矢志不渝勤求索,精研覃思覓真知
發表時間 2018-10-18 09:28 來源 本站原創

  ——記長安大學環境科學與工程學院教授李培月

  從樹的冠層往下直到含水層底部,被科學家稱為“地球關鍵帶”,它控制著土壤的發育、水的質量和流動、化學與生物循環,其在調控自然生態環境的同時,還供應著經濟社會發展所需的資源,因此這一地帶對維持地表生命非常重要。目前,地球關鍵帶正面臨著諸如人口增長、資源短缺等方面的巨大壓力,在未來的40年里,人們對食物和化石燃料的需求將會加倍,對水資源的需求將會增長50%,因此,對地球關鍵帶地質過程以及速率的理解、預測、管理等將對人類和經濟的可持續性發展、緩和和適應氣候變化等至關重要。

  地下水含水層正是地球關鍵帶的重要組成部分,因此,開展這一方向的研究工作對人類的生存發展起到了至關重要的作用。近幾十年來,一直是國際研究的熱點,引起了科研工作者們的強烈關注。多年來,長安大學環境科學與工程學院李培月教授一直孜孜不倦投身于水文地質科學的研究工作中,用自己的行動踐行著對水科學研究的深情與壯志。在水文地質和環境地質領域不懈前行的多年間,他身上對于水科學研究工作的無限熱情一直在延續著。從博士開始,他就一直將人類活動影響下的地下水環境演化作為自己的主要研究方向,并延續至今。

  目前,他是國際水文地質學家協會(IAH)、國際礦水協會(IMWA)、中國地質學會(GSC)、國際地學倫理促進協會(IAPG)和美國國家地下水協會(NGWA)會員,并擔任國際SCI期刊《曝露與健康》(Exposure and Health)和《礦井水與環境》(Mine Water and the Environment)副主編,《環境地球科學》(Environmental Earth Sciences)等四個SCI期刊的客座編輯,國內《南水北調與水利科技》期刊編委,60余種國際期刊特邀審稿人。先后獲得李四光地學科技博士生獎、張伯聲地學科技一等獎等7項省部級以上教學和科研獎勵獲榮譽。

  “干一行,愛一行”

  “干一行,愛一行”,這是李培月將科研工作做得如此出色的奧秘所在。

  高中畢業在填報志愿時,李培月對于學校以及專業并沒有固定的選擇,機緣巧合之下,他來到了長安大學水文與水資源工程(原水文地質工程地質)專業進行學習。

  長安大學由始建于20世紀50年代初的原西安公路交通大學與原西安工程學院、原西北建筑工程學院三所部屬高校于2000年合并組建而成,而他所學習的水文地質工程地質專業,是長安大學歷史上第一個具有博士學位授予權的學科。

  “既然選擇了這一專業,就要認真學習下去。”從小成績就十分優異的李培月,到了大學時期仍然保持著自己勤奮好學的品質,每年都會拿到學校發的獎學金,大學三年級時,他更是脫穎而出,獲得了教育部于2007年開始設立的大學生國家獎學金。在平時,李培月也會參與老師的一些科研項目,不僅鍛煉了學術能力,做科研所得到的補助也幫他解決了一些生活上的問題,從那時起他就再沒有向家里要過一分錢。

  從大三開始,由于李培月時常會跟隨自己的老師到野外做一些調查,深入其中之后,他越發能感受到此類研究工作的魅力所在,并堅定了在這一領域繼續開拓的決心,通過推免在長安大學繼續進行碩博連讀。



在桂林進行調研

  深入到科學研究當中,李培月一刻都沒有松懈。研究生二年級時,他所在的研究團隊與寧夏國土資源調查監測院石嘴山分站合作,在賀蘭山東麓進行了長達8個月的野外工作,共同完成了石嘴山市第二水源地擴充勘探。項目的完成緩解了石嘴山市大武口區供水緊張的局面,解決了石嘴山市大武口區10萬人的吃水問題,保障了石嘴山市大武口區社會經濟的發展,取得了巨大的社會效益和經濟效益。回憶起當初的那段時光,李培月感慨萬千。“那個時候野外工作環境比較惡劣,我們在野外住的是帳篷。有一次,冬天夜里下大雪,雪太大了,加上又刮大風,帳篷被壓塌了。不過,好在我們都還年輕,沒有被壓在帳篷底下。”他說。

