«Умные водоемы»:

сибирские реки будут оцифрованы


По инициативе  кузбасских учёных впервые создается цифровая модель речной экосистемы - предполагается, что это поможет найти пути оздоровления малых рек Обь-Иртышского бассейна.

Цифровизация охватывает все больше сфер жизнедеятельности Кузбасса. Конечно,не могла она не коснуться и очень актуальной для угольного региона темы охраны окружающей среды и сохранения биоразнообразия.

Полноводная реабилитация

В последнее время в регионе начали уделять повышенное внимание водным объектам. Один из проектов, инициированный в рамках работы тематической группы «Экология» Научно-образовательного центра «Кузбасс», быстро получил признание на федеральном уровне.

Обь-Иртышский бассейн является крупнейшим в России и третьим в мире после американских водных гигантов Амазонки и Миссисипи. Но, как ни пародоксально, ни одного комплексного исследования данной экосистемы не проводилось. Местные природоохранники (а обский бассейн питает водой 14 субъектов Российской Федерации) выполняли экологические оценки только отдельных территорий (для подготовки областных и краевых докладов о состоянии окружающей среды), но на разрозненных данных целостной картинки получить трудно. Были со стороны научного сообщества претензии и к качеству выполнявшихся работ, в частности, обращалось внимание на слабую координацию и определенную раздробленность исследований водных ресурсов и водных экосистем, которые проводятся разными научными организациями. А руководство Росгидромета, у которого имеются гидропосты на реках, признало, что мониторинг водных объектов и система управления водными бассейнами и ресурсами в России отсутствуют: оборудование на гидропостах устарело и позволяет лишь констатировать процессы постфактум, а не прогнозировать и влиять на них.

Многие годы на территории Обь-Иртышского бассейна одновременно ведётся не только активное освоение ископаемых природных богатств (нефть, газ и др.), но и добыча ценных пород рыб и других представителей местной фауны, что напрямую негативно влияет на сохранность биоразнообразия водной экосистемы.  Еще одна серьезная проблема - воды в реках Сибири год от года становится меньше, и это вынуждает рационально расходовать водные ресурсы, чтобы развивать промышленность, машиностроение, сельское хозяйство. Однако различные ведомства, работающие в регионах, подчас имеют несовпадающие интересы. Поэтому решение экологических проблем Обско-Иртышского бассейна требует межрегионального взаимодействия разных структур - и власти, и бизнеса, и общественности.

Эту ситуацию и должен изменить проект под названием «Цифровой Обь-Иртышский бассейн», суть которого в создании первого в мире цифрового двойника  (виртуального прототипа) речного бассейна для осуществления системной работы по оздоровлению водной акватории и его притоков – рек регионального значения, испытывающих колоссальные антропогенные и техногенные нагрузки.

- Среди них - Томь, берущая свое начало в Кузбассе  (самая грязная река в Обь-Иртышском бассейне), Миасс, протекающий через экологически неблагополучный город Карабаш. Также контрольные участки находятся в Ханты-Мансийском автономном округе, где Иртыш впадает в Обь, и в устье Обской губы. Получается, вся территория начиная от Телецкого озера, из которого вытекает река Бия, до того места, где Обь впадает в Карское море, в перспективе будет охвачена нашим проектом. Кроме того, для пограничной реки Иртыш характерна проблема совместного использования водных ресурсов Китаем, Казахстаном и Россией. В перспективе проект создаст основу для перехода к международной кооперации в части оздоровления рек Обь-Иртышского бассейна, - уточняет главный научный сотрудник Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, заведующий лабораторией экологической оценки и управления биоразнообразием Юрий Манаков.

В Кузбассе курировать эту работу поручено областному департаменту информационных технологий.

- Главная цель проекта - в сборе и повторном использовании цифровых данных в течение всего жизненного цикла реального объекта. На реках бассейна в определенных местах (экополигонах) установят современные сенсорные устройства или датчики для гидрологического мониторинга на принципиально новом уровне - те или иные измеряемые параметры будут не просто собираться и обрабатываться, а использоваться в замкнутом цикле информационного обмена между реальным бассейном и его виртуальной, или цифровой моделью, - рассказывает и. о. начальника департамента информационных технологии Ксения Каплина.

Запланировано создать девять экополигонов: четыре на юге Сибири, два на ее севере и три на Урале. В кузбасской части под наблюдение уже взяли приток Томи, считающийся довольно «грязным» - Ускат. Создание цифрового двойника Уската началось в нынешнем году и займет не менее трех лет. Установленные «умные» датчики позволят использовать современные методы дистанционного зондирования Земли с беспроводной передачей данных и обработкой их в облачных сервисах.

Цифровизация рек позволит оперативно контролировать изменение основных параметров качества воды и поможет определить пути решения экологических проблем, связанных с накопленным экологическим ущербом.

В частности, предполагается, что можно будет выявить основные факторы негативного влияния на уровень техногенной нагрузки речных экосистем и решить проблему с обмелением рек Обь-Иртышского бассейна, как стратегического ресурса России.

