“扎根”蘭州60年

　　中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所是2016年組建的中科院西北研究院的一個重要“成員”，是根據(jù)國家的科研和戰(zhàn)略要求60年前在蘭州建所。中科院院士、西北研究院常務(wù)副院長賴遠明告訴記者，該所是按照中國科學(xué)院“知識創(chuàng)新工程試點”工作的戰(zhàn)略布局要求，由1959年建所的中國科學(xué)院原蘭州冰川凍土研究所、蘭州沙漠研究所和蘭州高原大氣物理研究所通過學(xué)科定位、機構(gòu)調(diào)整、研究領(lǐng)域交叉融合，在保留原有的特色學(xué)科基礎(chǔ)上，凝練出優(yōu)勢研究方向，于1999年6月整合而成，后進入知識創(chuàng)新工程試點的，并且成為首批進入中科院知識創(chuàng)新工程的單位之一。

　　當年，整合后的寒旱所以探索寒區(qū)旱區(qū)陸地表層系統(tǒng)過程、格局及其相互關(guān)系為基礎(chǔ)，開展區(qū)域環(huán)境與全球變化、重大工程及可持續(xù)發(fā)展研究。主要針對西部地區(qū)環(huán)境變化與生態(tài)建設(shè)、資源利用與重大工程建設(shè)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大科學(xué)問題開展寒區(qū)旱區(qū)特殊自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件下的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性、綜合性研究。“寒旱所瞄準21世紀國家發(fā)展的戰(zhàn)略目標和學(xué)科發(fā)展的國際前沿，針對國家加快西部地區(qū)發(fā)展的重大決策和西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)面臨的重大科學(xué)問題開展干旱、沙漠、高寒和極地特殊自然條件下環(huán)境與工程的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性研究，為國家解決西北地區(qū)在資源、環(huán)境、重大工程和社會經(jīng)濟等領(lǐng)域的重大問題提供科學(xué)依據(jù)，為西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。”賴遠明說。寒旱所已成為專門從事干旱沙漠、高寒、極地環(huán)境與工程研究的國家級研究機構(gòu)，是西北資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究基地。為我國社會進步、經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)安全、區(qū)域發(fā)展作出了突出貢獻，特別是為我國青藏鐵路建設(shè)、西部沙漠化防治、水資源管理與利用等基礎(chǔ)性研究作出了原始性重大創(chuàng)新貢獻。

　　60年來，寒旱所經(jīng)過幾代科學(xué)工作者的艱苦努力和開拓創(chuàng)新，創(chuàng)建和發(fā)展了中國的冰川、凍土、沙漠與沙漠化、高原大氣等學(xué)科，形成了具有鮮明區(qū)域特色的學(xué)科研究領(lǐng)域。“我們截至目前已承擔國家、部門和地方科研項目4000余項，取得了豐碩的科研成果，獲得國家及省部級獎勵180多項，其中國家科學(xué)技術(shù)進步特等獎3項和一等獎5項，國家自然科學(xué)一等獎3項，國家自然科學(xué)、科技進步和技術(shù)發(fā)明獎二等獎32項，省部級特等獎4項，一等獎59項、二等獎80余項。”賴遠明說。

　　解決青藏鐵路筑路核心難題

　　提到寒旱所就不能不說青藏鐵路，這條被稱為“天路”的鐵路是世界高溫凍土工程建設(shè)方法發(fā)展史上的重要里程碑。在多年凍土區(qū)修建這樣一條鐵路，難度可想而知。之所以能取得令人矚目的成就，寒旱所的科研人員功不可沒。

　　建國伊始，當時的國家把修筑進藏鐵路設(shè)計提上了議事日程，但是由于高溫凍土、高原缺氧、生態(tài)環(huán)境等難題一時尚無法攻克，青藏鐵路工程被迫幾次下馬。從青藏鐵路開始修建，寒旱所科研人員瞄準凍土研究方向進行攻關(guān)，經(jīng)過多年的研究，破解了凍土區(qū)修建鐵路的世紀難題。他們指出，青藏鐵路成敗的關(guān)鍵在路基、路基成敗的關(guān)鍵在凍土。主要針對青藏鐵路工程建設(shè)和氣候變化共同作用下復(fù)雜的凍土問題，通過考察、室內(nèi)外試驗與長期監(jiān)測、數(shù)值模擬和綜合研究，為多年凍土區(qū)青藏鐵路設(shè)計、施工和運營提供了關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。以該所程國棟院士、馬巍和吳青柏研究員為主要學(xué)術(shù)帶頭人的科研團隊創(chuàng)造性的提出了在青藏鐵路建設(shè)中“主動冷卻路基”的設(shè)計和施工原則，并得到鐵路部門認可，目前凍土地區(qū)鐵路工程設(shè)計和施工均是以此為據(jù)而實施的。參加編制的《青藏鐵路多年凍土區(qū)工程勘察暫行規(guī)定》和《青藏鐵路多年凍土區(qū)工程設(shè)計暫行規(guī)定》，成為青藏鐵路勘察、設(shè)計、施工的主導(dǎo)設(shè)計原則和規(guī)范。在“主動冷卻路基”原則下獲得各種凍土工程具體措施，并完成了全長14公里的青藏鐵路北麓河示范工程建設(shè)，為青藏鐵路建設(shè)、運營、維護提供了樣板工程和技術(shù)支撐。與此同時，以“主動冷卻路基”思想為依據(jù)，針對具體的凍土工程問題，開展的塊石路基、通風管路基、塊石+碎石護坡、遮陽板護坡、邊坡防護、熱棒、保溫材料等筑路技術(shù)研究，為青藏鐵路建設(shè)提供了理論依據(jù)和設(shè)計參數(shù)。同時，該所科研人員也開創(chuàng)性地提出了凍土鐵路沿線生態(tài)環(huán)境保護的國際先例，走出了我國在高原多年凍土區(qū)修建公路和鐵路的一條具有多項自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新之路。此項研究技術(shù)保障了青藏鐵路和公路的良好運行，也打破了國外專家的斷言：按人類現(xiàn)有的科技水平，要讓鐵路橫穿昆侖山和唐古拉山，至少要在100年以后。

