人物简介

窦国仁，水利科学家。创建了紊流随机理论，全面系统地发展了泥沙运动理论，提出了全沙物理模型相似理论和试验技术，为成功地解决长江葛洲坝工程、三峡工程、黄河小浪底工程枢纽泥沙问题作出了重要贡献。从事河口海岸泥沙问题的研究，建立了波浪潮流共同作用下的全沙物理模型相似理论和全沙数学模型，取得了开创性成果，并用于解决长江口深水航道泥沙问题。他的泥沙起动公式、挟沙能力公式、河床不平衡输沙方程式以及物理模型相似理论得到广泛应用。

窦国仁，满族，1932年11月16日出生于辽宁省沈阳市。由于家庭经济困难，自幼随母在北镇县乡下生活，只断断续续地读了3年半小学和1年半初中。15岁随母亲迁往北京，做些小生意补贴家用。1949年初北京和平解放，母亲督促他去考学。由于学业荒废多年，那年他连续报考了10所中学，最后被北京华北中学勉强收留，成为高一年级的插班生。后来学校了解到他家庭困难，破例让他住校并发给助学金，使他能够安心读书。从此以后，他的学习成绩几乎每学期都在班上名列第一。高中毕业在考取清华大学电机系的同时，正逢国家招考第一批赴苏联留学生，学校推荐他去报考，他以非常优秀的成绩被录取。1951年，作为交通部派出学生，进入苏联列宁格勒水运学院水利工程系港口航道专业学习。临出国前周总理为留学人员设宴送行，叮嘱大家，国家正在初建时期，经济还很困难，要求大家勤奋学习，学好本领，为国争光，千万不要辜负党和人民的期望。他一直牢记总理的教诲，勤奋刻苦学习，决心以最优秀的成绩报效祖国。在苏联的5年大学学习中，他各门功课都是5分，是学校有名的优秀学生。

1953—1960年，他一边学习基础课程，一边钻研泥沙基本理论。对水流结构、泥沙运动、港口淤积、河道治理等进行了比较全面系统的研究，这期间多次受到苏联高教部的奖励，被授予优秀工程师称号。大学毕业两年后获得副博士学位，苏联国家学位委员会又批准他继续进行博士学位研究生学习。1960年面对由50位苏联著名专家教授组成的答辩委员会，他作了题为《泥沙运动及河床稳定》博士论文答辩，获得了全票通过，由苏联最高学位委员会授予技术科学博士学位。当时窦国仁不足28 岁，在苏联的技术科学博士中是很少见的。这期间，他的多篇论文刊登在中国和苏联重要学术刊物上。1960年，他带着报效祖国的强烈愿望回国，来到南京水利科学研究所工作。

1960—1967年，从事钱塘江河口围垦和治理、射阳河挡潮闸下游淤积、长江口航道改善等方面的研究，对河口治理、闸下淤积机理及解决措施等提出了一批高水平成果。

1967—1970年，“文化大革命”期间，他没有放弃科研工作，针对长江中游青山运河淤积严重、影响航运的问题，建立了悬沙物理模型，找出了造成大量淤积的主要原因。在此基础上研究了减少青山运河淤积的措施获得成功，使悬沙物理模型成为解决悬沙包括异重流淤积的可靠手段。

1971—1980年，负责长江葛洲坝水利枢纽工程泥沙问题的研究，提出了全沙模型相似理论，使泥沙模型成为解决工程泥沙问题的有效手段，获得1978年全国科学大会奖。通过模型试验提出了葛洲坝工程枢纽布置、电厂防沙、减少航道淤积和改善航行条件等工程措施，解决了该工程的泥沙淤积问题，保证了葛洲坝枢纽投产后的正常通航和发电。为此他获得1985年国家科技进步特等奖。

1980年他任南京水利科学研究所副所长，在行政管理工作十分繁忙的情况下，仍然进行河床紊流和减阻流的理论和试验研究，提出了紊流随机理论，纠正了一些传统概念；较全面系统地阐明了河床紊流和减阻流的脉动结构、时均结构和阻力规律，使著名的尼库拉兹阻力系数图得到了理论上的全面概括，这些主要研究成果在《中国科学》和《中国科学通报》发表。为此他获得1987年度国家自然科学二等奖。

