国内统一刊号:CN37-0818/(G)      2024年01月
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总第819期



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济南大学水利与环境学院教授胡晓农:在水流中找寻科学真谛

作者: 来源:水利与环境学院 李淑娴 冉依琳 李昕璐 赵正阳   发表日期:2022-03-31    

胡晓农,现为济南大学水利与环境学院教授,地下水专业学科带头人。胡教授1996年获得美国普渡大学博士学位(水资源与环境),回国前任美国佛罗里达州立大学终身教授,喀斯特研究中心主任。2016年创建暨南大学地下水与地球科学研究院,任院长。2017年创建暨南大学—肇庆绿色发展研究院并担任院长。

胡晓农教授的主要研究领域包括随机水地质学、喀斯特水文学和生态过程、地下水污染机理与修复技术、流文域系统地下水与地表水水位与水质的实时监测和分析新技术、地下水与海水相互作用。胡教授学术成果非凡,发表了SCI论文200余篇,以第一作者或通讯作者在中科院一、二区高水平杂志发表论文100余篇。胡教授担任国际水资源领域权威刊物Hydrology and Earth System Sciences,Water Resources Research, Journal of Hydrology, Journal of Stochastic Environmental Research & Risk Groundwater, China Science-Earth Science的主题主编、副主编、特邀主编。

地下水仍在流淌,让我们一同走进济南大学这位高层次人才——胡晓农教授。

海外求学,满载荣光

20世纪90年代初,胡晓农教授带着满腔热爱,寻着理想,踏上异国他乡之路,以精进自身专业知识,追求更高学术水平。

当时,国外的地下水研究已经大规模展开,基于时代的大背景下,在学业导师广博的学术视野及敏锐的学术目光的引领下,胡晓农教授刻苦钻研,这使得他在读博士期间就用统计力学的方法建立了地下水渗流的广义达西理论和地下水污染弥散的广义菲克定律,揭示了地下水渗流和污染物运移的尺度效应和迟后效应,为现代渗流理论和弥散理论的发展奠定了基础。在其后的十年里,胡晓农教授团队用随机扰动理论先后建立了活性污染物在地下复杂介质中运移、吸附和转化的随机平稳理论和非平稳理论,并在此研究领域发表了60多篇高水平SCI论文,引领了当时随机理论的发展,并首次在世界范围内把随机理论用于大型的环境工程项目,预测核素在美国雅克山大型核废料填埋场地下水中的运移与转化,重点评价参数不确定性对模型预测的误差影响。

同时,随着研究的不断深入,胡晓农团队将随机理论用在多个环境项目中,带动了随机理论在工程项目中的实践应用,因其所具有的巨大价值,研究团队从该领域相关项目中获得了400多万美元的研究经费。基于以上成果,胡晓农教授获得美国内华达大学沙漠研究所的优异青年研究成果奖—Peter Wagner Award。

在随机预测理论逐渐完善的基础上,胡晓农教授团队开始了随机逆问题的研究—反演参数的统计分布研究。胡教授先后研发了连续自相关反演理论和集合卡尔曼反演理论,反演随机模型中的渗透参数和弥散系数。随机预测和反演成果得到国内外广泛认可,获得了高度评价。

在地下水污染弥散理论的研发与工程实践逐渐成熟的同时,胡晓农教授注意到开展“岩溶地下水”相关工作研究的重要性。岩溶地下水动力学的研究是一个难点,在当时也是一个盲点。胡晓农教授积极对岩溶流域地下水开展了长期的监测和模拟研究工作,并在此基础上先后研发出针对不同情景的混合地下水动力学模型、污染物运移模型、海水入侵模型和岩溶塌陷模型等。这些模型很好地拟合了观察数据,可对污染物运移、海水入侵和岩溶塌陷做出较准确预测。胡教授还取得了诸多的相关学术成果,得到了国际上的广泛认可。

回国后,胡晓农教授继续开展岩溶地下水领域的研究。他将很多在国外积累的经验与实践方法直接或改进后用于中国的相关研究。他积极与中国地科院岩溶地质研究所的科学家合作,开展了岩溶水动力学研究和岩溶生态研究(如岩溶碳汇),从机理上研究岩溶的形成与演化、岩溶地下水与生态的关系,以及岩溶区城市建设对地下水系的影响,带动了我国岩溶地下水动力学研究的发展。

“学成必归,报效祖国。”胡晓农教授始终认为自己只是一位普通的科研工作者。他在海外学成之时,毅然决然地决定回国,是希望为中国科研发展尽一份绵薄之力。

结缘泉城,耕耘齐鲁

胡晓农教授积极投身于科研,将自身的专业优势与山东省的地理环境相结合开展多方面的科学研究,为山东省的发展注入了新的活力。

面对济南市地下错综复杂的地理情况,泉水广布而难以彻底勘探等问题,胡晓农教授展现出强烈兴趣,他希望通过自身的专业研究,帮助解决济南目前所面临的问题。为推动山东相关方向科研创新发展,并获得确切的相关研究样本,他获批了山东省国土空间生态修复中心《山东省地下水位监测网优化研究》、山东省地质测绘院《山东省地质灾害风险批次InSAR解译及地质灾害早期识别研究》等多项科研项目。胡教授的各项研究针对山东省关于地下水资源开发利用所存在的缺陷而进行,充分利用专业知识解决相关方面的问题,为环境资源保护、合理开发水资源提供科学数据的支持。

