趨勢巨流河 2019/03/04

【學術哥倫布】李政賢 跨國合作深化研究

水環系副教授 李政賢

學歷:成功大學水利暨海洋工程系博士

專長:泥沙輸送、多相流體力學、計算流體力學、海岸工程

經歷:淡江大學水資源及環境工程學系副教授、

新加坡南洋理工大學研究員、 新加坡國立大學研究員、

臺灣大學水工所博士後研究員

期刊論文

1.Cheng-Hsien Lee(2017,Sep).Rough boundary treatment

method for the shear-stress transport k - ω model, Engineering

Applications of Computational Fluid Mechanics 12(1), p.261-269

2.Cheng-Hsien Lee; Zhenhua Huang(2017,Sep).A two-phase

flow model for submarine granular flows: With an application to

collapse of deeply-submerged granular columns, Advances in

Water Resources 115, p.286-300

研究計畫

1.從沙粒看世界:建立新世代多相流泥沙傳輸模式與應用(1/5),

民國107年

2.水下崩塌之數值與實驗研究,民106年

3.多維度數值沖刷模式之發展,民104年

文/丁孟暄、攝影/陳維信

研究緣起

由於臺灣受地理位置影響,每到夏天就會頻繁遭受颱風侵襲,使許多與我們日常息息相關的水庫泥沙嚴重淤積,蓄水量銳減,如民國98年的莫拉克颱風。除水庫之外,豪雨挾帶的大量泥沙也經常造成土石流、河口及海岸沖淤變遷甚至山崩等環境問題,因此,為確保水資源永續經營,改善、穩固水利工程建設便是十分重要的課題。

水資源及環境工程學系副教授李政賢長期進行數值模式發展研究,「基於關心民眾的安全,以及臺灣未來的環境發展,一直期許能夠研究出精準度更高、適用範圍更廣的泥沙傳輸模式,也希望能獲得肯定以及經費的投注,進而繼續解決問題。」

李政賢於成功大學水利暨海洋工程系博士畢業後,曾前往新加坡國立大學及新加坡南洋理工大學擔任研究員,在當地認識了許多不同國家、相同領域的學者,相互討論與指教,了解到「泥沙傳輸」一領域對於防災工程的必要性,進而不斷深入探討,開啟長達10年孜孜不倦的研究生涯,如今,累積起來的研究實力,獲得科技部哥倫布計畫的肯定,「研究工作是不斷前進,不斷探索新的物理現象,改善現有方法。」表現出務實卻進取的研究態度。

研究領域與歷程

李政賢的研究主要深耕於泥沙傳輸、多相流體力學、計算流體力學、實驗流體力學等領域,他的辦公室貼了許多寫著方程式的紙條,一台桌上型電腦與一台筆記型電腦,畫面顯示方程式與數據圖,交互比對、模擬泥沙的流動。對他來說,坐在電腦前面寫程式是他的興趣及日常,每天早上6點起床,一直到晚上10點,他都埋頭於研究當中,尤其是前段時間撰寫「從沙粒看世界:建立新世代多相流泥沙傳輸模式與應用」計畫的時候,經常不眠不休,耗費須多精力與時間。值得高興的是,此項計畫成功獲得108年度科技部「哥倫布計畫」補助1,000萬元,李政賢表示,「雖然辛苦,但這是我喜歡做的事。」

李政賢最早於臺灣大學水工所擔任博士後研究員,主要研究洪水預報的數值觀測,談及當時的研究過程,他笑說:「當時睡覺的時候,只要一下雨就會醒來,一面需要電腦程式測量,另一面還得出去測量水位寫成報告書,做完之後就再也不接觸洪水研究了。」

完成兵役後,李政賢前往新加坡國立大學及新加坡南洋理工大學擔任研究員,「博士生時論文研究主要為顆粒,但當時研究經驗不足,對我來說有難度,考量實際應用層面,在新加坡轉而開始針對泥沙傳輸進行數值模式研究,也在那裡認識了很多相關領域的研究員。」

李政賢擁有超過10年的數值模式發展經驗,研究興趣主要為固液多相流,尤其是自然界含沙水流。為解決河海治理和水利工程建設中的泥沙問題,泥沙與水體間的互制作用研究提供了重要思路和手段,也就是「泥沙傳輸」,主要探討泥沙在水體中沖刷、搬運和沉積的規律,李政賢說明,「假設今天用湯匙去攪拌茶壺裡的茶葉,那麼茶葉會跑到哪裡去?是中間。」推斷沙子在河海的沖刷、渦動中如何運動,並在實驗室進行模擬,利用多媒體網路平台參考國內外的數據與實例,藉以寫下方程式,讓電腦運算出最終的數值模擬結果,這就是他長期以來的研究模式。

隨著電腦科技進步,數值模式發展完善,且計算硬體設備演化快速,對於複雜的模式計算可以更有效率,更能夠排除實地水工試驗的場地、經費、人力、實驗規模、實驗配置或量測方式限制,因此以數值模擬流況及流場已成為趨勢。