1984年南京水利科学研究所更名为南京水利科学研究院，他被任命为首任院长，受水利部、交通部委托承担起科技体制改革试点的重任，与全院职工一道努力探索开拓科研改革之路，将研究院的运行机制，由单纯的计划型科研，逐步过渡到公益型为主兼顾科研开发的研究院。至1988年，全院获国家、部、省级奖励的科研成果达57项，承接的科研任务项目数和合同数均比改革前的1983年增长了3倍以上，研究院整体实力显著增强，职工生活得到显著改善，同时在市郊征地265亩建立科研试验基地，将南京水利科学研究院带进了一个快速发展的时代。

1985—1992年，虽有院长重任在肩，事务繁忙，他仍做了大量科研工作。在他负责的长江三峡工程泥沙问题研究中，从理论上和实践上解决了长江三峡工程变动回水区长河段泥沙物理模型的关键技术问题，对三峡工程完建后100年的淤积情况作出了科学预报，同时发展了河道二维全沙数学模型，以上两项研究成果分别获得1989年度、1991年度交通部科技进步一等奖、二等奖，为举世瞩目的三峡大坝建设作出了重要贡献。在黄河小浪底水库泥沙问题研究中，他从高含沙水流的运动机理出发，进行了理论推导，在大量水槽试验研究的基础上，建立了高含沙水流输沙公式及其模型相似率。通过高浓度泥沙模型试验，研究了黄河小浪底枢纽工程的泥沙问题，提出了解决淤积的措施。该项研究成果获1995年度水利部科技进步一等奖。

1991年当选为中国科学院院士。

1993年他从繁忙的行政事务中退出来，担任南京水利科学研究院名誉院长，又开始着手解决世界范围内还很少触及的难题——波浪、潮流共同作用下河口海岸泥沙数学模型。其成果获1998年度水利部科技进步一等奖。在进行黄骅港工程泥沙研究中，从理论和试验技术上解决了在一个模型上同时模拟潮流、波浪、悬沙和底沙运动的技术难题，提出的波浪潮流共同作用下的浑水动床物理模型试验研究获得1998年度交通部科技进步二等奖。

2000年获何梁何利基金科学与技术进步奖。

窦国仁在紊流和泥沙研究方面成就卓著，除著有紊流力学方面的专著外，还发表论文120余篇。获国家奖2项，部、省级奖9项。曾先后被授予“全国科学技术先进工作者”、“全国电力工业先进生产者”、“江苏省劳动模范”、“全国交通系统劳动模范”、“全国水利电力系统劳动模范”、“全国水利系统特等劳动模范”等称号，被国家评为首批有突出贡献专家和首批博士生导师。

他还兼任交通部技术顾问、国务院学位委员会水利学科评议组召集人、国务院三峡建设委员会泥沙专家、国际泥沙研究与培训中心顾问委员会主席、中国水利学会副理事长、泥沙专业委员会主任、中国海洋学会副理事长、海洋工程学会理事长，以及清华大学、北京大学等多所高等院校的兼职教授。