- В результате реализации намеченных мероприятий, этот проект так или иначе затронет каждого жителя Кузбасса, независимо от его рода занятий или возраста – ведь должно реально улучшиться  состояние речных экосистем . А значит, меньше станет заболеваний людей, в водоемах появится больше ценных пород рыб и других полезных биоресурсов, - отмечает Ксения Каплина.

Есть поддержка!

Проект был впервые представлен на федеральном уровне 16 мая 2019 года - на заседании научного совета Российской академии наук по глобальным экологическим проблемам с участием представителей органов государственной власти и экспертного сообщества, где получил одобрение всех участников мероприятия. В дальнейшем кузбассовцы успешно презентовали свою идею на престижных форумах и выставках, в том числе на международной промышленной выставке по цифровизаци ИННОПРОМ-2019, Всероссийском водном конгрессе.

Кроме Кемеровской области, проект поддержан еще шестью приобскими регионами: Курганской, Свердловской, Тюменской и Челябинской областями, Ханты-Мансийским и Ямало-Ненецким автономными округами.  Впрочем, интерес к этой работе проявляют государственные структуры, научные организации и промышленные предприятия и остальных территорий Обь-Иртышского бассейна. Поэтому, как отметил губернатор Кузбасса Сергей Цивилёв, в перспективе в проекте примут участие 14 приобских регионов, а Кузбасс станет регионом-координатором этой межрегиональной инициативы.

- Крайне важно, что проект предусматривает активную роль промышленных предприятий и модернизацию их технологических процессов. Современная система гидромониторинга, прогнозирования и моделирования позволит со временем создать реальный управленческий инструмент, пользователями которого станут Минприроды России, Минсельхоз России и подведомственные им структуры, Роспотребнадзор, региональные органы исполнительной власти, промышленные предприятия, профессиональное научное сообщество и общественность – для всех этих категорий пользователей в системе будут предусмотрены соответствующие интерфейсы. Это позволит обеспечить доказательную базу состояния экосистем и возникающих нарушений, оперативно и эффективно на них реагировать, минимизировать последствия и в перспективе создать условия, предотвращающие грубые нарушения экологического законодательства ввиду прозрачности и наглядности информации в режиме реального времени, - отмечает Юрий Манаков.

- При реализации проекта будут созданы условия для цифровой «перезагрузки» машиностроительных производств за счет параллельного проектирования процессов производства нового оборудования, рассчитанного на изменившиеся технологические процессы промышленных предприятий – потребителей (угольных, нефтяных, металлургических компаний и т.п.). Этот подход имеет высокий потенциал масштабирования и тиражирования, высокий экспортный потенциал, предусматривает значительный рост конкурентоспособности региональных машиностроительных компаний и кластеров.  Таким образом, проект станет основой для создания в стране отрасли экологического машиностроения, что является приоритетной задачей, сформулированной Минпромторгом России, – отмечает проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), руководитель Центра НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», Алексей Боровков.

Что сделано?

На сегодня сформирован координационный совет по реализации проекта, утверждена дорожная карта, подготовлены планы совместных мероприятий со всеми пилотными регионами.

Для реализации проекта 19 июня подписано трехстороннее соглашение о сотрудничестве в научно-технической, инновационной и учебно-образовательной сферах между Правительством Кузбасса, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» и ФГБУН «Институт водных проблем РАН».

Ответственными исполнителями проекта выступают четыре академических института, а партнерами - три организации, которые предоставят технологии цифрового моделирования, высокотехнологичное оборудование и датчики для сбора данных метеорологических условий местности, гидрологического состояния и химического загрязнения рек. Что касается обустройства экополигонов (ориентировочный объем финансирования для каждого объекта - около пятидесяти миллионов рублей), то ученые, которые приступают к разработке проекта федеральной программы для включения в нацпроект «Экология», надеются на поддержку Министерства природных ресурсов и экологии РФ. Научный совет СО РАН по глобальным экологическим проблемам предложил создать рабочую группу для организации и создания экологических полигонов с участием представителей пилотных регионов. Кроме того, представители СО РАН обратились к главам регионов Урала и Сибири с предложением учредить Ассоциацию приобских регионов.

До конца 2019 года планируется создать межрегиональную сеть пилотных экологических полигонов, которые станут местом апробации и демонстрации эффекта новых природосберегающих технологий, а также образовательными площадками для реализации сетевых образовательных программ в направлениях экологии и биотехнологий.

Промышленные предприятия из нескольких регионов Урала и Сибири также заявили о готовности включиться в проект. В Кузбассе, в частности, идет разработка плана совместных мероприятий с АО «Холдинговая компания «СДС-Уголь». В реализации проекта на территории Челябинской области примет участие Русская медная компания.

Ожидается, что внедрение новых технологий позволит существенно снизить себестоимость производств за счет снижения уровня ущерба, причиняемого окружающей среде, и, соответственно, ежегодных затрат на его возмещение.

Павел АЛЕКСАНДРОВ


Вердер Сайнтифик 2021