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作为对Frank W. Schwartz 称德国水文地质学家为“井底之蛙”的回应,新年之际, K. Udo Weyer也在德国地下水期刊《Grundwasser》上发表了一篇评论。与Schwartz 建议大家转行的观点不同,Weyer愿意继续在水文地质领域耕耘,但不是做故步自封的“井底之蛙”,而是要做思想解放的“井底之蛙”,勇于在地下水科学领域做更加深入的基础研究,哪怕是坐“冷板凳”。现将此文翻译出来供大家参阅思考。
“井底之蛙”或水文地质学范式的转变?
韩鹏飞 译,王旭升 校
中国地质大学(北京)水资源与环境学院
Translated from: K. Udo Weyer.‘Frog in a well’ or a pending paradigm shift in hydrogeology.Grundwasser–Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie, 2017, online 25 Jouuary.DOI 10.1007/s00767-016-0350-z. (in English)
Translated by Han Pengfei and Wang Xu-Sheng (China University ofGeosciences, Beijing)
参加完在蒙彼利埃举行的IAH大会后,我正乘坐TGV列车从蒙彼利埃前往巴黎的主要机场CDG。无意间,我拿起了德语期刊Grundwasser(译者注:德国《地下水》期刊)2015年12月这期,里面有Frank Schwarz的一篇英文社论,标题令人困惑,为:“井底之蛙”。正如人们对Frank的期许,这篇社论写的很好。
我和Frank已经相识了几十年,赞赏他的科学研究及作为NGWA协会期刊“Groundwater”(译者注:美国《地下水》期刊)主编所做的工作。不错,我同意他的观点,德国的水文地质学已经显著脱离了其他国家地下水领域所遇见的巨大问题和挑战。正是这种孤立的(在某种程度上是不感兴趣的)学科环境,导致我在波恩大学完成关于裂隙岩体中地下水的博士学位研究后,就离开了德国。我的博士后时光是在瑞士、加拿大和法国度过的,部分得到了DFG资助,之后与Franz Goerlich的交谈坚定了我不回德国的决心。
为回馈那些对我疑惑的人,我通过汇编一份1996年德语版的研究报告表达了对DFG资助的感谢,其中详细介绍了应用于垃圾填埋场污染物迁移的地下水渗流物理学。这个工作部分由柏林联邦环保局资助(编号UFOPLAN 10202632),其他的费用由我在加拿大创办的WDA 咨询公司支付。这份报告一直饱受怀疑,似乎意味着要被尘土掩埋了。我猜它不适合当时德国孤立的水文地质学科情景。一个出版商试图将其出版成书的计划也遭到了挫败。从当代德国科学的角度看,这个主题在政治上似乎是不正确的。
我之所以提到自己在德国的科研经历,是因为在我看来这正好属于Frank所类比的井底之蛙的表现。很明显,真正的青蛙会寻找地表水坑并搬到那里去。我自己希望能够从“井底之蛙”变成一个勇敢、好奇而思想解放的水文地质学家。
这样的水文地质学家当然也会看到地表的水坑,但只是认为它有趣而已,不会作为逃生之处。他(或她)也会离开那口井,即离开这个只关注供水问题的旧时代水文地质领域。他将在供水问题以外的所有方向上探索,例如水文地质图、污染物水文地质学、水化学和同位素水文地质学。他不会相信Craig Simmons(IAH协会期刊Hydrogeology Journal 的编委之一)最近在蒙彼利埃IAH大会特邀报告所述的观点——水文地质学中所有决定性和根本性的工作都已经完成了,以及被称为地下水流系统理论创始人József Tóth所表达的类似观点。
不同的是,他考虑把物理学的经验推广到地下水动力学中。物理学如今已成为仅由严谨的数学基础和少量“严谨”的物理定律主导的科学。他期望地下水学科经历一个范式转变,在解决实际问题和进行数值模拟方面产生根本性的变化。
他记得,在20世纪初,物理学家也普遍认为物理学中决定性和根本性的问题都已经被解决,直到爱因斯坦用相对论摇撼了物理世界。在我看来,如果把完备的物理学用到地下水动力学,也应该会推进地下水动力学的颠覆式发展。
这位开明的水文地质学家终将看到两种地下水动力学之间的分异,一种仅具有速度势的严格数学基础,另一种则具有力势空间的严格数学基础和完备的物理学。
他将懂得如何看待两种动力学:速度势反映的是单位体积的能量和能量梯度(驱动力),其数学基础严格但很复杂;力势反映的是单位质量的能量和能量梯度,不仅具备严格的数学基础和完备的物理学,而且简单明了。他会抛弃“水是不可压缩的”这种速度势的数学理论所包含的固有假设。他最终明白,对变密度流而言,所谓周围淡水的水头,这个基于速度势理论体系的概念,在物理上是一个谬误,因为这些概念并不代表实际的能量及其梯度状态。他应该理解静水力学(仅在垂直方向上通过浮力作用发生形变)和动水力学(空间所有方向上的浮力驱动形变)条件之间的差异。他应该意识到当前变密度流模拟程序中对浮力的处理(静水力学)是失败的,它导致了对流单元和海水入侵的错误预测结果。
他应当还能看到,地下空间的竞争性大规模利用,诸如供水、废弃物和二氧化碳处置、地热开发,以及地下水排泄区的生态危机,这些全世界所面临的巨大问题需要一个最接近完备物理学的地下水动力学,应该比现有地下水动力学和其他方面所依赖的数值模拟工具更加完备。
总之,作为水文地质学家,没有必要只是为了找到用武之地和发展机遇而逃离到给地表水研究打下手的工作中去。水文地质学还有大量与物理基础有关的问题尚未解决。新的方法论等待开明和勇敢的水文地质学家去发展。我祝他们一切顺利,虽然我深知这很难,因为可能会遇到来自“专家”、审稿人、编辑和资助机构的巨大阻力。不过,这将成为收获巨大、鼓舞人心的工作,对于从深层次上为水危机找到最终解决方案也是必要的。无论如何,这些思想解放的水文地质学家应该牢记Max Plank在1947年科学自传中所说的话:
“科学真理的胜利,不是说服反对者让其看到光明,乃是反对者逐渐消亡而熟悉真理的新一代成长起来。”
祝您好运!
原作者简介:
K. Udo Weyer
水文地质学家,在德国波恩大学获得博士学位,现为加拿大WDA咨询股份有限公司董事长。
主要研究领域:水文地质,变密度流,流体动力学,CO2储存等。
Researchgate 主页链接:https://www.researchgate.net/profile/Udo_Weyer。
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