全面系统地发展了泥沙运动理论

我国大部分江河存在泥沙问题，水流中挟带有大量泥沙。泥沙的淤积可以使良港变为死港，水电站不能发电，闸坝不能泄洪，河流航道不能开发利用。随着国家经济建设的发展，迫切需要解决港口、航道、水电枢纽工程建设中的泥沙问题。1954年，窦国仁在苏联上大学期间，交通部部长王首道访问苏联，谈到中国港口航道泥沙淤积问题严重，要他多学点泥沙方面的知识，以便能解决中国的港口泥沙问题。从那以后，他开始专攻水力学和河流泥沙运动学，与泥沙结下了不解之缘。窦国仁扎实的学习，为他奠定了深厚的理论根底，使他对物理、数学能够驾驭自如。他治学严谨，以科学的态度，对泥沙运动理论中几乎所有的主要问题均进行了较为深入的系统的研究。他通过对原始资料的分析，将物理学与数学有机结合起来，阐明了泥沙颗粒沉降阻力与分离角的关系，从而建立了粗、细颗粒泥沙沉降速度的统一公式；研究了床面泥沙颗粒受力情况，特别是薄膜水的作用，从理论上导出了粗、细颗粒泥沙的起动流速公式；通过对泥沙运动的动力分析、随机分析和能量分析，分别导出了推移质输沙率公式和悬移质挟沙能力公式，并进一步得出了不均匀沙的挟沙能力公式；提出了河床最小活动性假说，导出了平原冲积河流和潮汐河口河床形态有关公式；首次导出的非恒定流悬沙输沙方程式、推移质不平衡输沙方程式以及挟沙能力公式，为泥沙数学模型的发展奠定了基础；导出了更为全面的固液二相流连续方程式、运动方程式和能量方程式；提出了最大含沙浓度与级配有关的概念，从而得出了高含沙水流基本特性和基本运动规律的关系式。窦国仁丰富的、开创性的研究成果，不仅在理论上将众多泥沙运动规律给予了准确的表述，而且具有很高的实际应用价值。有些理论成果如泥沙沉降速度公式、泥沙起动流速公式、悬沙不平衡输沙方程式、底沙不平衡输沙方程式、挟沙能力公式、流速分布统一公式、阻力系数统一公式等，已被公认为窦国仁公式编入大学教材，在科研、设计、工程中得到普遍而广泛的应用。

在泥沙运动理论方面，发表的主要文章有《可冲积河床稳定性的确定》、《河道导治线宽度的确定》、《论泥沙起动流速》、《底沙运动规律的研究》、《潮汐水流中的悬沙运动及冲淤计算》、《平原冲积河流及潮汐河口的河床形态》、《河流中流域来沙量的研究》、《潮流和波浪的挟沙能力》、《关于泥沙和紊流的研究》、《黄河小浪底工程泥沙问题的研究》和《波浪作用下的泥沙起动规律》等。

河工全沙物理模型的建立和应用

1970年底，国家决定兴建长江葛洲坝工程，为三峡工程作“实战准备”。窦国仁被派往葛洲坝工地帮助解决工程上的科研问题。当时在工地的河工模型中，使用天然泥沙进行试验，他知道不符合相似条件是不能模拟工程实际情况的，但时值“文化大革命”期间，很多人不敢说真话，他带有强烈的责任心，为保证研究工作质量，直接向部领导提出了自己的意见，认为要按相似理论建造物理模型才能复演天然泥沙运动规律。钱正英部长敏锐地觉察了这一情况，任命窦国仁为葛洲坝泥沙模型试验研究的技术负责人，在武汉建立了第一个悬沙物理模型，时年38岁。在众多单位的大力协同下，经过日夜奋战，在取得了初步的重大成果后，他与汇报组赴北京向周总理汇报并直接听取周总理的指示，当时周总理已患病，但每次汇报均要持续到深夜，吃药时也不间断。会间，周总理以政治家的责任感沉重地指出，在长江上建坝非同小可，出了问题就是世界上的大笑话，是要载入党史的大问题，一再指示要解决好泥沙问题，确保长江航运畅通。周总理还具体指出，只研究悬沙淤积是不够的，还要搞清底沙淤积问题。当时能在模型上研究好悬沙淤积已非易事，再同时模拟底沙运动，实为国内外尚无先例可供借鉴的重大技术难题。为了切实地解决葛洲坝工程的泥沙难题，他日以继夜组织探讨，通过大量理论推导和反复试验，终于提出全沙模型相似律，解决了在一个物理模型中同时复演悬沙、异重流、底沙和卵石运动的问题，即全沙模型问题，并首先应用于葛洲坝工程枢纽泥沙模型试验，提出的有关葛洲坝工程的枢纽、航道布置方案和防淤减淤措施均被设计和施工采用。葛洲坝工程运行后，坝区上下游的冲淤情况与模型预报的结果在定性和定量方面都基本一致，保证了葛洲坝工程的正常通航和发电，同时也开创性地使全沙物理模型试验技术成为解决重大水利工程泥沙问题的有效手段。