李政賢所研究的主題涵蓋有河海、水庫環境中,沈積物與泥沙移運、掏刷模擬與預測的基礎核心,「一套數值模式開發出來後,可以用來評估新式海洋能源裝設時,樁打進海底地基的穩定度。」如果海底因水流沖刷而有許多坑洞,結構容易被破壞,此時,就需要導入數值模式進行運算,預測海底日後可能產生的災害規模。

「過去成功的經驗,帶給我挑戰更艱難題目的自信。」李政賢過去曾開發過許多數值模式,將程式碼提供給成功大學、新加坡大學從事相同領域的朋友使用在他們的研究中,如「多維度泥沙多相流傳輸模式」,過去泥沙多相流模式大多侷限在一維現象,他將研究範圍加深、加廣,探討二維或三維等多維度現象。儘管不是每一次數值模擬都很順利,必須不斷重新修改方程式,「保持平和的心境,就如同「研究」的英文單字是Research,search 是尋找,Re- 是反覆,合起來就是反覆尋找。所以,過程辛苦、挫折是一定的,現在已經習慣這些過程了。」起初還對沙子與水的交互作用不太清楚而無法準確模擬的他,透過經驗的累積,逐漸提高實驗的精準度,並且能在現有的研究架構下持續修正或擴充。

「做研究是為未來做準備,即便現在的科技發展可能還無法預測非常複雜的現象,但5年、10年後就有機會更加精進。」李政賢認為自己做為一個研究學者,一路以來就是秉持著一步步往前走的信念,「就好像棒球球員王建民投球的時候,只想著下一球一樣。」他目前將研究方向鎖定在泥沙顆粒與水體互制的微觀物理過程,據此發展新世代泥沙輸送數值模式,提出「從沙粒看世界:建立新世代多相流泥沙傳輸模式與應用」一項計畫,預計將過去發展的泥沙傳輸模式大幅創新,納入顆粒微觀結構、水沙交互作用的效應,提升多相流泥沙傳輸模式的精度與適用範圍,應用此模式模擬水下崩塌與海嘯、海工結構物沖刷等環境災害問題。

研究展望

泥沙傳輸過程可能釀成災害,傳輸結果會改變地形。為了有效防止環境災害,李政賢將與臺灣、美國及新加坡學者合作,探討泥沙傳輸核心問題「顆粒與紊流互制作用」,並共同開發新世代多相流泥沙傳輸模式。近五年內,李政賢首先要與學校積極討論實驗場域招標、施工進程,「水流實驗的模擬需要十分穩定,因此模型的佔地範圍很大,長度約3、40公尺才足夠。」接著與廠商聯絡、估價,向國外購置相關設備儀器,製作模型。一項研究從起初的天馬行空,到產生雛形,再至能夠實際應用、作業化操作,是需要經過很多階段的,李政賢期待經過數年的努力後,此模式未來可以應用至山崩海嘯、海岸保護、水庫淤積等相關議題。等到模式完整測試後,將公開程式碼,供國內、外學者下載使用。

自研究中積累實力 主導跨國團隊

我和一般大學生一樣,高中時期對各種專業領域並不熟悉,只是考試成績剛好落於成功大學水利及海洋工程系,誤打誤撞開啟了海洋工程領域的研究生涯。一開始雖然感到陌生,但數年的專業課程下來,逐漸對這領域產生興趣,自然而然念到博士畢業,至今仍從事相關研究。

身為一個研究學者,必須與世界各地學者交流,藉此了解世界最新發現,最尖端科技,如此可以更加了解自己的學術貢獻。因此,國外工作經驗或定期參加國際研討會都是必須的。在新加坡大學和南洋理工大學擔任研究員時,我發現新加坡對目標達成十分重視且渴望,學校會極力配合學者,除了經費支援外,還擁有高效率行政團隊,解決所有行政問題,甚至擁有律師團隊,保護學者進行產學計畫,我認為這是國內研究環境需要學習的地方。

對我來說,研究是一件令人喜悅的事,是日常生活,也是身為教授重要的一環。我每天早上6點多到學校,一直到晚上9點才結束工作,除了上課,幾乎整天坐在電腦前做研究,寫文章。撰寫「從沙粒看世界:建立新世代多相流泥沙傳輸模式與應用」一項計畫時,更是一整個月不眠不休的與國、內外學者洽談合作事宜,聯絡過去在新加坡、夏威夷工作與研討會上認識的研究員,能夠從眾多不同領域的年輕學者中脫穎而出,獲得科技部「哥倫布計畫」的補助,受評委肯定,我覺得很開心。感謝一直以來在我身邊的同事、朋友們,尤其是張麗秋老師與李奇旺老師,在我缺乏研究經費時,總是慷慨解曩。

NO.1082 | 更新時間: 2019/03/04 | 點閱: 688 | 下載:

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