《科技创新与品牌》杂志社院士天地

中国工程院院士张勇传中国水电能源理论的开拓者

  如果说,中国水电能源理论的发展是一部有声有色的话剧,那么,张勇传就是这部鸿篇巨制的总策划和总导演。
  他主持和负责的“柘溪水电站优化调度”,使柘溪成为我国第一个实现优化调度大中型电站;
  他首先提出的凸动态规划和水调对策论开辟了新的研究领域;
  他首次提出的传递相关概念及相应的判别准则以及RBSI技术,解决了库群优化的“维灾”难题;
  他首次提出的随机决策模式、洪水分型和分型归纳演绎预报模式,为该领域研究开拓了新的途径;
  他将水库运行基础理论与优化理论、控制理论、系统工程等理论与技术进行综合交叉研究和应用,为现代水库运行理论的创立做出了突出贡献,并率先提出了数字流域的崭新概念。
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  本期院士天地,让我们一同走进华中科技大学,近距离接触中国工程院院士、著名水电能源学家张勇传教授,领略他科研教学的执着风采,感受他上善若水的浪漫情怀。


  立志报国 矢志不渝

  1935年3月,张勇传出生于河南省南阳市的一个知识分子家庭。父亲张继西,字墨林,读书明理,洁身自好。他饱受战乱之苦,深知旧中国的落后和腐败给人民带来的痛苦与灾难,节衣缩食也要供张勇传兄弟三人读书,希望他们日后可以为祖国强大兴盛做出应有的贡献。
  抗日战争时期,张勇传在其家乡南阳市东郊十五里外的盆窑上小学,在那里,他亲眼目睹了人们四处逃难的凄惨画面,看到了日本侵略者残忍地屠杀自己无辜的同胞,所有这些,在他幼小的心灵中留下了深深的烙印,极大地伤害了他的民族自尊心,也激发了他立志为国家强盛而奋斗的民族正义感。
  从此,他发愤读书,以优异的成绩考取了南阳中学,每天往返十几里去上学。当时正值解放战争和建国之初的经济恢复时期,生活十分艰苦,但对知识的渴望,对事业的执著追求以及立志要学有所成报效祖国的赤子忠诚,激励着张勇传那颗年轻炽热的心。在学校,他孜孜以求,刻苦读书,加上自己的天资和勤奋,在中学时期就为自己今后从事科研工作做好了重要铺垫。
  1953年,张勇传从南阳中学毕业,以优异的成绩考取了新中国诞生后刚刚成立的华中工学院(现华中科技大学),在华中工学院桂林分部上完一年级后,张勇传回到校本部继续攻读水电专业。
  大学期间,张勇传如鱼得水,尽情沐浴在各名家大师的春风中,勤奋努力,积累了大量的专业基础知识,为日后从事水电能源理论及实践的研究奠定了坚实的基础。
  1957年,张勇传大学毕业,并留校任教,长期从事水资源、电力领域的教学科研工作。当时,他既要教学,又要搞科研;既搞基础理论研究,又搞应用技术开发。
  上世纪50年代末,张勇传开始从事电力运行的优化调度研究。1963年,年仅28岁时,他就出版了《水电站水库调度》一书,成为我国水库调度领域的第一部著作,表现出的科研才华和钻研精神令人钦佩。从此,他一直从事有关水电能源的开发控制和调度的研究,并致力于将自己的科研成果广泛运用于生产实践,以服务祖国的建设工作。
  1984年初,张勇传和同事们在华工校园里,建立了我国第一座水电站经济运行计算机控制实验中心,张勇传又创造了一个中国第一。得奖后的张勇传,更是信心百倍,冲劲十足,全身心地投入到了科研与教学之中。
  “以终为始,不断前进,重要的是着眼于过程,即使不成功,青春的年华,也没有碌碌无为,当然如果达到了目标也很愉快。追求了,奋斗了,也很愉快。”这便是张勇传对人生和事业的感悟。
  1997年,张勇传当选中国工程院能源与矿业工程学部院士,成为华中理工大学首批的工程院院士。在《候选人简表》上,清楚地写着这样一句话:“所得成果在实际工程应用中获得超过8亿元的直接经济效益。”然而,这仅仅是1979~1996年间的数据,其后的延续效益更加巨大。有人说,张勇传的研究到今天为止,给国家带来的直接和间接的效益,恐怕已难以用数字来计算。

