中华民族科学在当代的最新成果实例（李世煇老师原创，陆续发布）

袁立

中华民族科学在当代的最新成果实例（李世煇老师原创，经作者同意现在陆续发布）
        大家非常关心中华民族科学在现当代前沿科学领域发挥的作用解决的问题取得的成就。本人主编的《青年自然国学丛书》顾问李世煇老师恰好收集了部分这方面的实例，现在我陆续把它们发布出来。
        作者李世煇先生简介：解放军总参工程兵第四设计院教授级工程师，中国科学院工程地质力学开放研究实验室客座研究员，《青年自然国学丛书》顾问。
        李世煇先生不仅自己钻研中华民族科学，把它与现代科学技术成功结合起来，在自己的专业领域多有建树，而且他还收集了一些当代中国民族科学家在中华科学传统与当代科学技术结合方面的成功实例，现在我陆续把它们发布出来。
                 李世煇创立典型信息法，初步解决三峡大坝和黄河小浪底围岩稳定性分析预测难题 
        地下工程周围的岩石是稳定的？还是即将坍塌？在设计阶段，岩石力学家的分析预测没有把握；在施工中，工程师更难以预测。当今世界各国的认识与处理这种复杂性问题就是这 个水平。20世纪80年代初，这个难题在中国初步解决了，这就是“典型信息法”。典型信息 法中的“信息”，指的是计算机基础上的西方信息科学技术，而“典型” 指的是中国老百 姓喜闻乐见的典型 – 一般方法，即中国传统文化“取象比类，运数比类”的现代版。“典 型信息法”有两种主要应用形式，一种用于解决设计阶段的稳定性预测难题，叫做“典型类 比分析法”；一种用于解决施工阶段的难题，叫做“变形速率比值判别法”。典型信息法采 用的具体的科学原理和技术措施，都来自西方，但是，“胸中有全局，手中有典型”的全局 观点和研究方法，是中国的。 
          20世纪80年代末推广应用以来，在国内外首次给出可信度（经验统计值）0.7-0.9，用户满意率93.6%，国内外影响比较大的工程验证实例是：1991年在当时世界上最大的二滩水 电站导流隧洞施工中的设计复核，战胜了德国最大的建筑承包商做出的分析预测（必然要垮 ）；1999年在广东高速公路猫山隧道施工中，应用这一判别法，两次化险为夷，一旦弃而不 用，就发生了通天的大塌方。目前，在中国大陆“典型信息法”软件的用户已经数以百计， 1998年经总参谋部和总后勤部批准，“典型信息法”的两种主要应用形式已经列入国家军用使用标准，在全军施行。

袁立

王迪兴创立准全息结构计算机原理并成功制造出样机
    王迪兴先生 1977 年创立的准全息结构计算机原理――反映整数之间的加减，有理数之 间的乘除及乘方开方对数反对数运算关系，与西方以加法为基础的冯氏机原理和方法根本不 同。这是一个理论与技术双重创新的发明， 1999 年以来已获得三项国内和国际专利，它有 可能使我国以很小的代价，改变我国在信息技术领域的被动局面。这种全新原理的多功能运 算器，具有储算一体、读写算同步、信息单元之间能实时双向交互作用的特点，可以通过功 能互补改变个人电脑的基础性能。这一发明不仅有可能避开我国微电子技术与操作系统受制于人的现实，而且有可能在相容现有软硬件技术的基础上，多、快、好、省地赢得国际市场 的主动权。
    这样一个很可能改写整个信息技术领域游戏规则的原创性技术，在国内的科研体制下， 十几年来历经多次评审，竟然被计算机专业的某些权威人士全盘否定，得不到国家的任何资 助。2003 年 3 月 5 日中国人工智能学会副理事长、我的朋友何华灿教授，与两任理事长 涂序彦、钟义信教授三位信息科学领域知名学者，联名建议再次慎重评议、论证王迪兴的研 究成果。这是值得注意的，但仍如石沉大海。1995 年，在北京化工大学支持下，王迪兴先 生个人借贷40万元，制成了第一台原理性样机。如今老样机损毁，新样机无力研制，王迪兴 先生衣食无着，妻离子散（五岁幼童寄养于武术学校），一代中华英才，为国为民，忘我拼 搏近三十载，竟困窘如此！王迪兴年过半百，从事科学研究最佳年华蹉跎殆尽。全球各地华 人中有志且有实力“科学救国”之志士仁人，如能多少伸以援手，当有功德于民族、国家。

