由葉爾羌河、阿克蘇河、和田河、開(kāi)都—孔雀河四條源流匯聚而成的我國(guó)最長(zhǎng)內(nèi)陸河塔里木河，穿過(guò)塔克拉瑪干沙漠，流經(jīng)新疆阿克蘇、庫(kù)車、輪臺(tái)、尉犁等地，蜿蜒2000多公里，最后注入臺(tái)特瑪湖，流域總面積達(dá)到102萬(wàn)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(lái)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(yǔ)名字“無(wú)韁的野馬”。高效治理這匹“野馬”，對(duì)于新疆保持生態(tài)穩(wěn)定性、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(lái)，一批來(lái)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(lái)水預(yù)測(cè)、生態(tài)用水管理等方面提供了技術(shù)支撐?；浗萍己献鳎苿?dòng)塔里木河流域治理邁向智慧化、精細(xì)化。
來(lái)水預(yù)測(cè)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(kù)爾勒市，驅(qū)車3個(gè)小時(shí)，穿過(guò)天山南麓的無(wú)人戈壁，到達(dá)位于開(kāi)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(zhǎng)張偉第一次來(lái)到這里時(shí)，水電站在開(kāi)都河流量預(yù)測(cè)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(guó)家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分，開(kāi)展戰(zhàn)略性、前瞻性、基礎(chǔ)性重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵核心技術(shù)研究，服務(wù)國(guó)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(lái)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(méi)法多發(fā)電，反而浪費(fèi)了。
“如果提前知道有多少水會(huì)來(lái)，我們就可以測(cè)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(shuō)。
為了更準(zhǔn)確地掌握來(lái)水流量，察汗烏蘇水電站近年來(lái)開(kāi)展了大量預(yù)測(cè)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(kāi)展來(lái)水預(yù)測(cè)，10日內(nèi)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度接近80%。
“以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件來(lái)看，這已經(jīng)是非常了不起的水平了。”張偉說(shuō)。
然而，由于開(kāi)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(lái)水受降雨和融雪多重因素影響，導(dǎo)致預(yù)測(cè)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(guó)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(kāi)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(duì)預(yù)測(cè)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(cè)算，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，開(kāi)都河10日內(nèi)來(lái)水預(yù)測(cè)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(kāi)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(lái)臨，針對(duì)胡楊林的引洪補(bǔ)水工作如期開(kāi)展，流域沿岸數(shù)百萬(wàn)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(zhǎng)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(zhǎng)越好了。
塔里木河流域內(nèi)分布著近1700萬(wàn)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(lái)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(lái)水量高于近10年平均來(lái)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(zhǎng)狀態(tài)成為管理部門亟待評(píng)估的問(wèn)題。“看上去確實(shí)越長(zhǎng)越好了，但具體怎么個(gè)好法？成林和幼林的生長(zhǎng)狀況如何？有沒(méi)有把寶貴的水資源花在‘刀刃上’？要回答這些問(wèn)題，必須依靠新技術(shù)。”新疆塔里木河流域和田管理局水調(diào)信息科負(fù)責(zé)人肉孜買買提·吐送尼牙孜說(shuō)。
對(duì)此，新疆塔里木河流域管理局、鵬城實(shí)驗(yàn)室協(xié)同中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，從2022年起開(kāi)展了塔里木河流域胡楊林生態(tài)輸水效益評(píng)估工作，通過(guò)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(wèn)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(jí)生產(chǎn)力增加了26.74%，極高等級(jí)葉面積指數(shù)面積占比由1.48%增加到4.27%。持續(xù)監(jiān)測(cè)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(wàn)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)。”肉孜買買提·吐送尼牙孜說(shuō)。
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(kāi)始三班倒的工作節(jié)奏。對(duì)于已經(jīng)在水利一線工作32年的他來(lái)說(shuō)，近年來(lái)信息化手段的應(yīng)用讓水利管理工作變得便利高效了。
“過(guò)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(shuō)。
近年來(lái)，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(kù)的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)采集。通過(guò)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(guò)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(shuō)，雖然視頻采集系統(tǒng)對(duì)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(wèn)題。
對(duì)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(jué)系統(tǒng)一樣，能夠自動(dòng)識(shí)別、篩選不同的目標(biāo)物，更加智能地開(kāi)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(jí)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(guò)兩到三周時(shí)間的訓(xùn)練，系統(tǒng)具備了自動(dòng)識(shí)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(qǐng)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(wèn)單位以來(lái)，雙方陸續(xù)以“中國(guó)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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。”程勇說(shuō)。 （記者陳宇軒 關(guān)俏俏）
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