  与水结缘 壮志未泯

  在河南省南阳市境内,有一条名为白河的河流。它发源于伏牛山,流至襄阳注入汉水,再于武汉汇入长江,最终流入大海。这条河流,被当地人民誉为母亲河。
  张勇传与水渊源颇深。出生在淯水之滨,在母亲河的滋润下自由成长。曾在白河中畅游的少年,一生与水结下不解之缘。水是他事业的核心,更是他的精神家园。
  张勇传儿时常常和小伙伴们一起去河里捉鱼摸虾,游泳嬉戏,白河里流淌着张勇传数不清的快乐回忆。然而1953年的夏天,天公真是不作美,连降暴雨,白河涨水,洪波滔滔。往日平静美丽的白河水,这个时候突然发起了“脾气”。她这一发脾气,差点阻段了这一少年的前程。
  这个夏天,张勇传要渡过白河,前往许昌参加高考(当时南阳考生在许昌考试)。苦等数日,白河洪水仍不见退却之势。眼看考期就要错过,张勇传和家人焦急万分。怎么办?看了看地图,算了算日程,十八岁的张勇传毅然决定搭乘一只运货的小木船,沿河而下,顺汉水,赴襄樊(现襄阳)参加高考。
  在临考前一天,张勇传终于如愿到达了襄樊。他顾不上旅途的疲惫,马上前去报名,然后准备第二天的考试。由于路途颠簸,加上连日阴雨,他病了,是累病的。然而,第二天,张勇传准时出现在了考场上,带病做完了所有的试题。当他走出考场时,他的步伐十分沉重,他的心情同样也很沉重,他觉得没考好。
  但是,凭借扎实的知识功底,他赢得了这次高考的胜利。不久,他就收到了录取通知书,来自华中工学院(现在的华中科技大学)的录取通知书。
  1954年,也就是张勇传大学二年级的那一年,长江爆发了百年一遇的全流域性大洪水,这是一个国家的灾难。这一年的暑假,张勇传没有回家,毅然响应号召,参加了长江的防洪抢险,和同学们一起冲上抗洪一线,共同用血肉之躯抗击洪水。
  在张勇传的记忆里,水是甜蜜的,承载着儿时的欢乐和梦想;水又是残酷的,亲身经历的两次洪水让他认识到了水的凶险和可怕。
  人生中经历的两次洪水,让年轻的张勇传不由地开始了关于水的理性沉思,对水有了更加深刻的认识。“滔滔江河水,足以让人折服,令人惧怕,但是,它又是蕴藏着多大的能量啊!如果利用好科技的长缨,让水的力量为我所用,该是多大的一笔财富啊!”张勇传深刻地认识到,水是一种宝贵的能源,如果科学地控制,有计划地利用,定能使它造福于民。自此,他逐步走上水电能源开发和优化调度的科研之路。
  大学时期,随着专业知识的学习和知识体系的完善,张勇传开始了将水害变成水利的学习与研究。为此,张勇传几乎穷尽了自己毕生的精力与心血。
  爱因斯坦曾这样说过:“提出问题比解决问题更为重要!”张勇传就是一个善于提出问题的人,这也是他从小就养成的习惯。“大学期间,是一个知识积累的过程,不求天衣无缝地解决问题,但求自己能提出一点想法。”张勇传如是说。
  他是这样说的,也是这样做的。大四的时候,张勇传对“水能计算”的一种算法提出了自己的想法,原来的“水能计算”,一定要做试算,显得过于繁琐,于是,他发明了一种新方法—“图解法”,就是在底图上设定一条曲线,在一张透明纸上再设定一条曲线,然后将透明纸覆在底图上,按照一定规律进行移动,为两条曲线找到一个交点,这个点,就是要求的解。这一方法,大大简化了原来“水能计算”的过程。他将自己的发明写成文章发表在《水力发电》杂志上。现在,这种方法叫“迭代法”。这是张勇传发表的第一篇学术论文,也是他学术创新的发端。

