塔河之水“網(wǎng)上來”

粵疆協(xié)作推動塔里木河流域智慧化治理

由葉爾羌河、阿克蘇河、和田河、開都—孔雀河四條源流匯聚而成的我國最長內(nèi)陸河塔里木河，穿過塔克拉瑪干沙漠，流經(jīng)新疆阿克蘇、庫車、輪臺、尉犁等地，蜿蜒2000多公里，最后注入臺特瑪湖，流域總面積達(dá)到102萬平方公里。

塔里木河是新疆天山以南廣大地區(qū)生產(chǎn)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)保持用水的主要來源。歷史上，受氣候、地理?xiàng)l件影響，塔里木河的河道、水量很不穩(wěn)定，如同其維吾爾語名字“無韁的野馬”。高效治理這匹“野馬”，對于新疆保持生態(tài)穩(wěn)定性、推動經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展、保障和改善民生具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

近年來，一批來自廣東的科研人員，在塔里木河流域踏勘調(diào)研、追水找水，利用衛(wèi)星遙感、人工智能、數(shù)字視網(wǎng)膜技術(shù)等研究成果，為塔里木河流域水資源調(diào)度、來水預(yù)測、生態(tài)用水管理等方面提供了技術(shù)支撐?；浗萍己献鳎苿铀锬竞恿饔蛑卫磉~向智慧化、精細(xì)化。

來水預(yù)測更準(zhǔn)確

從新疆塔里木河流域管理局所在的新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市，驅(qū)車3個(gè)小時(shí)，穿過天山南麓的無人戈壁，到達(dá)位于開都河上的察汗烏蘇水電站。兩年前，鵬城實(shí)驗(yàn)室云腦使能研究所所長張偉第一次來到這里時(shí)，水電站在開都河流量預(yù)測方面的探索給他留下了深刻的印象。

鵬城實(shí)驗(yàn)室位于廣東深圳，是中央批準(zhǔn)成立的新型科研機(jī)構(gòu)，作為國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分，開展戰(zhàn)略性、前瞻性、基礎(chǔ)性重大科學(xué)問題和關(guān)鍵核心技術(shù)研究，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求。

察汗烏蘇水電站承擔(dān)著水力發(fā)電、蓄洪泄洪、生態(tài)補(bǔ)水等多重功能。當(dāng)上游有水來時(shí)，如果放掉的水多了，用于發(fā)電的水自然就少了；如果留下的水多了，由于發(fā)電機(jī)組容量固定，也沒法多發(fā)電，反而浪費(fèi)了。

“如果提前知道有多少水會來，我們就可以測算出需要把水位保持在多少米，能夠有效平衡發(fā)電、防洪等多方面的需求。”水電站負(fù)責(zé)人說。

為了更準(zhǔn)確地掌握來水流量，察汗烏蘇水電站近年來開展了大量預(yù)測方面的工作，在已有氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，研究人員克服不少困難，基于多種計(jì)算模型以及大量的數(shù)據(jù)開展來水預(yù)測，10日內(nèi)的預(yù)測準(zhǔn)確度接近80%。

“以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件來看，這已經(jīng)是非常了不起的水平了?！睆垈フf。

然而，由于開都河上游地處天山深處，自然環(huán)境惡劣，氣象站點(diǎn)稀疏，數(shù)據(jù)不足，加上來水受降雨和融雪多重因素影響，導(dǎo)致預(yù)測的準(zhǔn)確度難以進(jìn)一步提高。

如何破解？鵬城實(shí)驗(yàn)室與水電站研究人員充分交流討論，很快得出結(jié)論：要想提高準(zhǔn)確度，必須從數(shù)據(jù)和算法兩個(gè)方面著手優(yōu)化。

據(jù)張偉介紹，在數(shù)據(jù)方面，依托鵬城實(shí)驗(yàn)室以“中國算力網(wǎng)”為基礎(chǔ)構(gòu)建的全球遙感智能數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用系統(tǒng)，研究人員獲得了開都河流域近10年冰雪覆蓋以及融雪狀況的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。

在人工智能算法方面，鵬城實(shí)驗(yàn)室與水電站研究人員共同對預(yù)測模型進(jìn)行了調(diào)整，不僅加入了融雪和降雨的雙重影響因子，還根據(jù)季節(jié)的不同調(diào)整了不同因子的影響權(quán)重。

據(jù)測算，經(jīng)過優(yōu)化，開都河10日內(nèi)來水預(yù)測的準(zhǔn)確度能夠提高到85%以上。下一步，研究人員計(jì)劃收集開都河流域近30年的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)準(zhǔn)確度有望提升到90%左右。

生態(tài)補(bǔ)水更科學(xué)

今年8月，塔里木河汛期來臨，針對胡楊林的引洪補(bǔ)水工作如期開展，流域沿岸數(shù)百萬畝胡楊林又一次“喝”上了生態(tài)水。

沿著和田河上游支流喀拉喀什河順流而下，在和田地區(qū)墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)的沙漠邊緣，2019年修建的一條引水渠把喀拉喀什河的水引入附近的村莊、林地，在這條引水渠沿線，每三四公里就有一個(gè)生態(tài)閘，專門用于給周邊胡楊林“解渴”。

喀拉喀什河下游管理站站長艾爾肯·司馬義告訴記者，最近一次補(bǔ)水在今年8月上旬剛剛完成。有了這樣的引水渠以及延伸到胡楊林深處的支渠，現(xiàn)在生態(tài)補(bǔ)水基本上可以得到保證，這片胡楊林以及紅柳、甘草、蘆葦都越長越好了。