袁立

杜乐天创立地球内部多气圈理论为国家找到新的天然气资源
    西方地球科学一直认为：天然气只能是生物成因。而我国核工业北京地质研究院科委主 任、博士生导师杜乐天研究员根据自己多年实际观察和潜心研究认为，地球是实心的大气球 ，内部至少有四个巨大的气圈，即上地壳、中地壳、上地幔、外地核四个大气圈。杜乐天根据“有物混成，先天地生”的中华科学传统，认为不应把找 天然气的眼光束缚在石油或煤炭上。烃类和非烃类天然气的分布规模、范围深广得多，更多 的是与油、煤无关；气源主要来自深部低速带和软流层。
    杜乐天研究员经过对我国的区域地质、地球物理探测、中新代玄武岩事件、油气勘探、 地震等各方面资料的调查、整理、分析，再结合自己的科研工作指出，渤海湾东部的蓬莱- 庙岛-大连地区的深部，存在一个巨大的中地壳天然气充气囊群。据保守估计，这一地区400 0米以下，至少有30亿立方米天然气，相当于300亿吨石油。此外，在唐山到德石地区、汾渭 地区等多处均有发现中地壳天然气的可能。如果实施杜乐天的开发方案，只要渤海湾东部有 一口井出了气，就会有足够的资金滚动开发，3-5年即可出现两个大庆规模的巨大天然气新 基地，初步改变我国目前每年进口石油1亿吨以上的被动局面，同时，该区还将出现大批新 化工基地。在京、津、鲁、辽的心腹要地，深孔放气对于地震的推迟与减缓作用，也是应尽 快考虑进行深钻放气实验的重大理由。实为一举多得。 
      但是，我国科学技术界某些身居高位的人士的头脑仍然是“唯西方理论是从”，远未 解放和觉醒。经过杜乐天十多年的阐述理由、奔走呼吁，这些人既不相信中国人自己的科研 成果，更不同意提供必要的资金支持。杜乐天研究员无奈地指出：可能性+不理解+没本事=0 ，现在很需要开展一个中西文化优势互补的启蒙运动。

袁立

徐钦琦研究员提出阴阳“大年”生物进化论 
        在生物史上，往往在几十万年内生物的形态变化轻微；但在某些时刻，整个生物群的面貌突 然发生变异，许多老的物种突然灭绝，一些新的物种取而代之。古生物学家称这种现象为“ 生物事件”，生物事件的规律历来是西方科学家发现的。 
        1983年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐钦琦研究员，开始学习古典文献《老子》 、《周易》等，在整体观察的思路下，联系古气候学的最新研究成果，总结亲身从事科学发 掘 20 年的实践经验，徐钦琦从发现在晚新生代，各生物事件的出现的规律性“与温暖期的 开始密切相关”开始，进而深入探索，古生物史上规模最大的生物爆发事件，何以发生在寒 武纪？徐钦琦分析了生物界最大的 4 个生物事件，对比 1992 年古气候学家弗雷克斯相应 的全球平均温度变化的 4 个完整的气候波动周期， 1998 年提出一个科学假说，“如果把 温暖期和寒冷期结合成一个完整的‘大年 '，那么，生物事件总是有规律地出现在这一层次 ‘大年' 的冬末春初（即寒冷期的结束，和温暖期的开始）” 。 
        有的科学家认为，生物进化的历史规律决定于温度。徐钦琦的研究否定了这种认识。虽然冬 末春初与秋末冬初（即温暖期的结束，和寒冷期的开始）二者的平均气温可能是相同的，但 生物事件只发生在冬末春初。这只能用中国传统文化的“气”（气化流行，生生不息）、“ 四时”、“大年”（如《庄子.逍遥游》“以八千岁为春，八千岁为秋，此大年也”）等观 念加以认识。 
        此外，中国科学院的自然科学史研究，已经发掘和整理了大量有关资料，如 1054 年的中国客星与 蟹状星云的关系，明清宇宙期、夏禹洪水期发生自然灾害群的系统资料等。

袁立

“都江堰”中华环保型水利工程模式

——附“三江”不宜建西式水高坝电站

  

孙文鹏(核工业北京地质研究院研究员)   徐道一(地震局地震研究所研究员)

  

  

摘要：长期以来，只知“都江堰”是个文化景点，而不知它是一种水利工程模式。“都江堰式”与“高坝式”是两类不同而互补的水利工程模式。“都江堰式”的优点：造价低、对技术、建材要求不高、建设周期短、抗地震能力超强、易于修复，有利生态环境，长期效益好。它在我国、特别是华南多雨的丘陵区和西南地震频发区有着广阔的发展前景。