在三峡工程变动回水区泥沙研究中，他又进一步完善了全沙模型试验理论，在南京建造了世界上最长的、近800米的室内泥沙物理模型，成功地复演了长约200公里三峡库尾长河段中悬沙、底沙和卵石的运动规律及冲淤变化，为研究三峡工程不同水位运行方案的泥沙淤积情况及对航运和防洪的影响提供了可靠的试验研究手段。通过试验，预报了兴建三峡工程后100年内，包括重庆港在内的变动回水区全河段，在不同阶段直至淤积平衡后的航道和码头前沿的水流条件和泥沙淤积情况，以及重庆洪水水位的抬高问题，探讨并提出了解决航道和港口泥沙淤积问题的对策。为三峡工程建设提供了重要的科学依据。

90年代开展黄河小浪底枢纽泥沙淤积研究。对黄河天然沙和可供选择的模型沙进行大量的试验，认为采用电木粉作为模型沙，可以在流变特性（刚度系数和宾汉应力）和挟沙能力等方面均与黄河天然沙具有相同的规律，可用统一公式描述，也能形成间歇流和浆河等现象。运用这一高含沙水流的模型相似理论，通过模型试验，对小浪底工程各运行阶段进水塔上游泥沙淤积情况、利用高含沙异重流排沙和泄水排沙建筑物的防淤堵等问题进行了研究，所提出的防淤堵措施被工程采纳，为保证枢纽的正常运行提供了重要依据。

创建了紊流随机理论

紊流运动是自然界中普遍的流体运动，在许多领域，如水利、水运、水电、气象、航空和造船等，都直接或间接地涉及到紊流问题。在我们的生活环境中，经常遇到的各种流体运动，几乎都属于紊流这个范畴。

近百年来，许多学者对紊流进行了试验和理论研究。20世纪30年代以来同时发展着两种理论，即统计理论和半经验理论。前者采用较严格的统计途径对紊流内部结构进行分析，然而由于紊流结构的复杂性，目前研究还仅局限于实际上并不存在的理想化的均匀各向同性紊流这一最简单情况。对于实际中具有广泛意义的剪切紊流还基本上依靠半经验半理论的方法来解决。而半经验半理论方法对水流内部结构分析得较少，只着重研究时均水流，其理论前提中的一些假定与已有试验资料不符，其解决问题的深度和广度都受到了限制。

窦国仁在统计理论和半经验理论研究成果的基础上提出了紊流随机理论。该理论主要由紊流随机模型、壁面绕流理论和紊动发生概率、时均流速分布公式和脉动强度分布公式、紊流各流区统一规律、层流和紊流总规律等组成。通过对紊动机理的分析，建立了随机模型封闭紊流运动方程式，导出各随机变量的概率分布和相关矩；提出了壁面绕流理论，使明渠和管道中的紊流在光滑区、过渡区和粗糙区的脉动结构和时均结构得到理论上的概括；导出了适用于紊流全部三个流区的流速分布统一公式和阻力系数统一公式，揭示了紊流三个流区的统一规律，使著名的尼古拉兹阻力系数图得到了理论上的全面概括；纠正了关于出现光滑区、过渡区和粗糙区原因的传统概念的错误，说明不是由于壁面层流边界层对糙率的隐蔽程度不同引起的；研究了层流向紊流过渡状态下的紊动概率，从理论上全面概括了明渠和管道中水流的总规律，填补了理论研究中的空白。紊流随机理论对紊流力学的发展、泥沙运动规律的研究等具有重大意义。他发表的主要文章和著作有《河床紊流的脉动结构》、《明渠和管道中层流和紊流的总规律》、《紊流随机理论在边界层中的应用》、《近壁紊流随机理论及其应用》、《概率统计理论在紊流研究中的应用》以及《紊流力学》（上、下册）等。