  工程應用研究之外,李培月在學術研究中也取得了許多突破。2014年6月5日,他在英國《自然》雜志的Opinion and Comment版塊上發表了題為“Accelerate research on land creation”的文章,這是長安大學建校以來該校師生以第一作者身份首次在《自然》雜志上發表文章。

  這篇文章,是李培月在參加陜西省的科技創新統籌項目以及科技支撐項目時所得到的靈感。文章針對21世紀初我國在多個丘陵山區進行的削山造城工程,指出了削山造城可以為城市發展提供更多的可利用土地,有效解決山區城市發展空間嚴重不足的困難,但同時也存在一定的環境、技術和經濟風險。文章指出:如要實行這項工程,必須要加快、加強削山造城工程中的科學研究工作,盡快形成該類工程建設的相關規范,用以指導實際工程建設,以避免地質環境及生態環境問題的發生,降低該類項目的環境、技術和經濟風險。這一成果引起了廣大學者和相關部門的強烈關注。

  開拓創新,取得累累碩果

  2014年7月,李培月博士畢業后留校任職,擔任長安大學環境科學與工程學院的講師,繼續在科學研究中開拓。在多年的科研工作中,他兢兢業業,樂此不疲,在研究領域內取得了一系列突破性科研成果。作為一名科研人,李培月把大多數時間留給了自己鐘愛的科研工作。從事科研至今,他主持和作為骨干成員承擔了國家自然科學基金國際合作研究項目、青年項目、面上項目、國家科技支撐項目等科研項目20余項,在項目研究中不斷打磨,得到了極大的成長。

  長久以來,人類活動影響下西北干旱區地下水循環演化一直吸引著李培月團隊的關注。針對這一問題,他和團隊成員利用同位素技術和水文地球化學理論,通過理論與模擬研究,對西北干旱區地下水循環演化進行了廣泛而深入的研究。

  通過不懈地探索與研究,他們確立了湖泊水與地下水、河水與地下水以及不同地下水之間相互轉化的理論模式,提出了人類活動導致的含水層水力聯系變化是地下水之間相互轉化重要驅動力的解釋。提出在人類活動強烈的地區,地下水環境演化不僅與天然水巖作用有關,而且與農業灌溉、人類活動導致的含水層水量交換、污染地表水滲漏和地下水混合作用密切相關。通過同位素和水化學,建立了地下水端元混合模型,定量確定了不同因素對地下水環境演化的貢獻。闡明了在小尺度上,人類活動在對地下水演化強度和影響速率方面均比天然的水巖作用大,充分體現了小時間尺度上人類活動的干擾性。

  研究成果在渭河平原高氟水起源、寧南山區地下水高氟水演化、人體健康風險評估、渭河平原地下水硝酸鹽污染來源與治理等研究方面發揮了重要作用,對于保障地下水供水安全和人體健康發揮著重要的作用。

  除此之外,針對傳統野外彌散試驗中存在試驗時間長、成功率低、參數計算不一致和抽水時間難以定量確定等多個工程技術難題,李培月團隊也展開了一系列科研攻關。



在石家莊水文地質環境地質研究所交流訪問

  在研究中,他們將徑向收斂流野外彌散試驗方法引入國內,并對其進行優化和創造性應用,提出了三井徑向收斂流彌散試驗理論,使其不僅可以同時確定含水層水文地質參數和彌散參數,而且大大減少了試驗所需時間,提高了試驗成功率,降低了含水層的人為污染。通過理論研究和公式推導,提出了適用于越流承壓含水層抽水試驗的全程曲線擬合法,不僅可以通過計算機快速自動獲取參數,而且保證了水文地質參數的唯一性。

  該研究成果豐富和發展了環境水文地質試驗方法及參數求解理論,可為地下水污染評價和污染治理提供試驗基礎。研究成果已在寧夏、陜西、河南、貴州、上海等地成功應用。部分成果獲得陜西省首屆研究生創新成果獎一等獎(2014)和陜西省職工優秀科技創新成果銅獎(2015)。有關徑向收斂流彌散試驗的最新成果已編入到本科生教材《水文地球化學(第二版)》中,部分成果以專著《衛寧平原地下水環境風險預測評價研究》的形式發表,在Hydrological Processes等國際SCI期刊上發表相關學術論文7篇,并被國內外學者廣泛引用。