塔里木河流域內(nèi)分布著近1700萬畝天然胡楊林，是南疆重要的生態(tài)屏障。從2000年起，新疆已連續(xù)25年向塔里木河下游生態(tài)輸水，2016年起又實(shí)施了塔里木河流域胡楊林保護(hù)區(qū)引洪補(bǔ)水工作。

來自新疆塔里木河流域管理局的數(shù)據(jù)顯示，今年塔里木河流域來水量高于近10年平均來水量，為改善四條源流以及干流沿線的生態(tài)環(huán)境，今年計(jì)劃引洪補(bǔ)水5.1億立方米。

補(bǔ)水完成后，胡楊林的生長狀態(tài)成為管理部門亟待評估的問題?！翱瓷先ゴ_實(shí)越長越好了，但具體怎么個(gè)好法？成林和幼林的生長狀況如何？有沒有把寶貴的水資源花在‘刀刃上’？要回答這些問題，必須依靠新技術(shù)?！毙陆锬竞恿饔蚝吞锕芾砭炙{(diào)信息科負(fù)責(zé)人肉孜買買提·吐送尼牙孜說。

對此，新疆塔里木河流域管理局、鵬城實(shí)驗(yàn)室協(xié)同中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，從2022年起開展了塔里木河流域胡楊林生態(tài)輸水效益評估工作，通過衛(wèi)星遙感技術(shù)區(qū)分了成林和幼林的不同狀況，利用人工智能算法修正了由于衛(wèi)星遙感采集數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上不連續(xù)導(dǎo)致的分辨率和誤差問題，從多個(gè)方面量化了生態(tài)補(bǔ)水的效果。

以2022年為例，生態(tài)補(bǔ)水讓塔里木河流域胡楊林高覆蓋面積占比由36.2%增加到了62.9%，凈初級生產(chǎn)力增加了26.74%，極高等級葉面積指數(shù)面積占比由1.48%增加到4.27%。持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2023年，塔里木河流域胡楊林引洪補(bǔ)水淹灌面積約272萬畝，胡楊林補(bǔ)水區(qū)植被覆蓋度增加4.3%。

“掌握了這些情況，我們可以更合理地分配和使用塔里木河的水資源、避免浪費(fèi)?！比庾钨I買提·吐送尼牙孜說。

水利調(diào)度更智能

在和田河流域重要的控制性攔河樞紐——喀拉喀什河渠首，每到汛期，巴拉提·尼亞孜就要開始三班倒的工作節(jié)奏。對于已經(jīng)在水利一線工作32年的他來說，近年來信息化手段的應(yīng)用讓水利管理工作變得便利高效了。

“過去，一個(gè)基層站的管理，通常是兩三個(gè)人，騎著摩托車，憑眼睛看、憑經(jīng)驗(yàn)估算，掌握、上報(bào)、處置上下游幾十公里的水情。”巴拉提·尼亞孜說。

近年來，塔里木河流域已經(jīng)建立起一體化的“現(xiàn)地站—源干流局—塔管局”視頻調(diào)度體系，952個(gè)視頻采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了25處主要分水樞紐和5座水庫的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)采集。通過安裝在渠首與河道上的36路攝像頭，巴拉提·尼亞孜能夠隨時(shí)掌握水情，上報(bào)情況的時(shí)間間隔從過去的早晚各一次縮短到現(xiàn)在的6分鐘一次。

新疆塔里木河流域管理局信息中心主任程勇說，雖然視頻采集系統(tǒng)對于水利管理發(fā)揮了重要作用，但海量視頻內(nèi)容面臨著“存不下”“用不好”的問題。

對此，鵬城實(shí)驗(yàn)室在葉爾羌河流域提孜那甫河汗克爾渠首引入數(shù)字視網(wǎng)膜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)攝像頭的技術(shù)架構(gòu)革新，使攝像頭像人類的視覺系統(tǒng)一樣，能夠自動識別、篩選不同的目標(biāo)物，更加智能地開展水利管理。

在收到汗克爾渠首采集的河道漂浮物的視頻數(shù)據(jù)后，鵬城實(shí)驗(yàn)室高級工程師王天課把這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入人工智能大模型，經(jīng)過兩到三周時(shí)間的訓(xùn)練，系統(tǒng)具備了自動識別各種形態(tài)漂浮物的能力，準(zhǔn)確度達(dá)到80%左右，隨著技術(shù)正式落地應(yīng)用、數(shù)據(jù)量增加，準(zhǔn)確度將進(jìn)一步提高。

自2022年新疆塔里木河流域管理局聘請鵬城實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任塔里木河流域智慧水利建設(shè)的總體技術(shù)顧問單位以來，雙方陸續(xù)以“中國算力網(wǎng)”、算力大科學(xué)裝置“鵬城云腦”、人工智能大模型“鵬城·腦海”、數(shù)字視網(wǎng)膜等前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，開展塔里木河流域智慧化治理合作，并協(xié)同新疆本地科研單位開展了一系列相關(guān)課題研究，為提高塔里木河流域水資源一體化調(diào)配水平提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

“下一步，新疆塔里木河流域管理局還將與鵬城實(shí)驗(yàn)室在洪水跑水漫溢等領(lǐng)域開展技術(shù)合作，在東西部協(xié)作的大背景下，繼續(xù)利用前沿科技的力量助力塔河安瀾、滋養(yǎng)南疆大地?！背逃抡f。

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