减阻紊流是20世纪60年代发展起来的一个边缘学科。由于在水流中加入少量高分子聚合物可以使紊流阻力大幅度降低，因此在国防、工业、水利、水运等许多领域有广泛的应用。20 世纪80年代，窦国仁依据他的紊流随机理论，从黏弹性流体基本方程出发，全面概括并描述了减阻流的时均结构和脉动结构，导出了适用于黏弹性流体层流、层流向紊流过渡和紊流各流区的时均流速和阻力总规律。发表的主要研究成果有“高分子聚合物减阻流的紊动结构”、“高分子聚合物的紊流及其减阻规律”、“黏弹性流体的阻力规律”、“高分子聚合物减阻的试验研究”、“聚合物稀溶液在粗糙明渠中的紊流试验研究”、“高分子聚合物减阻流的减阻机理及紊动谱”、“黏弹性流体边界层的紊流规律”等。

窦国仁的紊流随机理论应用十分广泛。它不但可以应用于明渠和管道紊流、边界层紊流、聚合物减阻流，而且还可以用于高浓度均质紊流，使得像黄河这样的高含沙水流运动规律得以概括，为我国高含沙水流的理论研究奠定了基础。主要文章有《均质高浓度紊流时均结构和阻力系数》、《均质高浓度流从层流向紊流的过渡及紊动强度》、《含沙高浓度层流的浆河及间歇流》、《挟沙水流紊动特性》等。

窦国仁的紊流随机理论是一项原创性、具有国际先进水平的重大成果，使我国紊流理论的研究走在世界的前列，为国家赢得了荣誉。

品德高尚，受人爱戴

窦国仁院士是著名的水利水运泥沙专家，在国际泥沙界久负盛名。多年来在泥沙基本理论、紊流力学包括黏弹性流体和高含沙水流、物理模型相似理论和模拟技术、泥沙数学模型等领域进行了开创性的研究工作，作出了很突出的贡献，取得了卓越的成就，从多方面推动了我国紊流和泥沙学科的发展。他十分注重将紊流和泥沙理论用于工程实际中，为解决长江葛洲坝、长江三峡、黄河小浪底、长江口航道治理等工程中的泥沙问题发挥了关键作用。

为了促进我国泥沙科学事业的发展，窦国仁十分重视加强国际学术交流，为推动国际泥沙研究交流与合作，作出了巨大努力，他渊博的学识、求实的精神、谦虚的为人，赢得了国外同行的友谊、信任和尊敬。他一贯重视年轻科技人才的培养，以巨大的热忱，精心指导硕士、博士研究生，支持青年科技工作者的创新精神，深受广大科技工作者的敬仰。

窦国仁是一个忠诚的爱国者。在苏联获得博士学位以后，苏联专家劝他留在苏联工作，并有十分优厚的待遇，但他毫不动摇，毅然回国。1960年从苏联回国时正赶上国内三年自然灾害，人民生活十分困难，尽管他经常吃不饱饭，身体变得很消瘦，但他从不叫苦，以饱满的热情和勤奋忘我的工作态度从事他的研究工作。20世纪70年代有一位非常著名的美国水力学专家来中国访问，邀请他去美国，待遇很高，被他婉言拒绝。80年代日本邀请他去讲学，待遇也非常优厚，按计划讲学时间为半年，可他讲了4个星期就提前完成任务回国。他总是说，国内有这么多的工作要我去做，我哪有时间去国外。

他以国家和人民的事业为重，兢兢业业，锲而不舍，病重住院期间，仍坚持工作和撰写科学论文，甚至在生命弥留之际仍念念不忘科学试验研究工作。他刻苦勤奋的精神，治学严谨和为人师表的道德风范，深得众人的尊重和爱戴。他将自己的渊博知识和毕生精力奉献给了我国水利、水运和水电事业，并为此作出了卓越的贡献。

窦国仁院士也是卓越的社会活动家。他是第六届、第七届、第八届全国人民代表大会代表。他平易近人，关心群众，乐于同不同阶层的人打交道、交朋友，大家不仅敬佩他渊博的知识，更佩服他坚持原则中不失宽厚的为人，平和谦虚中显示出的长者风范。

