Prof. Janik: – Przyroda uczy inżyniera pokory

Co łączy matematykę i rachunek różniczkowy z... wodą? 

Żartobliwie mógłbym odpowiedzieć, że ja, ale po pierwsze, matematyka i otaczająca nas przyroda to bardzo poważna sprawa, a po drugie z wodą, dzięki rachunkowi różniczkowemu, połączył mnie promotor mojego doktoratu, prof. Andrzej Reinhard.

Dlaczego matematyka i przyroda to poważna sprawa?

Przede wszystkim od wieków człowiek stara się zrozumieć otaczającą go przyrodę. W dobie antropocenu tego zrozumienia potrzebujemy również po to, by racjonalnie korzystać z zasobów, które są niezbędne dla naszego funkcjonowania. A na pytanie o to, co łączy różniczkowy z wodą odpowiedź wbrew pozorom jest prosta – wszystkie procesy przyrodnicze, także i ruch wody w ośrodku porowatym, a więc w glebie, przebiegają zgodnie z prawami fizyki. A te wyrażamy formułami matematycznymi nazywanymi też modelami matematycznymi. Zrozumienie prawidłowości przemieszczania się wody w glebie pozwala np. na precyzyjne ustalenie miejsca, terminu i objętości wody do nawadniania roślin tak, aby uzyskać najwyższe plony. I w tym miejscu dochodzimy do sedna: ruch wody w glebie opisywany jest najczęściej równaniem Richardsa opracowanym w 1931 roku, które jest właśnie równaniem różniczkowym.

Zajmował się Pan modelowaniem procesów środowiskowych. Jak na środowisko przyrodnicze patrzy inżynier?

Z pewnością mam większe przekonanie do tego, że wszystko da się zamodelować. Jednocześnie jednak im dłużej pracuję, tym bardziej widzę, że w procesach przyrodniczych to nie zawsze jest możliwe. O ile prościej jest wykonać model matematyczny przepływu wody w bloczku betonowym, którego struktura jest jednorodna, niż model przepływu wody w glebie, która jest ośrodkiem porowatym o dużym przestrzennym zróżnicowaniu… Mogę więc powiedzieć, że przyroda uczy inżyniera pokory. Modele matematyczne to w jakimś sensie porządek, bo liczby porządkują naszą rzeczywistość. A jednak jest w tej rzeczywistości miejsce na chaos, jaki może nieść ze sobą przyroda. Mam tu na myśli różne zjawiska, których skali nie sposób przewidzieć czy wyliczyć, jak choćby powodzie, że pozostaniemy blisko wody.

Zasób wodny – to termin, który w ostatnich latach przeszedł z tekstów i analiz naukowych do języka popularnego, co wynika z narastającego niedoboru wody. Jaką rolę w ochronie tego zasobu ma do spełnienia inżynier, specjalista z zakresu budownictwa wodnego i melioracji?

Znów odwołam się do osobistego przykładu. W 1993 roku rozpocząłem współpracę naukową z prof. Andrzejem Reinhardem i wtedy też zająłem się modelowaniem ruchu wody w ośrodkach porowatych – w tym w glebie. Efektem tych zainteresowań i wspólnej pracy był mój doktorat, który obroniłem w roku 1999. Dotyczył modelowania układów automatycznej regulacji zwierciadła wody gruntowej. To jeden z tych zasobów, o który pani pyta i który jak już wiemy, musimy chronić, bo wszyscy rozumiemy, jakie są konsekwencje suszy i pustynnienia. Te konsekwencje są krótkofalowe i oznaczają po prostu niskie plony, co w dłuższej perspektywie prowadzi do niedoborów żywności, oraz długofalowe i tymi zajmują się już nie inżynierowie czy rolnicy, ale politolodzy i socjolodzy.. A wracając do naszej wody i mojego doktoratu – w swojej pracy przeprowadziłem analizę działania układu automatycznej regulacji zwierciadła wody gruntowej za pomocą piętrzenia wody zastawkami. Jak wiadomo, poziom wody gruntowej jest istotny nie tylko z punktu widzenia rolnika czy działkowca, to jest też jedna ze składowych tego, co nazywamy zasobem wodnym. Oczywiście ruch wody w gruncie i to, jak na ten ruch wpływają zastawki piętrzące wodę przeanalizowałem z pomocą modeli matematycznych.

