Оцифрованные реки. За качеством воды будут следить онлайн
Весной вода разливается и подтапливает города и посёлки. А к середине лета реки мелеют так, что резиновую лодчонку приходится вручную тянуть – тут не может быть и речи о пассажирском и грузовом судоходстве. Плюс предприятия сливают отходы в водоёмы, что, безусловно, ухудшает экологическую ситуацию. Эти проблемы типичны для крупнейшего в России и третьего в мире по величине речного бассейна – Обь-Иртышского.
Следить и прогнозировать
В Кузбассе общественники регулярно буквально за руку ловят угольщиков и золотодобытчиков, загрязняющих промышленными стоками притоки Томи. В эти дни внимание всей страны приковано к Норильску, где после разлива и попадания в реку топлива объявлена ЧС федерального уровня.
Сомнений нет: отслеживать и прогнозировать подобные ситуации нужно. Каким образом? Ответ на этот вопрос нашли сибирские учёные – с помощью единой цифровой платформы. МЧС, надзорные ведомства, местные власти будут получать оперативные данные о состоянии водоёмов, формировать прогнозы и варианты развития событий, чтобы принимать решения по сохранению и оздоровлению крупнейших рек Сибири и Урала – Оби, Иртыша, Томи, Миасса, Тобола и Туры.
Создаваемая в рамках инициированного правительством Кузбасса федерального проекта «Цифровой Обь-Иртышский бассейн» система мониторинга позволит следить за состоянием реки в режиме реального времени.
Зачем реке двойник?
Это будет первый в мире цифровой двойник речного бассейна. За его основу выбрана отечественная технология, разработанная в Санкт-Петербургском политехническом университете. «Мы имеем многолетний успешный опыт работы по созданию цифровых двойников для различных отраслей промышленности. Но мы знаем, что новая промышленная революция – это объединение трёх миров. Первый мир – это физический, материальный. Второй – цифровой, виртуальный. Эти два мира мы уже научились объединять. Но есть и третий мир, который обязательно нужно присоединить, обеспечив конвергенцию и синергию, – это живой, биологический мир. В данном случае природа – это Обь-Иртышский бассейн», – говорит проректор по перспективным проектам СПбПУ Алексей Боровков.
Но недостаточно просто описать состояние реки – нужно уметь предсказывать и моделировать возможные критические ситуации. «Можно будет определить, как будет распространяться загрязнение по водотоку, и своевременно обосновать необходимые меры для предотвращения его поступления в систему водоснабжения. Здесь просматривается дальнейшее сверхперспективное развитие проекта с расширением на региональные сети водоканалов. Можно предсказать весенний паводок и своевременно обеспечить превентивные меры. Можно точнее планировать навигационный период, анализировать риски при строительстве новых гидротехнических сооружений и решать большое количество связанных с управлением водными ресурсами задач», – объясняет Боровков.
Причём, как и сами реки, их двойники не будут стоять на месте. Новые данные о параметрах водоёма будут учитываться, тем самым двойник будет становиться раз от разу всё «умнее», т. е. всё более соответствующим реальному объекту, и, главное, его предсказательная способность будет точнее.
Как сейчас мониторят?
В данный момент большинство постов мониторинга системы Росгидромета не оснащены надёжным, компактным, устойчивым к внешним воздействиям цифровым оборудованием для измерения гидрологических и гидрохимических показателей в режиме онлайн, поэтому планируется установить в Обь-Иртышском бассейне сеть современных цифровых гидрологических станций для измерения и передачи по беспроводным каналам связи данных по 20 параметрам. Среди них – уровень pH, проводимость, температура, мутность и уровень воды, скорость потока, а также химические параметры – соединения серы, азота, нефтепродукты, некоторые металлы. «Дополнительно определяются биологические показатели – количество хлорофилла и цианобактерий. Этого достаточно, чтобы понимать, что происходит с водным объектом, и затем научиться описывать и предсказывать его поведение на основе математических моделей», – подчеркивает заместитель председателя координационного совета по реализации проекта при губернаторе Кузбасса Юрий Манаков. Запланировано создание 50-ти пилотных цифровых постов гидролого-гидрохимического мониторинга в 12 регионах Сибири и Урала.
Начали с самого грязного
В качестве тестовой модели разработчики выбрали реку Ускат, которая протекает по территории Прокопьевского и Новокузнецкого районов Кузбасса. По словам Юрия Манакова, этот выбор не случаен: Ускат – самый грязный приток Томи, и прежних методов мониторинга и контроля на нём уже недостаточно.
Обустройством комплекса занимается Кемеровский филиал Института вычислительных технологий Сибирского отделения РАН. В 2019 г. учёные запустили в работу часть цифрового оборудования – метеостанцию и систему умных датчиков по определению запыления воздуха. Они собрали космоснимки бассейна с ретроспективой до 2015 г., а также разработали цифровые модели распространения основных загрязнений в реке.
В дальнейшем эти наработки учёные применят на других водоёмах Обь-Иртышского бассейна. Свой грандиозный проект разработчики планируют реализовать в рамках национального проекта «Экология» и национальной программы «Цифровая экономика».
Многолетняя работа в бассейне промышленных предприятий привела к загрязнению многих водоёмов. Может, в оцифрованные реки будет сложнее сливать что попало, и вода станет чище.