“三江”是沿“三江深大断裂带”发育而成的断裂河。“三江地区”是全球新构造运动最活跃的地区，在“三江”上建大坝蓄水发电，既难觅坚固坝址，且受频繁强震威胁，实不可取。若改建“都江堰式”水电站则可化险为夷。

  

中华民族从上古时代就深谙治水、用水之道，2000多年前就建造了“都江堰式”水利工程，因而有了发达的农业。一千多年后西方才有了“大坝式”水利工程，两种水利工程都是人类治水、用水的经验总结，智慧的结晶。它们既有优点，也有不足，具有互补性，应结合实际灵活应用。

  

一、“都江堰式”水利工程

  

1，“都江堰”水利工程简介

“都江堰”位于川西的灌县，处于岷江流出山谷与成都冲积平原顶端的交汇点。由于雨季，洪水由山区夹带大量沙石而下，严重威胁下游的成都平原。

秦昭王（前306～251）时，蜀郡太守李冰父子从实际出发，因地制宜，因势导水，于秦孝文王元年（前250年）建成了集防洪、航运、漂木和灌溉于一体的综合水利工程。史载“蜀守（李）冰凿离碓，辟（避）沫水之害，穿二江成都之中”（《史记·河渠书》）。《华阳国志·蜀志》载“冰乃壅江作堋，……以行舟船。岷山多梓、柏、大竹，颓顺水流，坐致材木，功省用饶。又溉灌三郡，开稻田。于是蜀沃野千里，号为‘陆海’。旱则引水浸润，雨则杜塞水门。故记曰：‘水旱从人，不知饥馑；时无荒年，天下谓之天府也’”。

“都江堰工程”由四个部分组成：① 分水工程。在岷江江心，修建分水鱼嘴，把岷江江水一分为二，外江为原岷江河道，主行洪、排沙，内江主引水灌溉；② 开挖内江引水河道，其左岸靠山河道稳定，右岸筑“金刚堤”防冲刷；③ 溢水飞沙工程。在内江河道右岸中部设平水槽以利侧向溢水，并且在其下端修建飞沙堰，兼具溢洪和排沙的作用；④在玉垒山开凿进水口（宝瓶口），以控制进水和防洪。

在堰首树立三石人了解水量，以“涸不至足，盛不没肩”作为观测水位变化尺度的标准。根据“深淘滩、低作堰”的原则进行维护。即在每岁的枯水期，挖去河床中淤积的沙石，以保证供给灌溉的水量，减轻丰水期洪水对堤堰的冲击，也是“低作堰”的保障。古人评云：“滩深淘则水可容，将无不足之患；堰低作水可泄，将无横决之忧”（《灌记初稿·记水利》）。“六字方针”很好地解决了泥沙与洪水、蓄水与泄洪的矛盾，体现了“和实生物”的观念。

都江堰建成至今已两千二百多年，虽经历代改进(修建都江堰时的灌溉面积为50万亩，新中国成立以前增加到200万亩，二十世纪八十年代已扩大到700万亩)，但其基本原则和格局延续至今未变。它可能是世界上最古老、规模最大、效益最好、目前仍在发挥重大作用的水利工程。

2008年汶川8.3级大地震的震中距都江堰工程很近，它只受到轻微破坏，震后很快就恢复正常运转。这次又经受住了严重天灾的考验。其功劳全在于“低作堰”。它由填满砾石的竹笼堆垒、连接而成的。材料产于当地，成本低廉，且有易于更换、修补之长。而邻近的紫坪铺水库因遭受汶川地震严重破坏，至今难以正常运行。

著名水利专家谢家泽（1995）认为：都江堰工程布置和治理原则是很成功的，说明当时古人对于岷江河流特性、水沙（特别是推移质沙石）运动特性、以及水位流量关系等，已有了深刻认识，并创造了应用分水鱼嘴等的侧向溢洪和排沙的成功经验。

2，都江堰式水利工程的特点

“都江堰”水利工程的基本特点是：不建筑拦江高坝，不积蓄大量江水，不人为大幅抬高江面。而是巧妙地利用当地的地形、地物特征，把部分的岷江水引向成都平原进行农业灌溉。由于水利工程没有改变长期形成地貌特征，没有大量地蓄水，因此，既使遇到强大地震、山崩等地质灾害，对其破坏也是局部性的，因无大量蓄水，也就消除了因地震、地质灾害引发，由大量蓄水倾泻而造成的次生灾害。因此，“都江堰式”应是地震频发区水利工程的最佳选择。