Co Pan analizował?

Przede wszystkim wprowadziłem różne warunki brzegowe, odpowiadające działaniu zastawek piętrzących wodę, źródła zasilania lub poboru wody. Wykorzystując teorię nieustalonego ruchu wody, stosując modele zakładające chwilową stacjonarność w dynamicznym procesie nawodnień podsiąkowych, oceniałem ich przydatność do stosowania w strefach saturacji i aeracji.

Żywioł zamknął Pan w liczbach?

W jakimś sensie tak, bo modele matematyczne wykorzystałem do zbadania wpływu różnego położenia zastawki w rowie melioracyjnym na kształtowanie się zwierciadła wody gruntowej w terenie przyległym. Porównywałem otrzymane wyniki z badaniami przeprowadzonymi w laboratorium Modelowania Procesów Środowiskowych. I tu zwyciężyła matematyka, o której Hugo Steinhaus mówił, że jest królową wszystkich nauk –  wykazałem, że zastosowanie równania Boussinesqa do symulacji pracy zastawki piętrzącej wodę poprawnie opisuje dynamikę położenia zwierciadła wody gruntowej.

W takim razie powiedziałby Pan, że woda jest żywiołem, który można opanować z pożytkiem i korzyścią dla środowiska i ludzi?

Ludzie próbują tego od setek lat, przecież to nad rzekami budowano osady, a potem miasta. Woda dawała życie, była drogą transportu, ale czasem niosła też zagrożenie i śmierć. Z tej potrzeby panowania nad żywiołem narodziła się przecież cała hydrotechnika i tu zapewne najwięcej do powiedzenia mieliby moi koledzy, który stawiają budowle hydrotechniczne, budują zbiorniki wodne, kształtują małą retencję. Ja zajmuję się innym obszarem, choć też związanym z wodą.

No właśnie, w swoich badaniach zajmował się Pan wilgotnością gleby, ale ma Pan też w dorobku budowę konstrukcji inżynierskich w Nadodrzańskich Zakładach Przemysłu Tłuszczowego. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że to dwa kompletnie różne obszary, co je łączy? 

Rzeczywiście te obszary są odrębne, wymagają różnych technik i rozwiązań, bo dotyczą różnych zagadnień. Jestem absolwentem Wydziału Budownictwa na Politechnice Wrocławskiej, więc wykonanie przeze mnie projektu technicznego technologii i organizacji budowy Galerii Transportowej nr 3 i silosa nr 1 w Nadodrzańskich Zakładach Przemysłu Tłuszczowego w Brzegu, co stanowiło podstawę do uzyskania przeze mnie stopnia magistra inżyniera, nie powinno wcale zaskakiwać. Ale po studiach rozpocząłem pracę w Instytucie Melioracji Rolnych i Leśnych Akademii Rolniczej, gdzie dyrektorem wtedy był prof. Stanisław Marcilonek, a dokładniej – w Zakładzie Technologii i Organizacji Robót Budowlanych, którego kierownikiem Zakładu był docent Donat Dejas.  Uczelnia szukała dydaktyka, ja szukałem pracy i spotkaliśmy się w konkretnym miejscu przy konkretnych zadaniach. Jednak główny nurt badań naukowych Instytutu dotyczył obiegu wody w przyrodzie. Dlatego już doktorat, między innymi za namową prof. Stanisława Kostrzewy, dotyczył tematyki, w której wilgotność gleby była kluczowym elementem. Można więc powiedzieć, że związanie się z przyrodnikami pchnęło mnie w nowym kierunku, w którym z jednej strony wykorzystałem i wciąż wykorzystuję swoją wiedzę inżynierską, ale z drugiej wszedłem w inny świat.

W którym łączy Pan liczby z wodą.

Właściwie tak.

Docent Dejas nie tylko był Pana szefem, ale też kolejnym mentorem.