  不忘初心 勇于探索

  五十多年来,他长期从事水资源、电力领域的教学科研工作,在水资源、水电、电力领域有较深的造诣,不断开拓着中国水电能源理论研究的新领域,是名符其实的中国水电能源理论的开拓者,在多个方面都做出了独创性的重要贡献,这其中不乏创造出多项“中国第一”。
  上世纪70年代末开始,张勇传在水库运行基础理论,规划决策与风险管理、水电站计算机实时控制领域都取得了重大突破和创新,将水电能源理论、优化理论、控制理论、不确定性理论以及人工智能、神经网络、模糊分析等技术进行综合交叉,开展了很多具有很高价值的奠基与开拓性工作,为现代水电能源理论的创立和发展做出了重要贡献。
  1962年建成的柘溪水电站,运行基本是“靠天吃饭,有水就发电,水多了就放掉,水少了就限制用电,严重干旱时,下游群众用水困难”。为了解决这一难题,1979年张勇传到了柘溪。
  当时我国电子计算机还很少,柘溪仅有一台使用穿孔带的121计算机,机体很大,占了整整一个房间,计算速度却很慢,一个方案往往要三天三夜才能算出结果来。张勇传就和其他技术人员在机房内“安营扎寨”,没日没夜地工作。
  历经多次失败,他们终于拿出了柘溪水电站的最优调度方案。按照新的调度方案,该电站一年之内就实现多发电1.3亿度,占全年总发电量的6%。
  国家科委将这一成果向全国34座大中型水电站推广,经济社会效益大大提高。柘溪成为我国第一个成功实现优化调度的大中型电站。张勇传就这样创造了一个“中国第一”。“柘溪水电站经济运行实时控制”等项目,也被评为湖南省科技进步一等奖。
  “海阔凭鱼跃,天高任鸟飞。”紧随其后,江西上犹江电站来请张勇传为他们做水电能源开发。1982年,张勇传再度展开科研攻关。优化调度方案一经实施,使该电站发电量增加了7.4%,半年就增加产值1400万元。该项研究被评为江西省重大科技成果一等奖。
  江西柘林电站也专门来请张勇传为他们做水电站调度的模型。以柘林电站为主的“江西四库联合优化”项目,获国家科技进步三等奖。
  在掌握了大量第一手资料的基础上,张勇传对优化调度理论进行总结,提出了水库优化调度的三个定理,编制出了我国第一个水库优化调度程序,他将这一理论成功引入优调实践,使经济效益和可靠性得到满意的协调。实现了理论上的创新。该结果荣获了江西省优秀科技成果一等奖。
  此后,他首次提出了多时段间相关联系的判别原则、直接相关和传递相关的要领,并推导了它们之间定量关系;给出了用马尔柯夫链来描述径流分布中偏态系数的理论计算公式;提出了典型径流过程概念和径流典型分解正交有效算法。
  他首次提出了“偏优损失”概念,偏优特性的计算方法和基于这一特性处理库间补偿的微增原则,提出了多站径流的T变换卡尔曼滤波算法。
  张勇传还率先提出数字流域、三维水网等新概念,并在国内首次将博弈论、控制论、不确定性理论运用到水电运行管理中,其理论先后在丹江口、三峡梯调中心、金沙江调控中心等特大水库和水电站建设中得到了运用。
  “功夫不负有心人”,张勇传在水利水电方面的研究成果,先后获得国家科技进步一、二等奖和部省级科技奖励16项,其成果在实际工程应用中取得了显著的经济效益和社会效益。

