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　　這是一條綿亙在世界屋脊上的“天路”，一條世界上穿越凍土里程最長的高原鐵路……2006年，舉世矚目的青藏鐵路正式通車運(yùn)營。13年來，路基穩(wěn)定，經(jīng)過凍土地段列車時(shí)速可達(dá)100公里，創(chuàng)造了世界凍土區(qū)鐵路的最高時(shí)速。

　　在凍土層上修鐵路，如何解決凍土的凍脹和融沉問題？在當(dāng)時(shí)是一個(gè)全世界都無法解決的難題。因此，青藏鐵路工程也被看作是“一項(xiàng)難以置信的事業(yè)”，全球頂級科學(xué)刊物《自然》（Nature）雜志更是將青藏鐵路的建成稱為“工程奇跡”。而這一奇跡的誕生，飽含了眾多科研人員的辛勤汗水。

　　其中，有一位科學(xué)家的名字熠熠生輝，他就是凍土學(xué)家、中科院院士程國棟。

　　1 年少立志為國建功立業(yè)

　　1943年7月11日，在硝煙炮火中，程國棟在上海出生了。伴隨著動(dòng)蕩不安的年代逐漸長大，程國棟和那個(gè)時(shí)代的年輕人一樣，滿懷壯志報(bào)國的情懷與理想。

　　高中畢業(yè)時(shí)，在一次學(xué)校組織學(xué)生參觀華東師范大學(xué)地質(zhì)地理系的活動(dòng)中，當(dāng)時(shí)一位老師介紹了關(guān)于打通喜馬拉雅山改變中國氣候的大膽設(shè)想，一下子引起了程國棟對地質(zhì)地理的興趣，也讓這個(gè)出生在南方的少年，對中國西部產(chǎn)生了無窮的想象。

　　后來，他又從北京地質(zhì)學(xué)院的招生信息中看到兩項(xiàng)大工程的簡介?！耙粋€(gè)是南京長江大橋，一個(gè)是南水北調(diào)，年輕人都向往能夠投身大工程建設(shè)?！背虈鴹澨寡裕еüαI(yè)的理想，他報(bào)考了北京地質(zhì)學(xué)院。

　　1960年，程國棟考入北京地質(zhì)學(xué)院（現(xiàn)中國地質(zhì)大學(xué)）水文地質(zhì)和工程地質(zhì)系。經(jīng)過5年的學(xué)習(xí)，畢業(yè)后，程國棟響應(yīng)國家號召，告別老家上海的都市生活，來到中科院蘭州冰川凍土研究所凍土研究室工作?！澳莻€(gè)年代大學(xué)畢業(yè)后，大家都是服從國家分配。當(dāng)初有5個(gè)志愿名額，我都寫了服從分配，最后就被分到了蘭州?！背虈鴹澔貞洝?/p>

　　那一年，程國棟22歲。

　　蘭州的工作條件很艱苦，對于生長在南方的程國棟而言，需要應(yīng)對很多不適與挑戰(zhàn)，但是他沒有被困難嚇倒，反而更有斗志了。“只要習(xí)慣了就會(huì)好些，特別是從事凍土專業(yè)以后，覺得還有好多實(shí)質(zhì)性的問題沒有解決，需要靜下心來仔細(xì)研究解決，對于環(huán)境也就適應(yīng)了?！背虈鴹澔貞浾f。

　　一旦選擇，便無怨無悔。從此，程國棟扎根西部，一待就是半個(gè)多世紀(jì)。

　　2 歷經(jīng)艱辛篤定青藏鐵路

　　1967年，程國棟前往青藏高原調(diào)研。也是從那時(shí)起，他的科研事業(yè)就與青藏鐵路綁定在了一起。

　　程國棟說，自己本來是搞地質(zhì)的，不了解工程，但是所有研究都和青藏鐵路緊密相連，因此研究的出發(fā)點(diǎn)就是鐵路建設(shè)，這也讓他們的凍土研究有了實(shí)際的動(dòng)力和基礎(chǔ)。