Dzięki niemu odkryłem świat opery. Nasze pokoje były obok siebie, zawsze mieliśmy otwarte drzwi, więc bardzo często rozmawialiśmy ze sobą nie tylko o kwestiach czysto naukowych czy związanych z pracą. Mój szef, z którym mam zresztą kontakt do dzisiaj, był wtedy prezesem Towarzystwa Wagnerowskiego, jedynego w Polsce, z siedzibą we Wrocławiu. Opowiadał mi i o pracy w Towarzystwie, i oczywiście o operze. Nie wyrastałem w środowisku, w którym muzyka była jakoś szczególnie istotna. Słuchałem, jak każdy, radia, ale była to głównie muzyka rozrywkowa i rockowa. A on pokazywał mi inny świat, jakiego wcześniej w ogóle nie znałem. Trwało to zresztą kilkanaście lat, nie zakochałem się w operze od pierwszego wejrzenia, ale dzisiaj to trwałe i silne uczucie, potwierdzone choćby tym, że sam jestem w Towarzystwie Wagnerowskim. Pełnię tam funkcję skarbnika, co jest żywym dowodem zaufania do odpowiedzialności, jaką łączy się z zawodem inżyniera. (śmiech)

Czego nauczyli Pana przyrodnicy?

Oprócz opery – o paradoksie – wielu innych i ciekawych rzeczy. Wykładam przedmioty związane z technologią i organizacją w budownictwie, ale naukowo zajmuję zagadnieniami związanymi z przepływem wody w continuum gleba-roślina-atmosfera. Tę wiedzę otrzymałem od pracowników Uniwersytetu Przyrodniczego.

Co decyduje o sukcesie w pracy inżyniera i naukowca?

W znacznej mierze nauczyciele, których spotkamy na swojej drodze. Ja miałem szczęście, bo spotkałem na tej drodze ludzi mądrych, potrafiących dzielić się swoją wiedzą. Myślę tu o moich nauczycielach z lat szkolnych, zwłaszcza o nauczycielach matematyki, mojej wychowawczyni z liceum prof. Elżbiecie Sysce. To również wspomniany już przeze mnie prof. Andrzej Reinhard. Znaczącą rolę w mojej karierze naukowej mieli również dyrektorzy Instytutu: zwłaszcza prof. Stanisław Kostrzewa i prof. Leszek Pływaczyk a także, choć krótko, prof. Romuald Żmuda. Bardzo ważna jest dla mnie również współpraca – i to już od 20 lat – z Instytutem Agrofizyki im Bohdana Dobrzańskiego PAN w Lublinie. W pierwszych latach z prof. Markiem Malickim, a obecnie z prof. Wojciechem Skieruchą. Obaj skonstruowali urządzenie do elektrycznego pomiaru wilgotności gleby metodą TDR, które to urządzenie od ponad 20 lat wykorzystuję w swojej pracy.

Czego wymaga Pan od swoich studentów?

Staram się, by rozumieli treści, które wykładam. Na przykład przez parę wykładów tłumaczę, że możliwe jest, by woda w glebie przemieszczała się do góry z punktu o małej wilgotności do punktu o większej wilgotności. Studenci podczas kolokwiów u mnie mogą korzystać ze wszystkich pomocy, z wyjątkiem bez internetu.

Pozwala im Pan ściągać?

W żadnym wypadku. Po prostu jeśli nie zrozumieją pytania, to nie będą umieli na nie odpowiedzieć. Żadna ściąga im nie pomoże, bo bez zrozumienia procesów, o które pytam, będą zwyczajnie bezradni.  

Uczył ich Pan tego zrozumienia również w Studenckim Kole Naukowym Meliorantów.

20 lat. Bardzo długo, ale myślę, że jeśli tyle czasu byłem opiekunem tego koła, to jest to dowód na to, że umiem pracować z tymi, którzy pracować chcą, których kręci, mówiąc młodzieżowo, nauka, widzą w niej możliwość i szansę własnego rozwoju. To ogromna satysfakcja zresztą, kiedy jest się i wsparciem, i motorem czyjegoś rozwoju.

rozmawiała Katarzyna Kaczorowska