  言传身教 甘为人梯

  在成长过程中,张勇传历尽了各种坎坷与风风雨雨,然而,对于他,不论是顺境还是逆境,始终坚定一个信念:“献身科学、报效祖国”,这种奉献精神深深影响着他身边的人和他的学生们。
  从1957年毕业留校工作起,张勇传一直坚守在教学与科研工作一线,已有50多年。他在华工当了三年助教,十八年讲师,五年副教授,经历了半个世纪风风雨雨华工路。他见证了这所高校的发展与变革,崛起与辉煌,现在,他已经桃李满天下。
  长期以来,张勇传十分注重科研后继力量的培养,先后培养了一大批硕士、博士。他总是在摸索怎样培养才更有利于学生的发展,他主张放手让年轻人做事。他教育他的学生:“学习最重要的根本方法应该是问,提问题,把学问两个字倒过来,就是问学。”
  “我虽是一位院士,但同时也是一名教育工作者,培养人才,使更多孩子有机会接受良好的教育,也是一种责任和使命。” 张勇传如是说。
  张勇传始终认为,“要想有所成就,年轻时打好基础是十分重要的。”因此,他十分注重对学生基础知识的培养,强调一定要有扎实的基础知识,提高理论分析和思维能力;同时鼓励学生要有创新思想,培养创新思维,要善于思考问题,要多角度地考虑问题,提出新方法;要有自己的信念,加强自信心的培养,提高自己观察问题、思考问题、解决问题的能力。
  他还常常鼓励和培养学生要有对事业执着追求,选定目标,就要不断地奋斗,努力前进,不计较结果与否的科学精神。
  同时,他还十分重视对学生素质的培养,一直教诲自己的学生,正确处理做学问与做人的关系。在他自己所领导的科研组里,张勇传更是把做人放在首位,他认为,“作为个人,在高速发展的今天,其力量和作用正在减小,任何成就的取得,需要多方面的相互协作,相互配合,只有大家共同努力,相互理解、支持,才能克服困难,才能达到目的”。
  张勇传经常用“1+1>2”的形象说法来阐述其对团结协作,团队精神的精辟理解和认识。在他的影响下,大家团结一心,取得了一个又一个重大突破,在荣誉面前,他总是首先想到与他一起工作的同志。值得一提的是,论文发表的署名中,他总是不署个人的名字或将自己的名字放在最后,甘为人梯,将年轻人推向前台,鼓励他人放手工作。
  “青出于蓝而胜于蓝,冰水为之而寒于水。”谈到对于学生的希望,张勇传说:“作为一个大学老师,我希望我的学生能够超过我。”把弟子们在不同方面超越自己作为人生乐事,这何尝不是一个真正的大家才具有的胸怀。
  “青年是祖国建设发展的希望”,张勇传对青年一代一直以来都寄予很高的希望,不管自己工作有多忙,他都会挤出一定的时间去和青年进行座谈,以他自己的亲身经历,鼓励他们珍惜所处的今天这样一个非常好的时代,以祖国的发展、时代的发展、事业的发展为己任,勤奋学习,努力工作。
  2003年7月1日,年近古稀的张勇传,出任华中科技大学文华学院第一任院长,开创中国高教史上院士担任独立学院院长的先河。文华学院是华中科技大学与武汉美联地产有限公司合办的一所独立学院,张勇传于2003年至2010年任该学院院长,2010年11月起,担任该学院名誉院长。
  张勇传认为,国家的发展需要有更多的人接受教育,独立学院是我国高等教育大众化的必然产物。“我常想,外国能把独立学院办成世界一流的大学,我们中国为什么就不能?”张勇传感慨地说。在文华学院,他的教育理念是“打好基础、着重素质、因材施教、凸显特色。”
  在张勇传的带领下,文华学院站在“巨人”的肩膀上腾飞,实现了学院“千亩校园,万人规模”的第一步办学目标,创造了二级学院发展史上的“文华奇迹”,使文华成为了全国独立学院中的佼佼者。
  他经常将青年人比作是春天,“春天是美好的,人们都希望留住春天,青春是人生的春天,怎样才能留住人生的春天呢?这就要把我们的青春、智慧、力量融入到我们的事业中去,我们的事业很重要,这里面凝结着我们的青春,我们的事业是永存的。因此,我们每个人的青春也是永存的。”
  如今,已近耄耋之年的张勇传依然耕耘在教学科研一线。他曾经赠给青年毕业生这样一句话:“鼓起勇气,充满信心,去吧!去迎接新的挑战!”
  现在的张勇传,又何尝不是如此!
  这句热情激昂的话语,不仅仅是写给学生,更是写给他自己。