　　青藏鐵路承接了幾代人的夢想與心血，“為了解決青藏鐵路多年凍土問題，科研工作者幾十年如一日，始終堅(jiān)持在條件極為惡劣的高原環(huán)境里做科研。”程國棟感慨道。

　　在青藏高原，第一個(gè)面對的問題就是缺氧，頭疼、睡不好覺是稀松平常的事。在那里，解放牌卡車就是交通工具，車子開在“搓板路”上，就像喝多了酒的醉漢，坐在里面極為難受，如果卡車陷進(jìn)地里出不來，就很難走出無人區(qū)。在雪域高原考察，往往幾天不見人煙，只有野驢和蒼鷹做伴。不僅如此，最危險(xiǎn)的是要經(jīng)受生死的考驗(yàn)。

　　鐵路進(jìn)拉薩，當(dāng)時(shí)鐵路部門制定了兩個(gè)鐵路修建方案，一個(gè)是基本沿青藏公路的西線方案，另一個(gè)是無人區(qū)的東線方案，程國棟毫不猶豫地選擇帶隊(duì)進(jìn)入條件艱苦的東線。高原無路，汽車經(jīng)常陷進(jìn)松軟的土里?！捌嚺怀鰜?，隊(duì)員就有生命危險(xiǎn)，無人區(qū)前后也沒法聯(lián)絡(luò)。最怕的是學(xué)生們患感冒，一旦并發(fā)肺水腫，送不出去只有等死?！比缃裨僬f起這些經(jīng)歷，程國棟依然心有余悸。

　　“當(dāng)時(shí)跟我一起去的有一批唐山的學(xué)生，有一次搞測繪，作業(yè)完成后，下起了像冰粒一樣的雨，一個(gè)學(xué)生被淋后感冒了，當(dāng)天晚上就發(fā)燒，眼看著就不行了?！背虈鴹澔貞洠暗?dāng)時(shí)沒辦法，也送不出去，只能靠帶去的衛(wèi)生箱里的藥品進(jìn)行搶救，好在那個(gè)學(xué)生體質(zhì)好，最后熬過來了?！?/p>

　　程國棟還記得，時(shí)任青藏鐵路建設(shè)總指揮部專家咨詢組組長的張魯新也和他們一起搞勘測。1976年7月，張魯新一行三人外出考察，回來時(shí)迷了路，程國棟在大本營里苦苦等候，一直到天黑也沒見他們回來，便帶人頂著夜色四處搜尋，在空曠的荒原里找人如同大海撈針。張魯新三人沒帶干糧，早已筋疲力盡，最后靠著火柴點(diǎn)燃煙盒的細(xì)微光亮被程國棟發(fā)現(xiàn)才得救。

　　“還有食物中毒等問題，面臨的危險(xiǎn)確實(shí)不少?！背虈鴹澬χf起那些往事，就像一個(gè)久經(jīng)沙場的老軍人般，在經(jīng)歷生死的考驗(yàn)后對于那些英雄般的事跡很是淡然。

　　1978年，青藏鐵路由于技術(shù)制約第二次“下馬”，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一的程國棟需要完成由國家組織的聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目——青藏鐵路建設(shè)中的凍土問題研究。

　　當(dāng)時(shí)，凍土學(xué)中存在一個(gè)懸而未解的問題，即“近地面厚層地下冰的成因及變化規(guī)律”難以破解。從青海格爾木至西藏拉薩，要經(jīng)過550多公里的多年凍土區(qū)。凍土在冬天結(jié)冰，膨脹起來，在夏天融化，就像稀泥，鐵路的路基就會(huì)隨之受到破壞。這是青藏鐵路修建中繞不過去的技術(shù)難題，也成為程國棟長達(dá)幾十年的研究課題。

