作者:温才妃 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/11/2 17:28:29
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区域地面沉降研究团队:合力攻克地面沉降

 

“快看,地裂了一个大口子。”在北京高丽营,孩子们指着干旱开裂的黄土地,大声嚷道。

黄庄—高丽营断裂是北京平原地区重要的断裂带。上世纪90年代末期连续干旱,降雨少、地下水开采量大,超量开采地下水成为诱发地面沉降和地裂缝的重要原因。

而影响地面沉降的因素又有很多,有构造运动、可压缩土层厚度、高层建筑以及轨道交通动静载荷等。如何高精度监测地面沉降、理解其发生机制并对地面沉降进行有效的调控等科学问题,在首都师大校长宫辉力、资源环境与旅游学院院长李小娟的带领下,这项任务交到了一群年轻的教师手中。他们是陈蜜、张有全、朱琳、潘云。平均不到30岁入校当老师,他们把最好的青春书写在了实验室与讲台上。

四位一体,主攻地面沉降

首都师大“三维信息获取与应用”教育部重点实验室 、“北京城市环境过程与数字模拟”国家实验室培育基地是多学科交叉的研究平台。正如实验室的名字“三维信息”“环境过程”“数字模拟”所表述的那样,其课题组成员的组成也体现了学科交叉的特点。

副教授陈蜜毕业于武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,讲师张有全博士毕业于中国科学院,教授朱琳是来自于吉林大学水文学与水资源的博士,副教授潘云毕业于日本广岛大学水文水资源专业,获博士学位。他们将一身所长,很好地结合到了课题研究当中。

如今遥感技术发展迅速,不同平台、不同模式的卫星可以全天时对地进行观测,探测到地表形变信息,从而做到地面沉降的监测,分析对大型建筑物、高铁等重大工程产生的影响。陈蜜就是运用多卫星平台SAR数据获取北京市地面沉降的时空演化信息。

同样是基于遥感,张有全利用遥感辅助常规的手段,监测地面沉降灾变的特征。将近10公里长的地裂缝,为什么京沈高铁附近是剪切破坏,为什么通州城市副中心是拉张破坏,这就得依靠张有全的研究。而分析清楚灾变模式,再去指导工程防治与规划,就不再是工程部门的单一视角处理问题,而是有预见性的“对症下药”。

而朱琳主要做地面沉降模型,用遥感的手段辅助模型,研究地面沉降的演化过程,分析机理。“地面沉降到底是怎么产生?”“不同的开采量会对地面沉降产生什么样的影响?”……在朱琳的研究中一一获得解答。

在这个小团队当中,四位青年教师各有分工。陈蜜负责立体监测,张有全研究灾变模式,朱琳主攻机理,而为他们提供区域水文背景的正是潘云研究的GRACE重力卫星。

2002年发射的GRACE是首次实现用跟踪模式测量地球重力场的重力卫星,由两颗低轨卫星组成。它就像一杆秤,当卫星飞过重力异常区域时,K波段微波测距系统通过测量两颗卫星间的距离和距离变化率来“秤”出地球质量的变化。在华北平原,这种地球质量的变化主要是由于地下水消耗引起的。通过这杆秤,潘云为团队的地面沉降研究提供了重要的基础数据。

年轻人也有干大事的魄力

朱琳是团队中的“80后”教授,能够在事业的黄金年龄擢升为正教授,与她的科研贡献分不开。

北京地质条件复杂,坐落在多个冲洪积扇上。2014—2015年,她与美国Los Alamos国家实验室合作,利用随机模拟技术对北京复杂的第四系地层进行三维重构,并提出基于地球物理技术和随机建模技术估算水文地质参数三维空间分布,为地下水流数值模型提供了可靠的参数输入。相关成果发表在Nature旗下的综合性科学期刊Scientific Reports。朱琳的这些工作获得意大利帕多瓦大学的认可,并在今年4月—8月受邀到该校共同进行地面沉降随机模型的研发工作。