3，“都江堰式”与西方“大坝式”水利工程的对比

“大坝式”水利工程是世界流行的水利工程模式，通过建筑拦河大坝蓄水，形成高位超大型水库，用以发电、灌溉、通航等。大坝筑得越高、蓄水越多，其经济效益也越好。经过长期的实践，它的负面作用(如，对环境与生态的破坏、大坝破损的潜在风险等)也日益为人们所认识。然而它仍然是公认的有效模式。

中西两种文化衍生出“都江堰式”与“大坝式”两种不同水利工程模式。它们的基本特征对比参见表1。

  

表1   “大坝式”与“都江堰式”水利工程对比表

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           “大坝式”水利工程                  “都江堰”水利工程

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指导思想   经济效益第一                        老子“无为”(不违背自然)思想

工作方法   科学与实验 ，技术复杂               整体思维，因地制宜，技术较简单

建设投资   所需资金多，建设周期长              所需投资少，建设周期短   

基本要求   坝址地基坚实，工程破坏后难修复      无特殊要求，工程损坏后容易修复   

建筑材料   有严格的质量要求                    质量要求不严格，可以就地取材

环境影响   工程越大，影响越大，次生灾害越多    基本不破坏生态环境，有利生态环境

抗灾能力   随投资增多而提高，仍不能抗大灾      抗灾能力超强，工程不会加重天灾

效    益   可达到短期效益最大化                长期综合效益好，建好后长期受益

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二、我国今后应重点发展“都江堰式”水利工程

  

解放后，特别是改革开放以来，我国水利工程建设大发展，祖国的大江大河凡是地质、地震条件适于建筑拦河大坝、蓄水发电的地方，基本都已经建起了水电站，还能建大坝式水电站的地方已经不多了。所以一些部门就提出要到三江地区开发修建更多的水电站。

“都江堰式”水利工程长期以来，一直被当成传统文化景点。水利部门和学者们都忽视了：它作为一种独特环保型水利工程模式的重要意义与价值，因此，没有得到应有的重视和大面积的推广。因此，我们建议，今后我国的水利工程建设应该以发展“都江堰式”水利工程为重点，充分发挥它在农业水利灌溉、中小型水力发电、以及在地震频发的高风险区进行水利工程建设中，发挥其不可替代的主导作用。它在我国、特别是南方多雨的丘陵区、西南地震高危多发区，“都江堰式”水利工程有着广阔的发展空间。

  

三、在怒江上修筑拦江大坝蓄水发电风险太大

  

最近获悉：要在怒江上修建多个拦江大坝，以开发其丰富的水利资源，据说即将上报申请列入十二·五计划。作为上世纪50年代末留学苏联，专门从事“塔纳斯----费尔干”大断裂研究、从事地震预测研究40多年的老地质工作者，我们有责任和义务对这一关系国计民生的巨大工程提出看法：  

1， 怒江的云南段属于走向断裂河

怒江、金沙江与澜沧江(总称三江)的云南段都是走向断裂河，也就是说它们的河道都是在一组平行断裂破碎带的基础上生成的。它们的深(切穿地壳)大断裂性质为中国和世界地质构造界所公认，已绘制在所有的中国地质构造图上。按李四光教授“地质力学”的观点：它们是青藏滇缅印尼超巨型“歹”字型构造体系的一部分，“三江”断裂带属于“歹”字型构造体系的中段，具有右行平移正断裂性质，即断裂带东侧一盘向南向下错动。  

2，云南的三江地区是我国、亚洲乃至全世界新构造运动最剧烈的活动地区。

三江地区的活动性反映在许多方面：它是第四纪火山喷发区; 该区地温升高，属于地热异常区，温泉沿断裂带成串珠状广泛分布; 地势险峻、“V”型河谷发育；江河流水湍急、自北而南河床成阶梯状下降; 地震、山崩、滑坡、泥石流等地质灾害频发等，造成这些地质、地貌景观异常的总根源是：沿南北向深大断裂带(如：怒江断裂、澜沧江断裂、金沙江断裂)相对强烈、急剧运动所至，且至今没停止。其相对位移方向与错矩大小，既可以通过大地测量精确测出，也可以从不同时期的卫星图片的对比中得到证明。由于我们年迈退休，很难收集到上述数据与物证。但是坚信：事实将证明我们所言正确。  

3，巨型或深大断裂构造活动的基本特点

作者曾对“塔纳斯-----费尔干大断裂”进行过专门研究(副博士论文)，它与怒江断裂相似，同为以右行平移错动为主的活动大断裂，只是其规模及切割地壳的深度不及怒江深大断裂。费尔干断裂的活动的特点是：两端地震频繁，且交替而有序地发生，而在断裂的中段则表现为沿断裂面(带)的相对错动，有时也会发生地震，但其震级要比断裂两端畧低一些。据此预测怒江深大断裂云南段发生地震的级别要低于“歹”字型构造的头部和尾部。如果其头部是以8级左右大地震为主，那么在“歹”字型构造的中段地震震级应低于8级，则在七级左右，其特征应是强烈的错位，以及由错位而引发的山崩、地裂、滑坡、泥石流等巨大地质灾害。  

