Улучшить состояние сибирских рек помогут цифровые модели

Тура, одна из крупных рек Обь-Иртышского бассейна, в начале августа обновила очередной исторический минимум, который уже называют абсолютным. Прошедшие в регионе дожди дело не изменили. Один из жителей Тюмени, чтобы продемонстрировать, насколько падение уровня воды значительно, решил перейти реку в черте города вброд: на самых глубоких участках оказалось по горло.

Новых версий, отчего продолжается обмеление, за последние полгода не появилось, по-прежнему говорят о цикличности природных процессов, вот только никто не может определить, когда начался период "низкой воды" и предсказать, когда он завершится - через 7, 10 или 12 лет. Есть также версия о том, что слишком много воды из сибирских рек стали забирать на промышленные нужды в Китае, но и она гипотетична.

Создание виртуальных двойников рек позволит моделировать критические ситуации

Чтобы сделать сколь-нибудь аргументированные выводы, требуется не только многолетний период наблюдений, но и принципиально другой масштаб сбора данных и уровень обработки информации. Сегодня же, как утверждают эксперты, оборудование большинства постов мониторинга системы Росгидромета устарело, требует обновления. Оно способно фиксировать показатели, но не обладает функцией передачи массива данных онлайн для обработки их методами математического моделирования.

Планы такого обновления есть. На водных артериях Обь-Иртышского бассейна в 12 регионах Сибири и Урала предполагается установить 50 новых пилотных цифровых гидропостов. Это будет одним из первых шагов к созданию единой цифровой платформы для изучения сибирских рек. Над проектом почти одновременно начали работать ученые из Кемеровской области и из Тюменского государственного университета (ТюмГУ). Хотя Кузбасс, регион с развитой промышленностью, требующей большого количества водных ресурсов, взялся за дело более активно. За основу выбрана отечественная технология, разработанная в Санкт-Петербургском политехническом университете (СПбПУ), у которого есть опыт создания цифровых двойников в различных сферах.

- Новая промышленная революция - это объединение трех миров. Первый - физический, материальный. Второй - цифровой, виртуальный. Эти два мира мы уже научились объединять. Но есть и третий, который обязательно нужно присоединить, обеспечив конвергенцию и синергию, - это живой, биологический мир. В данном случае речь о природе Обь-Иртышского бассейна, - отмечает проректор по перспективным проектам СПбПУ Алексей Боровков.

В цифровую систему наблюдений будут включены крупнейшие реки Сибири и Урала - Обь, Иртыш, Томь, Миасс, Тобол и Тура. Единая цифровая платформа позволит получать оперативные данные о состоянии водных объектов, формировать прогнозы развития событий и принимать необходимые решения. К слову, первый цифровой двойник ученые начали создавать еще в 2019 году для реки Ускат в Кемеровской области и уже тогда заявили, что увеличить число таких проектов поможет система экополигонов на пилотных территориях. Их запланировано девять. Первый появился на озере Кучак в Тюменской области на базе биостанции ТюмГУ в августе 2019 года.

Ученые надеются, что создание цифровых двойников рек позволит моделировать критические ситуации. Это особенно важно для тех населенных пунктов, которые используют для водоснабжения открытые источники. Тюмень, например, не раз сталкивалась с резким ухудшением качества питьевой воды (ее органолептических показателей) из-за низкого уровня Туры или предполагаемого сброса загрязнений промышленными предприятиями, находящимися выше по течению в другом регионе. Приходилось экстренно принимать меры: закупать дополнительное количество сорбентов для водоканала, опускать еще ниже оборудование для забора воды из реки. Если бы была прогнозная цифровая модель, негативные последствия можно было бы нивелировать заранее. С ее помощью также реально точнее прогнозировать весенний паводок, планировать навигационный период. К слову, на той же Туре в этом году уже несколько раз приходилось ужесточать условия судоходства, а в сентябре его и вовсе закрыли.

Но ученые все-таки не идеализируют цифровые модели. Так, Андрей Лисица, директор НИИ биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, уверен: цифровое моделирование пока находится на уровне натурфилософии, то есть на этапе сбора данных. Когда алгоритмическая база, искусственный интеллект смогут сделать качественный скачок - перейти к созданию масштабных цифровых моделей, предсказать трудно.

Андрей Ветров, доцент Пермского государственного национального исследовательского университета, считает, что у любой модели природного объекта, в том числе и у цифрового двойника реки, остается неопределенность, связанная с возможными ошибками в сборе данных или в их описании. Не бывает прогнозов со стопроцентной точностью, а столь масштабных - тем более. И создание цифровых паспортов рек вовсе не итог исследований, а их начало. Кроме того, такая работа требует больших денег и ресурсов, поэтому в определенные исторические периоды приходится решать, что в данный момент важнее.