（胡 又）

简历

1932年11月16日生于辽宁省沈阳市。

1951—1956年 苏联列宁格勒水运学院水利系学习，获优秀水运工程师。

1956—1959年 苏联列宁格勒水运学院水利系，水力学专业研究生，获技术科学副博士学位。

1959—1960年 苏联列宁格勒水运学院，获苏联技术科学博士学位。

1960—1979年任水利电力部、交通部南京水利科学研究所工程师。

1980—1983年任水利电力部、交通部南京水利科学研究所副所长、高级工程师。

1984—1993年5月任南京水利科学研究院院长、教授级高级工程师。

1991年当选为中国科学院院士。

1993年5月至2001年任交通部技术顾问，南京水利科学研究院名誉院长。

2001年5月22日 在南京逝世。

主 要 论 著

1 窦国仁. 可冲击河床稳定性的确定. 水利学报，1956（1）.

2 窦国仁. 泥沙运动及河床稳定（俄文）. 博士论文，1960.

3 窦国仁. 泥沙起动理论. 中国科学（外文版），1962：11（7）.

4 窦国仁. 潮汐水流中的悬沙运动及冲淤计算. 水利学报，1963（4）.

5 窦国仁. 平原冲积河流及潮汐河口的河床形态. 水利学报，1964（2）.

6 窦国仁. 推移质泥沙运动规律//南京水利科学研究所成果汇编.1965.

7 窦国仁. 全沙模型相似律及设计实例. 水利水运科技情报，1977（3）.

8 窦国仁. 全沙河工模型试验的研究. 科学通报，1979：24（14）.

9 窦国仁. 河床紊流的随机理论. 水利水运科学研究，1979（1）.

10 窦国仁. 明渠和管道紊流结构. 中国科学，1980（11）.

11 窦国仁. 高分子聚合物减阻流的紊流结构. 水利水运科学研究，1981 （1）.

12 窦国仁，柴挺生，张仲南. 长江葛洲坝工程泥沙问题的试验研究. 泥沙研究，1981（2）.

13 窦国仁，柴挺生，张仲南. 葛洲坝水利枢纽三江航道防淤减淤措施的试验研究，水利水电技术，1981（7）.

14 窦国仁. 含聚合物紊流及其减阻规律. 中国科学，1981，A（11）.

15 窦国仁.明渠和管道中层流和紊流的总规律.中国科学，1982，A（5）.

16 窦国仁. 紊流力学（上册）. 北京：人民教育出版社，1982.

17 窦国仁. 黏弹性流体的阻力规律. 中国科学，1983，A（8）.

18 窦国仁. 紊流随机理论在边界层紊流中的应用. 水利水运科学研究，1983（4）.

19 窦国仁.近壁紊流随机理论及其应用.水利水运科学研究，1985（3）.

20 窦国仁，赵士清，黄亦芬. 河道二维全沙数学模型的研究，水利水运科学研究，1987（2）.

21 窦国仁. 紊流力学（下册），北京：高等教育出版社，1987.

22 窦国仁，王国兵. 高浓度泥沙流基本规律及相似律//泥沙输沙模型国际学术讨论会论文集（英文）.1989.

23 窦国仁，赵士清. 在三峡工程变动回水区中一维全沙数学模型的研究. 水利水运科学研究，1990（2）.

24 窦国仁，董凤舞，窦希滨. 潮流和波浪的挟沙能力. 科学通报，1995，40（5）.

25 窦国仁，董凤舞，窦希萍，李来. 河口海岸泥沙数学模型研究. 中国科学，1995，A25.

26 窦国仁，王国兵，王向明，于为信，高亚军，韩信. 黄河小浪底工程泥沙问题的研究. 水利水运科学研究，1995（3）.

27 窦国仁，万声淦，陆长石. 三峡工程变动回水区泥沙淤积的试验研究.水利水运科学研究，1995（4）.

28 窦国仁. 再论泥沙起动流速. 泥沙研究，1999（6）.

29 窦国仁. 河口海岸全沙模型相似理论.2001（1）.

30 窦国仁，窦希萍，李来. 波浪作用下泥沙的起动规律. 中国科学，2001，E31（6）.