4，当代我国西南地区的地震特点

近200年间，尤其是近60年来，我国西部、特别是西南地区大地震频繁发生，其中7级以上的强烈地震计有：1950年西藏东部的察隅8.5级强烈地震、1951年西藏当雄的8级地震、1970年云南通海7.8级地震、1976年云南龙陵7.3级地震、1988年云南澜沧江7.4级地震、云南耿马7.2级地震、1995年中缅交界7.3级地震、1996羊云南丽江7.0级地震、1997年西藏7.5—8.0级地震、2001年新疆青海交界处的8.1级地震、2008年的汶川的8.3级地震等。其地震强度(震级)也是“歹”字型构造的头部强、中部南北断裂带地震强度稍弱。它与断裂带地震强度(震级)分布规律相吻合。  

5，大坝不能建筑在活动断裂破裂带上      

任何坚固的钢筋水泥大坝也阻止不了沿怒江深大断裂的相对错动; 谁也制止不了沿怒江两岸至今仍在发生的巨大的山崩、滑坡与泥石流。这就是我们认为不宜在怒江上筑坝蓄水发电在技术方面的理由。此外，怒江是一条巨大的国际河流，一旦发生事故将危及下游各国人民的生命财产，其经济、政治后果不敢设想，恐怕十个“墨西哥湾深海漏油”事故也难以相比。

有人认为：既使在地震高发区也可以建筑大坝，理由是坝址可以躲开断裂带。并以东京可以建摩天大楼做佐证。

首先，大坝建在断裂带上、高楼建在活动区内的某一点上，两者所处地质背景不同; 一个是横跨断裂河建蓄水大坝、一个是建孤立‘点状’高楼，工程的性质不同，根本不可对比；

其次，“三江”地区原本就是当今地壳活动最强的地段，三江本身就是三条平行的深大断裂带，它们如此接近，地球上罕见，其活动的强度绝无仅有，这才造就了“三江并流”奇特景观，并使西藏高原不断隆起，成为世界屋脊;

第三，凡学地质的都知道，在断裂河上修栏江大垻就不可能避开断裂带。

  

四、建议以“都江堰”模式开发“三江”地区水利资源

  

以怒江为例，可在其上游选择一个合适的地点，(通过修建类似“分水鱼咀”工程)将怒江江水分流出一部分，引入到江岸的人工水渠，(在少失其高程的条件下)顺势平行其山脉(也是地层和断裂带)走向将其引导到下游的某一低地的上方(山腰)，以形成巨大高差，在下游低地处建发电站，利用“人工瀑布”发电。

上述设想，与其说是建议，还不如说是由责任心驱动一种灵感，它源于过去的类似经历：1972年曾在桂北苗儿山深处目睹地质队与生产队合作利用溪水搞“都江堰式”水力发电的实例。由地质队出钱、出材料、出发电机，出技术，生产队出劳动力，生产队仅用了几十个工，在当地的小溪上游，筑了一个高约l米左右的堤坝，将小溪的部分流水引入溪岸边的人工水渠，流经几百米后在小溪下游的低洼处，安装上发电机，利用渠道引来水的落差发电。整个过程，从商谈合作到动工、建成小小水电站仅用了2----3个月。小水电站所发的电满足了地质队、生产队家用和生产队的小农机用电的需要。生产队还从地质队获得一笔不小的电费收入。这一实例的意义只是说明：发展“都江堰式”水力电站是可行的，要使其作用更大，则需要我国广大的水利工作者结合实际进行再开发。

除此以外，华南的山区老百姓一直在按“都江堰模式”开发利用水力。解放前我的老家，湖南安化的一个小镇碾米房就是依“都江堰模式”修建的。

结束语：我们建议的初衷是：提醒国人，特别是它的领导者和水利工作者：“都江堰”不只是一个旅游景点，它还是独具一格、具有广阔前景的环保型水利工程模式之一。它在我国有着广阔的发展前景、开发它用好它利国又利民。  

参考文献

谢家泽，1995，都江堰枢纽述评。见：中国水利水电科学研究院，谢家泽文集，北京：中国科学技术出版社，第61页。

李四光,1976,  地质力学之基础与方法   北京  科学出版社。