Вызовы и решения по комплексному управлению водными ресурсами в 2024 г. Перевод с английского
Настало критическое время для управления водными ресурсами, когда мы сталкиваемся с рядом серьезных проблем, включая изменение климата. Это приводит к увеличению продолжительности периодов засухи и усилению интенсивности осадков. Решение этих проблем, наряду с проблемами демографического роста и развития городов, ставит перед водохозяйственными органами множество задач, которые требуют ответов, выходящих за рамки традиционных инженерных решений и требующих целостного и технологического подхода.
Таки, в 2024 г. цифровая трансформация станет важнейшим инструментом для решения этих задач. Анализ данных, выявление трендов и применение таких технологий, как большие данные, машинное обучение и искусственный интеллект, будут играть фундаментальную роль в новой эре управления водными ресурсами. Однако такой подход также требует крупных инвестиций в сбор и обработку достоверных высококачественных данных.
Кроме того, изменение климата влияет и на наборы данных, которые традиционно использовались для исследований и прогнозов, поскольку не все из них отражают его воздействие. Это требует устойчивых ответных мер, то есть способности адаптироваться, предвидеть и прогнозировать наиболее неблагоприятные сценарии, чтобы оптимизировать управление водными ресурсами, минимизируя риск наводнений и засух.
В этом смысле такие инструменты, как системы поддержки принятия решений (СППР) и системы раннего предупреждения (СРП), представляют собой ключевую технологическую тенденцию для борьбы с этими экстремальными событиями.
Влияние экстремальных явлений на управление водными ресурсами
Последствия все более частых и интенсивных засух выходят за рамки поверхностных вод, затрагивая подземные воды и снижая их качество из-за чрезмерной эксплуатации водоносных горизонтов в засушливые периоды. Эффективное управление должно учитывать вопросы как объема, так и качества воды в условиях продолжительных засух, поскольку чрезмерная эксплуатация не только истощает ресурсы, но и ухудшает их качество, может привести к увеличению концентрации загрязняющих веществ и интрузии соленых вод. Поэтому системы поддержки принятия решений должны включать гидрогеохимические модели для оценки и управления качеством воды во время засухи.
Засухи также несут экономические и социальные издержки, влияя на сельское хозяйство, вызывая неурожаи и увеличивая производственные затраты. Кроме того, многие сообщества сталкиваются с нехваткой питьевой воды, что усугубляет бедность и вызывает социальные волнения.
Внезапные наводнения, вызванные экстремальными погодными явлениями, представляют собой еще одну новую проблему XXI века. Частота проливных дождей резко возросла, вызывая наводнения в районах, которые раньше не считались уязвимыми.
Эти события несут экономический и социальный хаос по всему миру. Гибель людей, повреждение инфраструктуры, утрата имущества и перемещение населения – вот лишь некоторые из многочисленных последствий. В экономическом плане прямые и косвенные потери исчисляются миллиардами долларов, что сказывается на финансовой стабильности целых регионов.
Использование технологий для решения проблем управления водными ресурсами: СРП и СППР
Системы поддержки принятия решений (СППР) – это фундаментальные инструменты, позволяющие соответствующим ведомствам принимать решения на основе анализа данных. Эти системы направлены на средне- и долгосрочное планирование и управление за счет использования цифровых технологий для анализа данных, выявления трендов и реализации стратегий на основе искусственного интеллекта.
Системы раннего предупреждения (СРП) направлены на предотвращение и создание уведомлений о краткосрочных экстремальных погодных явлений. Способность точно определить эти события за 2-3 дня до их наступления крайне важна. Сендайская рамочная программа ООН (2015-2030 гг.) подчеркивает важность повышения устойчивости к стихийным бедствиям и говорит о необходимости развертывания систем раннего предупреждения.
Важно обозначить различия между СППР и СРП. СППР сосредоточены на принятии среднесрочных и долгосрочных решений, а СРП – на раннем предупреждении и краткосрочном предотвращении. Обе системы являются важными компонентами комплексного управления водными ресурсами и дополняют друг друга.
Обе системы направлены на обеспечение водной безопасности и эффективное управление ресурсами. Системы поддержки принятия решений обеспечивают основу для принятия решений путем разработки моделей среднесрочного и долгосрочного прогнозирования, в то время как СРП ориентированы на оперативный анализ сложившейся ситуации и ответные меры.
Применение новых технологий, основанных на алгоритмах прогнозирования и доступе к данным в режиме реального времени, направлено на повышение точности и скорости моделей и их анализа. СППР используют передовые алгоритмы для построения все более точных прогнозных сценариев, в то время как СПР используют преимущества доступа к данным в режиме реального времени для быстрой оценки критических сценариев. 18
Приложения СППР и СРП в управлении водными ресурсами
Раннее предупреждение и оперативное реагирование
Система раннего предупреждения должна обеспечивать быстрое реагирование, что подчеркивает необходимость в инструментах и программном обеспечении, способных обеспечивать точные данные в кратчайшие сроки, учитывая, что эффективное предупреждение имеет важное значение для органов управления чрезвычайными ситуациями. Использование искусственного интеллекта для метеорологических и гидрологических прогнозов имеет свои недостатки в этих стохастических (они не отвечают на любые ситуации) и конвективных (они возникают внезапно и концентрируются в очень специфических областях) сценариях, что означает, что любое программное обеспечение для раннего предупреждения должно быть основано на физических процессах и контролироваться экспертом.