　　“加拿大著名凍土學(xué)家哈里斯評價說，青藏鐵路工程讓全世界得到了在多年凍土區(qū)建設(shè)鐵路的成功經(jīng)驗，會對在極端環(huán)境下各國工程設(shè)計人員在工程設(shè)計和施工的開展上產(chǎn)生深遠影響。”賴遠明告訴記者。

　　保護環(huán)境鎖住“沙魔”

　　除了在凍土科學(xué)和凍土工程方面，寒旱所在治理沙患方面也有著國際先進的技術(shù)。這其中最典型的要算是包蘭鐵路的建設(shè)，在騰格里沙漠南緣高大流沙區(qū)首創(chuàng)了“以固為主，固阻結(jié)合、機械固沙和生物固沙并舉”的流沙固定基本模式，創(chuàng)造性地建立了包蘭鐵路防沙體系和沙漠人工生態(tài)系統(tǒng)，于1988年榮獲國家科技進步獎特等獎。這一研究成果也廣泛地應(yīng)用于我國其他沙漠與沙漠化地區(qū)，如蘭新鐵路玉門戈壁風沙鐵路沙害的研究與治理項目1993年獲得國家科技進步獎二等獎，塔克拉瑪干沙漠石油公路防護體系的建立獲1996年國家科技進步獎一等獎。

　　針對我國北方沙漠化嚴重、沙塵暴頻繁發(fā)生的現(xiàn)實，寒旱所科研人員在此方面付出了很大的努力，值得一提的是，該所屈建軍研究員和他的科研團隊經(jīng)過25年的工作，在長期面臨風沙危害的敦煌市、阿克塞哈薩克族自治縣等地開展了系統(tǒng)研究和工程實踐，基本解除了敦煌莫高窟、鳴沙山月牙泉的風沙危害，以及阿克塞縣城搬遷面臨的科學(xué)難題等。屈建軍告訴記者，風沙問題是甘肅省河西走廊西端極端干旱區(qū)面臨的嚴重環(huán)境問題，也威脅到古絲綢之路上的文化古跡和自然遺產(chǎn)的安全保存。自1989年起，他和他的科研團隊就采取一系列措施開展世界文化遺產(chǎn)敦煌莫高窟風沙危害防治研究，包括莫高窟風沙危害沙源確定、危害方式及防治方法，先后在莫高窟頂建立了“A”字形防沙網(wǎng)并提出了以阻為主、固輸結(jié)合的“六帶一體”風沙危害防治體系，有效減少了莫高窟的風沙危害。

　　同時，針對國家級風景名勝區(qū)鳴沙山月牙泉面臨被沙山夾擊的趨勢，屈建軍及其科研團隊開展了沙山移動特征的研究，最終發(fā)現(xiàn)沙山移動規(guī)律，并提出解決方案，遏制了月牙泉被沙山夾擊的趨勢，基本解除了敦煌莫高窟、鳴沙山月牙泉的風沙危害，以及阿克塞縣城搬遷和敦煌-格爾木鐵路改線穿越庫姆塔格沙漠經(jīng)過阿克塞縣城面臨的科學(xué)難題。“這些所應(yīng)用的技術(shù)方法和模式不僅適用于特定地區(qū)，而且對中國干旱、半干旱地區(qū)交通線路、建筑、工礦企業(yè)、文物古跡的風沙危害防治都具有重要的指導(dǎo)意義。下一步，科研人員還會繼續(xù)研發(fā)更多新材料，將抗‘沙魔’進行到底。”屈建軍說。

　　整合院所緊跟國家發(fā)展

　　面對國家新一輪西部大開發(fā)、生態(tài)文明建設(shè)和“一帶一路”等重大戰(zhàn)略部署，西北地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展、重大科技創(chuàng)新和資源利用等需求也在不斷匯聚和碰撞。如何讓整個西北地區(qū)的科研機構(gòu)擰成一股繩，形成合力，已成          為中科院西北各研究所需要思考的課題。于是，在新形勢、新目標和新要求下，中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、蘭州油氣資源研究中心、蘭州文獻情報中心以及西北高原生物研究所、青海鹽湖研究所合并成為中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院。“組建后的西北研究院是我國專門從事高寒干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境、自然資源和重大工程研究的國家級研究機構(gòu)，其主要研究領(lǐng)域(如冰川、凍土、沙漠、高原生態(tài)、鹽湖、油氣地質(zhì)和資源環(huán)境信息等)均處于國內(nèi)引領(lǐng)地位，與中科院內(nèi)其他研究單元沒有重復(fù)。中科院以3個特色研究所體量和每年2000萬的基本科研經(jīng)費作為增量給予支持，并在科學(xué)院主持的科研、人才、平臺等項目中給予政策傾斜支持。”中科院西北研究院一位負責人告訴記者。