  至此,李培月仍然沒有停止前行。近年來,隨著人類活動的不斷加劇,地下水環境發生了前所未有的變化。地下水與環境變化、地下水污染評價與保護等成為當前研究的熱點。在這一研究趨勢下,李培月全面研究了干旱半干旱地區典型盆地不同人類活動影響下地下水循環的水化學和水動力學特征,通過理論研究,拓展了地下水環境的內涵,將地下水環境的內涵拓展到整個與地下水相關的自然系統和人類社會系統,形成了以自然科學和社會科學相結合的地下水環境研究框架。并指出,在人類活動影響下,地下水環境是一個同時具有自然屬性和社會屬性的概念,一切與地下水直接和間接相關的自然作用和社會作用均應歸到地下水環境的研究范疇之內。基于此,構建了一套充分考慮人類活動影響下的地下水環境研究方法體系,該理論研究成果,對于人類活動影響下的地下水環境多尺度演變研究、地下水環境保護與管理具有重要的推動作用,在促進地下水科學的迅速發展方面也發揮著積極的作用。

  寧夏擁有西北最大、集制漿造紙以及造紙林基地開發等為一體的多元化企業集團——美利紙業,其每年大約產生2800萬方左右的造紙廢水。因為國家對環境污染問題的管制加強,企業必須尋找新的污水排放途徑。為了克服這一問題,企業采取了在騰格里沙漠邊緣種樹的方法,所產生的造紙廢水在與黃河水進行配比后,對樹林進行澆灌,長成的樹木可以作為企業的造紙原材料,以形成一種良性循環。當時在做這個項目時,李培月就在想,雖然廢水和黃河水進行了摻混,達到了灌溉林基地的標準,但是不是對地下水就沒有影響了呢?如果有影響,這個影響是怎么來的?影響程度有多大?帶著這些疑問,李培月在2015年,申請了國家自然科學基金項目“造紙廢水灌溉入滲的地球化學過程及其影響下的地下水環境演化機制”。在這一項目中,對這些問題展開了深度探索。

  項目進行的兩年多間里,李培月團隊做了大量實驗,在暑期做了多次野外調查,并進行了初步的數值模擬研究,取得了一些新進展。通過研究,李培月團隊發現:造紙廢水中含有高濃度的COD(化學需氧量),即使與黃河水經過配比之后用于林基地的灌溉,也依然會對地下水產生影響。之前沒有灌溉過的土地,經過灌溉之后,地下水位會逐漸上升,從而向下游徑流量就會持續增大,而林基地的下游就是位于平原區的中衛市,大量淺層地下水蒸發后,很容易導致土壤鹽漬化。除此之外,中衛市的城市供水水源地就在其城市周邊,如果地下水中含有很高的污染物,那城市供水安全也會受到威脅。

  針對這些問題,李培月團隊也給出了相應的解決辦法,他們提議企業在騰格里沙漠與沖積平原的交界位置打幾口井,然后抽水,用抽出來的水作為企業的造紙用水,以此來形成一個局部循環。造紙產生的水流到林子的土地里面,林子里邊的水流到沙漠和沖積平原區的邊界位置,再以水井的形式抽出來回到造紙生產中,通過這樣的循環來減少對下游的影響,可謂是一舉兩得。



與國外學者一起進行野外調查

  科學研究要與國際接軌。在承擔大量的國內科研項目之外,李培月也十分注重與國際科研團隊進行研究合作,彼此之間,相互學習,在研究中收獲更大的成長。

  2017年,李培月成功申請了2017年度國家自然科學基金委員會與南非國家研究基金會的國際合作研究項目“農業灌溉影響下含水層滲透性及地下水質演化機理”。

  我國西北干旱地區有很多灌溉區,因為地表水資源不足而要從別的地方引用地表水或者在當地打井來獲取灌溉所用的水資源,但是因為灌溉的水質不同,而且農業生產時還有化肥農藥等的使用,其入滲時可能會產生一系列的變化。針對這一現狀,李培月團隊將自己的研究集中于“干旱地區的農業灌溉用水在入滲過程中含水層性質和地下水質會產生哪些變化”,從水文生物地球化學方面,進一步關注地下水的水質問題。

  “要勇于做發現大師的大師”