СРП, которые должны помочь в краткосрочных ситуациях, необходимы для управления ливневыми паводками. Их основная задача – быстро анализировать масштабы события и выдавать предупреждения в режиме реального времени. Они позволяют быстро и эффективно реагировать на чрезвычайные ситуации, напрямую информируя силы безопасности и службы гражданской обороны.
Изменения в характере выпадения осадков требуют постоянного совершенствования оперативной деятельности. Использование спутниковых технологий для анализа осадков обеспечивает более точную оценку экстремальных событий. Это повышает возможности СРП прогнозировать внезапные наводнения и улучшает планирование и реагирование на чрезвычайные ситуации.
Правила управления и эксплуатации плотин
Эффективное управление водохранилищами и плотинами критически важно для решения проблемы дефицита воды и наводнений. Эта инфраструктура должна иметь оптимизированные системы, учитывающие объемы и качество накапливаемой воды. Искусственный интеллект должен сыграть решающую роль в разработке операционных стратегий, основанных на заранее установленных правилах и целях, которые минимизируют ущерб и оптимизируют использование воды.
Правила эксплуатации должны быть четко определены, а системы должны быть оптимизированы таким образом, чтобы минимизировать такие параметры, как несчастные случаи, пострадавшие территории и экономические затраты. Системы комплексного анализа работы водохранилищ и предложения по эксплуатации водохранилищ на основе ИИ являются важнейшим инструментом для операторов плотин, подчеркивая необходимость принятия быстрых и эффективных решений.
Новые технологии и практические решения
В 2024 г. некоторые технологии, такие как самокорректирующиеся алгоритмы, доступ к данным в режиме реального времени и спутниковые технологии, будут использоваться для решения вышеупомянутых проблем управления водными ресурсами. Ниже подробно описаны тенденции на ближайший год.
Самокорректирующиеся алгоритмы и интеллектуальное управление водохранилищами
Применение самокорректирующихся алгоритмов при анализе рядов данных по осадкам и метеорологических данных имеет большое значение. Раннее выявление неисправностей в измерительных приборах и внедрение интеллектуального 19 управления водохранилищами на основе заданных правил эксплуатации являются ключевыми факторами обеспечения эффективности системы.
Оперативный доступ к данным и спутниковые технологии
Оперативный доступ к данным – это не только вызов, но и насущная необходимость. Спутниковые технологии играют ключевую роль в обеспечении непрерывного пространственного наблюдения за погодными условиями и режимами выпадения осадков. Использование передовых систем связи повышает доступность данных и обеспечивает более эффективное реагирование.
Применение технологических инструментов
Практическое применение технологических инструментов, таких как комплексные цифровые платформы для мониторинга и отображения данных с гидропостов и скважин в режиме реального времени и прогнозирования ресурсов поверхностных и подземных вод, демонстрирует, как цифровые преобразования влияют на управление водными ресурсами. Внедрение СППР и СРП – это быстрый и гибкий ответ на текущие проблемы сектора.
Гибкое и устойчивое управление
СППР и СРП являются важнейшими инструментами для решения растущих проблем в управлении водными ресурсами на глобальном уровне. Расширение и постоянное совершенствование этих систем, а также применение новых технологий являются ключевыми факторами для достижения надежного и устойчивого управления водными ресурсами. Далее СППР и СРП будут дополнять друг друга в создании устойчивых сообществ для борьбы с экстремальными погодными явлениями – от прогнозирования засухи до быстрого реагирования на наводнения.
Интеллектуальное управление водохранилищами и плотинами, поддерживаемое передовыми алгоритмами, позволит решить проблему дефицита воды, обеспечив качественное водоснабжение. Спутниковые технологии и доступ к данным в режиме реального времени станут жизненно важными инструментами для анализа осадков и критических ситуаций.
Международное сотрудничество рассматривается как ключевой фактор Сендайской рамочной программы по решению водных проблем планеты. Создание общих платформ и системная интеграция на глобальном уровне укрепляет возможности прогнозирования и реагирования, способствуя снижению риска бедствий и повышению устойчивости стран.
Одним словом, переход к гибкому и устойчивому управлению водными ресурсами подразумевает постоянную интеграцию инновационных технологий, международное сотрудничество и целостный подход – от предупреждения до быстрого реагирования. СППР и СРП будут играть важную роль на этом пути к построению будущего, в котором вода будет управляться эффективно, адаптивно и устойчиво.
https://smartwatermagazine.com/news/idrica/challenges-and-solutions-integrated-water-resourcemanagement-2024