除此之外,她建立的应急水源地地面沉降模型、自主研发的国内首例三维地裂缝可视化模块都得到了北京、江苏等相关部门的推广与应用。

在团队中,陈蜜话不多,很安静。她的多卫星平台SAR监测北京市地面沉降的相关成果发表在国际遥感期刊Remote Sensing,论文被英国的《卫报》、BBC争相报道。但你若问陈蜜,为什么她的论文会制造这么大的影响力?得到的答案通常会是:“北京是一个超大城市,地面沉降由来已久,大家因为关注北京,所以对这个论文的关注度高些。”而陈蜜就是这样一位谦虚的青年教师。

略不同于他人,张有全的研究更多地集中在了服务应用上。在首都新航城和城市副中心重大工程、京津高铁和京沈高铁工程、怀柔应急水源地迁建、西山岩溶水资源评价和玉泉山泉恢复等重大民生工程中,张有全担当的是类似“科技顾问”的角色,处理“沉降灾害突出地区铁路轨道该如何选型”“地表水该怎么引导”这样的问题。尤其是在首都新航城和城市副中心重大工程中,他作为主要成员获得了北京市科技进步奖一等奖。

对于从前做过的事,青年教师不会刻意记忆,更多的时候,他们都在想着现在和未来需要干些什么。

和GRACE卫星一样,年轻即意味着更多的目标有待实现。作为第一届卫星重力与水文学国际研讨会的发起者与组织者,潘云目前致力于推动该技术在水文、地下水领域的应用。此次会议集合了来自国内外58个单位的147名参会人员。潘云和他在清华大学、中科院测量与地球物理研究所的合作者们相信,明年举办的第二届会议将进一步推动我国卫星重力水文应用研究的进步。

付出与支持,教师与学院同辉

在首都师大,遥感支持汶川地震减灾为资源环境与旅游学院写下了光荣的一笔。由于学院教师的卓越表现,他们成为首批全国高校唯一授予的“抗震救灾先进基层党组织”,并代表全国高校参加中南海座谈。

参加过汶川地震遥感灾情分析的朱琳回忆道,当时分为两拨人马,一部分人在现场获取影像,另一部分人在后方进行影像处理。灾情分析工作组设在首都师大的一个小楼里,每天朱琳所在的后方组拿到遥感影像,连夜就在楼里作解译,第二天后方组出的图一早就已经送到了国家领导人手中,供国家领导人了解灾情。

“从‘5·12’开始,我们的工作进入连轴转的状态,加班熬夜是常有的事。在宫校长的带领下,众多教师、学生都参与了进来。但能够把我们所学、所教的派上用场,整个人有一种莫名的兴奋,根本没有顾得上谈累。”朱琳说。

对于背后的付出,潘云有别样的体会。2006年,他从首都师范大学研究生毕业。“说好的不回来,最后还是回来了。”潘云解释说,“刚开始觉得当老师太辛苦了,但是能回到祖国并且和母校的导师合作还是让我充满期待。”因此,他毕业时谢绝了广岛大学导师的挽留,毅然选择了回母校任教。

青年教师的付出带动了学院整体的发展。青年教师入校后基本上都当过班主任,他们不辞辛劳,和学生团队共同发展。女老师休完产假,马上到岗上班;由青年教师当班主任的班级,本科生出国率、考研率高达75%。

与此同时,学院也给予青年教师诸多的支持——鼓励所有的青年教师积极跟国际接轨,且不同于其他院系,讲师承担国家级科研项目就允许其做硕士生导师。

朱琳两次出国都选择了国家级实验室。潘云从广岛大学博士回来,今年作为专家被邀请回去讲学。陈蜜先后去了奥地利、英国,与其合作的导师都是业界知名学者……

对于学院的支持,张有全说:“宫校长、李院长等学术带头人对青年教师很是扶持,重大项目都会让我们参与。他们给青年教师搭建平台—— 一是提供了出国交流的机会,二是科研启动时经费上的支持。青年教师若是想参加学术会议、出野外,哪怕从学术带头人个人的科技经费中出,都会给予我们最大的帮助。”

在潘云看来,这种感觉就是“导师般的关怀,自家人似的心理支持,让人感到能够踏实干活的温暖”。而这也是他去年婉拒国外某知名大学邀请其过去任教的理由之一。一群力争上游的青年人正是在这种关怀、支持、温暖下,向更高的学术圣地攀登。

 
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