　　3 “程氏假說”攻克世界難題

　　在參加“青藏鐵路建設(shè)中的凍土問題研究”“青海熱水煤礦厚層地下冰地段路堤試驗(yàn)”“青藏公路沿線凍土研究”和“青藏公路多年凍土地區(qū)黑色路面修筑技術(shù)”等重大課題研究中，程國棟逐漸積累了大量的解決厚層地下冰成因問題的有關(guān)資料。

　　特別是1979年，在主持青藏公路改建工程中的凍土工程地質(zhì)工作中，正好因?yàn)楣费鼐€打了幾十個(gè)鉆孔，程國棟有機(jī)會(huì)仔細(xì)觀測到厚層地下冰的分布形態(tài)，發(fā)現(xiàn)了正在融化的土中的成冰現(xiàn)象。

　　在工作中，程國棟除了吸收前人總結(jié)的“正在凍結(jié)過程中水分遷移成冰作用”外，他還注意到了被人忽視的“已凍土中的未凍水和正融土中仍凍結(jié)部分的未凍水”，都具有遷移和分凝成冰作用。根據(jù)自己此前數(shù)十年的思考、實(shí)地考察，并在總結(jié)大量資料、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1981年，程國棟創(chuàng)造性地提出了高海拔地區(qū)多年凍土的三向地帶性分布規(guī)律及“厚層地下冰形成的重復(fù)分凝機(jī)制”。這個(gè)理論主要由三個(gè)部分組成，其中最核心的部分是程國棟創(chuàng)造建立的“未凍水的不等量遷移規(guī)律”，揭示了厚層地下冰形成的本質(zhì)，其次提出了冰的自凈作用，并將國外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)成果用來解釋多年凍土上部高含冰量土中土顆粒移動(dòng)規(guī)律。1983年，他的論文在國際凍土權(quán)威雜志《寒區(qū)科學(xué)與技術(shù)》上發(fā)表，立即在國際凍土學(xué)界引起強(qiáng)烈反響。許多凍土學(xué)家給予了高度評價(jià)，并冠之以“程氏假說”。

　　此后，程國棟并不滿足理論上的突破與成功，他又到室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件較好的美國一家寒區(qū)研究和工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了專門的模擬實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)學(xué)術(shù)的正確性。

　　與此同時(shí)，加拿大卡爾頓大學(xué)的史密斯教授，花3年時(shí)間完成了對程國棟理論的驗(yàn)證。“程氏假說”成為迄今為止很有說服力、較完善的厚層地下冰形成學(xué)說，也使國際凍土界長期懸而未決的一個(gè)重要理論問題獲得較完美的解決。這一理論被形象地稱為凍土學(xué)中的“相對論”，這也是世界凍土研究領(lǐng)域第一次以中國人的姓氏命名的原理。

　　在之后的青藏鐵路建設(shè)中，“程氏假說”為解決凍土工程技術(shù)難題提供了重要的理論依據(jù)。

　　1993年，第六屆國際凍土學(xué)會(huì)議在北京舉行，程國棟被推選為國際凍土協(xié)會(huì)主席。當(dāng)年底，程國棟當(dāng)選中國科學(xué)院院士。那一年他50歲，是當(dāng)時(shí)所有院士中最年輕的一位。

　　2000年年底，青藏鐵路第三次“上馬”，凍土依舊是修建鐵路最大的制約瓶頸。

　　保持凍土不融化，是青藏鐵路的關(guān)鍵點(diǎn)。最易行的辦法就是加高路基或鋪設(shè)保溫材料，用程國棟的話說，這等于給凍土“蓋被子”，就像夏天賣冰棍，為防止冰棍融化，總是在冰棍箱上蓋一層被子。但是，這只能減緩凍土融化的速度。青藏鐵路建設(shè)是百年大計(jì)，需要考慮幾十年到一百年的工程和全球變暖對凍土的影響，這就要求在保護(hù)凍土方面必須有新的思路。這時(shí)，“主動(dòng)冷卻”的思路應(yīng)運(yùn)而生。幾經(jīng)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)之后，青藏鐵路首次在世界上采用了整套“冷卻路基”的方法，攻克了氣候變暖條件下，在凍土區(qū)筑路的這一世界性難題。