如今,国家大力推动“双碳”战略。山东省既是资源大省,又是能耗大省,实现碳达峰及碳中和目标时间紧,任务重。胡晓农教授利用专业优势,积极实践二氧化碳地质储存技术助力“双碳”战略这一项目。胡晓农教授及团队在野外通过岩心编录、测井等探测手段,对选定的研究区进行地质结构精细刻画,建立模型,获取钻井数据,然后建立深层裂隙含水层射孔工作,开展二氧化碳压裂实验并观测井下情况,再建立相关数据模型,最后对研究地区的二氧化碳地质封存适宜性和潜力进行评价。胡教授的此项研究为山东省实现“碳达峰”“碳中和”提供了重要的支撑。

此外,胡教授已完成的山东省地下水位监测网优化项目大大优化、完善了地下水监测网体系,为提高山东省地下水管理水平,促进水文地质产业发展,最终实现地下水资源—环境—经济的可持续发展提供了助力。

与济大结缘,做学生的领航人

胡晓农教授2020年6月入职济南大学,自此开启新的科研旅程。

当问及来到济南大学的缘由,胡晓农教授侃侃而谈:“很多人都问过我这个问题,其实我是跟随着自己研究的需要,向着我热爱的专业方向而来的。”胡教授谈道,自己希望在地下水方向发挥自己的专业所长。济南市泉水广布,有丰富的地下水资源,同时,济南的地铁建设不够完善,主要是因为泉水的分布没有勘探清楚,他希望通过自己的专业研究,解决济南地铁建设的难题。“我最近就在进行济南地铁与泉水的研究呢!”说起这番话时,胡教授的眼里透露着兴奋与喜悦。

作为一名教师,胡教授也分享了自己的从师经历。他说:“我记得我在美国的第一个学生。他做我的学生之前,是一个木匠,年龄比我都大,能够从社会回到学校读书,需要很大的勇气和毅力,我们关系很好,他还去我家帮我修过窗户。”从胡教授的讲述中,我们感受到了他的自豪与喜悦。“当然,在中国,也发生过很多有趣的事情。有一次,我在上课的时候有个知识点没有讲清楚,我的学生就给我传纸条,纸条上写着‘老师,你这个地方讲错了’,我当时感觉蛮有趣的,课下又与他进行了一番交流。我很享受这样的师生关系。”

胡教授说,对于人才培养,就科学研究而言,首先需要学生具有扎实的基本功。研究水的学科是一个应用性的学科,基础学科就是帮助其发展的助推器。数学、物理、化学、生物等基础学科,更是研究该学科必不可少的工具,许多研究水的概念都源自于这些基础学科。其次,需要学生具备一些特长或者独特的技能。例如,如果学生想要做模型,那么他就需要具备良好的数学功底;如果想去野外做调查,那么就要具备较强的动手能力;如果想做水化学研究,那么就必须对仪器设备比较精通。最后一点便是坚持。科学研究需要一定的经验,而经验需要经过长年累月不断地积累,所以要坚持,要把研究当作终身的事业。

此外,胡教授还谈道,科学研究是一个漫长的过程,不仅需要专注于钻研学术,还需要适当地锻炼身体,身体健康也是科学研究的基础。胡教授告诉笔者,他会利用工作之余打一会儿乒乓球,或者做一些简单的运动,既放松自己,又锻炼身体。只有保持强健的体魄,才能更好地从事科研事业。作为一名教授,虽然科研工作非常辛苦繁忙,但是他依旧不忘培养自己的兴趣爱好,因为他相信“身体是科研最强有力的保障”。

为推进形成“产教融合”,胡晓农教授积极推动校企合作。胡教授与山东华特智慧科技有限公司合作,于2020年8月20日成立济南大学—华特智慧水与环境产业研究院。这有利于实现“双赢”,通过引入实际生产过程,让教师学到技术,让学生获得更多专业相关的实践经验,有助于实现育人效应,帮助提高教师水平,也进一步帮助校企文化得到有机结合,加强了相关应用学科与行业产业,区域发展的对接联动。

为积极推动学科建设,凝聚学科发展资源,胡晓农教授大力推进济南大学水资源智慧利用与安全研究院的建立。第一期规划共拟建近海岸水环境安全实验室、区域水循环与水利智慧调度实验室、近海岸地下水智慧利用与安全科学中心、野外试验基地等四个研究中心,提供多类学科研究平台,其中济南大学水灾害应急管理野外试验基地正在建设中,并联合等多家单位积极申报应急管理部国家矿山安全监察局重点实验室,此将为该学科形成稳固的科研环境。

为响应国家双碳目标, 基于2021年教育部印发的《高等学校碳中和科技创新行动计划》,胡晓农教授参与谋划建立济南大学碳中和发展研究院。该研究院定位于“碳中和”高端智库和“碳中和”技术促进,为山东省实现双碳目标提供决策依据与技术支撑。

心中有光,素履以往;行稳志坚,聚力成长。胡教授将继续与他深爱的水打交道,将对水的热忱付诸于自己的科学研究和教书育人之中,如潺潺流水一般,温润着每一位学子。