  教學是大學教師的第一使命。正如李培月的博士生導師錢會院長所言“教書是一件良心事”。李培月正默默地踐行著這一深深影響著他的格言。無論何時,他總是將學生的需求放在第一位,哪怕放棄自己周末休息時間,也愿意為有需要的學生進行指導。李培月常常花去周末休息時間指導學生進行方案優化、課外實驗和學術論文寫作。目前,其指導的大學生已發表學術論文5篇,其中有4篇發表在國際SCI期刊上,多人通過推免到中科學進行研究生學習。

  大學教育教學改革是大學教育不斷前進的有力保障。李培月積極參與了多項學校和陜西省教育教學改革項目。結合我國大力推進創新型國家和生態文明建設,國務院以及相關部委也相繼提出“生態水利”“數字水利”“水十條”“土十條”等與水資源類專業密切相關的發展模式和行動規劃的實際,針對新形勢下水資源類人才培養存在的問題,參與構建了多元化、階梯式的實踐教學體系,確立了水資源類特色創新人才培養的新路徑。該研究成果獲得了長安大學優秀教學成果一等獎、特等獎和陜西省教學成果二等獎,參編的教材獲得了陜西省優秀教材一等獎,有力地促進了大學教育的向前發展。

  “要勇于做發現大師的大師”,教育部青年學者研修班上的這句話深深觸動著李培月,因為這與他一直堅守的志向不謀而合。“一個人在科研能力高深的同時,應當培養一批為學科建設貢獻力量的人才”李培月說。隨著近年來國家對“創新型國家”和“生態文明建設”的大力推進,“生態水利”“數字水利”“智慧水利”等與水資源類專業密切相關的發展模式和行動規劃也已經進入日程計劃,李培月積極參與了多項學校和陜西省教育教學改革項目。針對新形勢下水資源類人才培養存在的問題,他參與構建了多元化、階梯式的實踐教學體系,確立了水資源類特色創新人才培養的新路徑。通過創新卓越人才培養模式,提出了“重基礎、強實踐、能創新”的人才培養理念,并進一步向傳統實習模式發起挑戰。在實踐教學管理方面,他制定了更加完善的基于“野外能力+內業能力+實習答辯”的野外教學管理辦法,使其更適用于水資源類專業實踐教學。



在南非進行科學考察

  未來,李培月還將本著服務于國家“一帶一路”的重大需求,積極推進學科建設和人才培養,發展和創新基于地球化學的旱區地下水循環演化研究方法和理論,提出地下水環境演化與污染防控技術體系。建立國際交流的長效機制,搭建環境水文地質學的國際交流平臺,進一步提升學術團隊的科研創新能力和水平。“希望今后有一批人能夠和我一起,為了我們國家的富強和可持續發展,投身到水科學研究當中來。”他由衷地說。

  專家簡介

  李培月,長安大學環境科學與工程學院教授,博士生導師。多年來,他以西北干旱半干旱地區地下水文生態為著眼點,瞄準國家“一帶一路”和生態文明建設重大發展戰略和國家建設重大需求,長期從事環境水文地質方面的研究工作。近5年,主持和作為骨干成員承擔了國家自然科學基金、國家科技支撐項目等科研項目20余項。他重視理論研究與工程實踐的結合,取得了一系列創新性研究成果,多項成果已在寧夏、貴州、陜西等多個省區的研究和實際工程中得到廣泛應用。合作出版教材和學術專著2部。以第一作者/通訊作者在國內外期刊發表論文60余篇。發表在Nature雜志上的文章被評為2014年度Nature雜志十大亮點文章,得到美國華盛頓郵報、英國BBC等國內外媒體采訪。先后入選陜西省青年科技新星(2015)和長安大學卓越青年人才支持計劃(2016),榮獲陜西省先進工作者(勞模)榮譽稱號(2017),并獲得陜西省優秀博士學位論文(2017)、陜西省優秀自然科學論文獎(2017)、寧夏科技進步獎(2013)、李四光地質科技獎博士生獎(2014)、張伯聲地學科技獎一等獎(2016)、陜西省職工優秀科技創新成果獎(2015和2017)等10項省部級以上獎勵。2018年,入選第三批國家“萬人計劃”青年拔尖人才、教育部青年長江學者、自然資源部高層次創新型科技人才培養工程杰出青年科技人才,并獲得第17屆“陜西青年五四獎章”、科學中國人2017年度人物杰出青年科學家獎。

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