　　在這一思路指導(dǎo)下，程國棟和團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了新的地溫調(diào)控原理和高新技術(shù)，通過調(diào)控輻射、對流、傳導(dǎo)等方法，為多年凍土區(qū)提出了相應(yīng)的筑路技術(shù)：塊石路基結(jié)構(gòu)、通風(fēng)管路基、熱管、遮陽板等共同發(fā)揮作用。

　　青藏鐵路上的塊石路基，選擇多大粒徑的碎石最合適？是不是粒徑越大降溫效果越好？程國棟團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，確定10到30厘米粒徑的塊石降溫效果良好，粒徑為22厘米時(shí)，對凍土的降溫效果最好。這種多空隙的“塊石路基”能有效保護(hù)凍土，它就像散熱排風(fēng)扇一樣，冬季從路堤及地基中排除熱量，夏季較少吸收熱量，類似于一種“熱半導(dǎo)體”，能起到冷卻作用，降低地基土溫度。采用這種“熱半導(dǎo)體”在未來50年青藏高原氣溫上升2.6攝氏度的情況下，仍能保證凍土熱穩(wěn)定。

　　如今，經(jīng)過青藏鐵路時(shí)，人們會(huì)看到，路基旁豎著一排排銀色細(xì)柱；又不時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)路基下的土石層中，伸出一個(gè)個(gè)小圓筒；又或者是沿途的“涼棚”“遮陽板”……這些青藏鐵路特有的設(shè)施，都是程國棟及中科院凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組的“發(fā)明”，它們都是用來解決鐵路沿線凍土凍脹和融沉問題的法寶。

　　青藏鐵路通車十幾年來，路基穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好，創(chuàng)造了世界凍土區(qū)鐵路的最高時(shí)速，更重要的是對西部經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。國際凍土協(xié)會(huì)主席Jerry Brown博士曾評價(jià)：“青藏鐵路代表了凍土工程的最新進(jìn)展，在這一領(lǐng)域，其他國家需要借鑒中國的成就?！?/p>

　　而程國棟回憶起參與青藏線建設(shè)的歲月時(shí)，只是淡然地說道：“能對青藏鐵路這樣偉大的工程有所貢獻(xiàn)，我很驕傲”。

　　4 情系西部堅(jiān)守科研一線

　　攻克了世界性難題的程國棟并未停止探索的腳步。在年過70歲、很多老人選擇安享晚年的時(shí)候，他卻依舊堅(jiān)持在科研一線工作。除了凍土學(xué)研究，他還進(jìn)一步拓展科研領(lǐng)域，投身西部水資源的合理開發(fā)與利用、生態(tài)的恢復(fù)與重建研究。他曾多次帶領(lǐng)科研人員深入甘肅河西地區(qū)、內(nèi)蒙古等地進(jìn)行實(shí)地考察，初步探明了西部地區(qū)地下水資源的儲(chǔ)量，并重點(diǎn)針對黑河流域的水文、水資源問題展開研究。

　　黑河流域是我國西北干旱區(qū)典型的內(nèi)陸河流域，20世紀(jì)80年代以來，由于黑河中游地區(qū)的急劇擴(kuò)耕，進(jìn)入下游的水量大幅減少，致使下游生態(tài)明顯惡化。為解決這一區(qū)域的水資源問題，程國棟提出開展黑河流域生態(tài)水文和生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究。他積極倡導(dǎo)并推動(dòng)實(shí)施了國家基金委重大研究計(jì)劃“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究”，為內(nèi)陸河流域水文水資源研究提供了重要支撐，提升了對內(nèi)陸河流域水資源形成及轉(zhuǎn)化機(jī)制的認(rèn)知水平和可持續(xù)性的調(diào)控能力，使甘肅省成為我國內(nèi)陸河研究的典型和示范基地，并使我國流域生態(tài)水文研究進(jìn)入國際先進(jìn)行列。

