站得住脚,更不要说继续发展了。人才成长不快的另一个可能的原因是,动力地貌强调动力学与沉积—地貌学相结合,而动力学与沉积、地貌学分属于两种不同的科学体系,它们的研究思路和研究方法不说截然不同,也是差别甚大,要将两者有机地结合起来并落实到一个人的身上,确实难度很大。但毕竟还有不少榜样和成功的例子。

  陈吉余院士年轻时跟随著名地质学家和教育家叶良辅教授做研究生时,已打下坚实的地学特别是地貌学的基础,1947年他在《浙江学报》发表《杭州湾的地形述要》[7]时,首次运用动力地貌观点,对钱塘江河口进行了分段。大约到了50年代中期,不知是什么缘故,他不再担任地貌学教学,而要他改教水文学,这使他有机会接触和钻研水动力作用和过程,为他走上动力和地貌相结合的道路创造了条件。老一辈地理、地貌学家如此善于抓住机遇,努力向动力学汲取知识和营养,开辟河口海岸动力地貌研究的道路,为我们树立了榜样,值得大家很好地学习。

  钱宁院士,原清华大学教授,1986年逝世。他1964年发表在《地理学报》上的论文《钱塘江河口沙坎现代过程》[8],被认为是我国较早的河口动力地貌研究的经典文献之一。钱先生为国际知名的水利和泥沙学家。1950年他在美国还未念完博士学位时便提出不应只从水利学或流体力学的观点出发研究泥沙,而应结合水文、地理、地质、地貌等学科运用研究泥沙和河流[9]。他回国后,坚持走这两种学科相结合的道路,1987年与其他作者合作写成的《河床演变学》[10]一书,成为我国河流动力地貌学发展趋于成熟并建立起完整科学体系的标志。老一辈水利和动力、泥沙学家如此积极、主动地向地理、地貌学科靠拢并努力汲取其营养,开辟和发展我国的动力地貌学研究,让人感动,亦堪称楷模值得我们许多人认真地学习。    

  可见,动力地貌方向的研究人才,可以分别以两个不同的专业或学科为基础进行锻炼和培养。但条件是必须首先在动力学或沉积—地貌学某一方面有明显的优势和专长,然后再各自向对方学习,弥补自己原来学科的缺点与不足。现在较为普遍的情况是,按动力地貌学方向培养的人才,动力学和沉积—地貌学的知识都是有的,但缺乏某一方面坚实基础和明显的专长优势。而非动力地貌方向培养的人才,他们或者有坚实的沉积—地貌学基础,但未有动力学的修养和知识架构;或者有深厚的动力学和泥沙学的功底,却缺乏对地理科学或沉积—地貌学的认识瞭解及感情,甚至总是喜欢瞧不起别人。结果他们都不能使自己尽快地成为一个真正的动力地貌学家。   

  所以对策似乎应当是:对按动力地貌学方向培养出来的人才,可以采取等待的态度,希望他们尽快地成长起来,办法是再去进修加强动力学或沉积—地貌学的专长吧,途径之一是按动力地貌学方向培养出来的硕士再去攻读动力学或沉积—地貌学的博士学位。同时亦要物色、发现有发展前途的具有坚实的沉积—地貌学或动力学基础的年轻人,鼓励他们分别走和动力学或沉积—地貌学相结合的道路,办法之一是去攻读河口海岸动力地貌学方向的博士学位,或者根据自己的不足分别专攻动力—泥沙学或沉积—地貌学的博士学位。    

  长江后浪推前浪,相信陈吉余院士等老一辈河口海岸动力地貌学家开创的事业,一定会兴旺发达,后继有人,人才辈出!

  

  参考文献:

  [1] 陈吉余,1989.恩师作育与我在河口海岸领域的研究——纪念叶良辅教授逝世四十周年.载:叶良辅与中国地貌学,杭州:浙江大学出版社,425~432.

  [2] 李春初,1995.海岸动力地貌学研究及其在华南港口建设中的应用一书(杨干然等着)的《序》,广州:中山大学出版社,Ⅰ~Ⅲ.

  [3] 钱宁,1979.国外泥沙运动、河床演变研究动向及发展我国这方面研究工作的几点建议.水电水利技术,(2):62~66,56.

  [4] 黄秉维,1996.论地球系统科学与可持续发展战略科学基础,地理学报,51(4):350~354.

  [5] 葛全胜,陈泮勤,张雪芹,2000.全球变化的继承研究.地球科学进展,15(4):461~466.

  [6] 陈吉余等,1959.长江三角洲的地貌发育.地理学报,25(5):201~222.

  [7] 陈吉余,1947.杭州湾的地形述要.浙江大学学报,(12).

  [8] 钱宁等,1964.钱塘江河口沙坎的近代过程.地理学报,30(2):124~141.

  [9] 林秉南,1987.学者、工程师、组织者的钱宁,纪念钱宁同志.北京:清华大学出版社、水利电力出版社,29~31.

  [10] 钱宁,张仁,周志德,1987.河床演变学,北京:科学出版社.

  原载:陈吉余(伊石)2000——从事河口海岸研究五十五年论文选,附文:陈吉余院士学术思想研讨.华东师范大学出版社,2000,475~479.)
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