　　2000年，中國科學(xué)院啟動(dòng)了“西部計(jì)劃項(xiàng)目群”，旨在為國家西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論和技術(shù)支持，保證區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。程國棟主持了項(xiàng)目群的重大項(xiàng)目《黑河流域水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合管理試驗(yàn)示范》。此后近十年里，該項(xiàng)目在甘肅黑河流域進(jìn)行了農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究和集成，建立了管理性節(jié)水、結(jié)構(gòu)性節(jié)水和農(nóng)藝節(jié)水相結(jié)合的高效農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)體系，推廣了防護(hù)體系建設(shè)模式、人工草場建設(shè)和改良、牲畜和羔羊育肥、草原毒雜草治理等技術(shù)，在示范區(qū)實(shí)現(xiàn)了節(jié)水20%，單方水產(chǎn)值提高40%的效益。

　　作為該項(xiàng)目首席科學(xué)家，程國棟主持完成的“黑河水資源問題與對策”建議已成為水利部向國務(wù)院提交報(bào)告的重要依據(jù)。同時(shí)，這一項(xiàng)目取得的一系列科研成果、技術(shù)體系和試驗(yàn)-示范模式，不但為河西走廊節(jié)水型社會(huì)建設(shè)、黑河流域綜合治理提供了有力的技術(shù)支撐，而且為其他內(nèi)陸河流域和西北干旱區(qū)的治理提供了經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)。

　　半個(gè)世紀(jì)的堅(jiān)守，程國棟為國家作出了巨大貢獻(xiàn)，也為他贏得了各種榮譽(yù)。2009年，程國棟當(dāng)選俄羅斯工程科學(xué)院外籍院士；2011年，他被授予甘肅省科技功臣獎(jiǎng)。2014年，程國棟榮獲國際凍土協(xié)會(huì)終身成就獎(jiǎng)，迄今為止，全世界獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的只有五位科學(xué)家，他是其中唯一的中國人。這一獎(jiǎng)項(xiàng)是國際凍土學(xué)界對他多年潛心從事凍土研究成果的認(rèn)可，也是中國凍土學(xué)科的至高榮耀。2017年，凍土與寒區(qū)工程研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)，成為甘肅首個(gè)獲此殊榮的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

　　不僅如此，程國棟還為中國凍土研究領(lǐng)域先后指導(dǎo)培養(yǎng)了50多名博士生、20多名博士后，他們中很多人已成為這一領(lǐng)域的科研骨干和學(xué)術(shù)帶頭人。在程國棟的帶領(lǐng)下，他們多年如一日地不懈奮斗，換來了我國凍土學(xué)科的大發(fā)展，如今凍土研究這一冷門學(xué)科，已變成了熱門學(xué)科，凍土變成了“熱土”?！暗袊鳛槭澜鐑鐾撩娣e第三大的國家，依然還有很多與凍土領(lǐng)域關(guān)系密切的工程需要理論支持和解決方案，依然需要我們?nèi)ヅ??！背虈鴹澅硎尽?/p>

　　長期生活在大西北，程國棟早已成了一個(gè)地道的“西北人”，飲食習(xí)慣也發(fā)生了變化，他戲稱自己“幾天不吃面條，便覺得心中空空蕩蕩”。也因?yàn)槎嗄赀h(yuǎn)離家鄉(xiāng)，只有節(jié)假日才能回上海與親人共度，程國棟錯(cuò)過了兒子的成長時(shí)光，錯(cuò)過了對父母的陪伴盡孝，這成為他心中無法彌補(bǔ)的遺憾。可是程國棟卻并不后悔當(dāng)初的選擇，正如1984年他在一封家書中所表達(dá)的那樣，“經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，并沒有虛擲年華”，實(shí)現(xiàn)了自己年少時(shí)的夢想——為祖國建功立業(yè)。