Big Data предскажет приточность в Байкал

Для долгосрочного прогнозирования

Компания En+ Group, ведущий вертикально интегрированный производитель алюминия и электроэнергии, сообщила о запуске уникального инновационного проекта – ENvision. Партнером выбран один из ведущих интеграторов в области геофизического моделирования, резидент кластера космических технологий «Сколково» – компания Aerostate, основатель которой Дмитрий Соломенцев известен как автор технологии прогноза погоды meteum (она используется, например, в «Яндекс.Погоде»). До весны - лета 2021 года партнеры изучат все, что влияет сегодня на приточность Байкала, на основе чего с использованием больших данных и машинного обучения будет разработана программа для прогнозирования приточности озера. 

«Системный оператор» водность рек определяет как «стихийное природное явление, которое не прогнозируется даже в краткосрочном цикле». И, действительно, исторически приточность любого водоема (не только Байкала) в России строится на основе фундаментальных климатических и гидрологических моделей. Они способны дать очень хороший результат, но максимум – на неделю вперед. Более продолжительные прогнозы не позволяют с достаточной точностью предсказать отклонения от средних значений, поскольку базируются на т.н. «наиболее вероятных сценариях». 

«В настоящее время прогноз притока с хорошими (приемлемыми) результатами дается в пределах трех дней – одной недели, реже – десяти дней. Это признается практически всеми экспертами, как нашими, так и зарубежными. Это не означает, что долгосрочные прогнозы невозможны в принципе. Они делаются многими и достаточно давно. Так, еще мой первый руководитель академик И.П. Дружинин примерно полвека назад пытался делать долгосрочные и даже сверхдолгосрочные прогнозы стока, в том числе с учетом солнечной активности. Разумеется, этим вопросом, с разными методическими подходами, занимались (и продолжают заниматься) многие наши коллеги в разных странах. Но до сих пор нигде не решена главная проблема – надежность (и точность!) такого прогноза. В последние два десятка лет активно используются современная вычислительная техника и технологии, созданы мировые центры обработки данных, использующие глобальные климатические модели. Мы также пользуемся результатами расчетов по таким моделям со сроками прогнозирования до девяти месяцев. Но в данном случае мы говорим уже о вероятностных сценариях, а не о прогнозах, к тому же далеко не всегда оправдываемых. Например, пять лет назад все прогнозы по глобальным моделям оказались ошибочными. Многие считают, что это связано с глобальными изменениями климата в последние 10-15 лет», - отметил в комментарии для «Кислород.ЛАЙФ» заведующий лабораторией гидроэнергетических и водохозяйственных систем ИСЭМ СО РАН, доктор технических наук Вячеслав Никитин. 

En+ Group и Aerostate планируют, используя методы машинного обучения, разработать новый алгоритм, который сможет выдавать прогнозы приточности на срок от шести до 18 месяцев. В том числе с учетом естественных природных факторов (таяния снегов и скорости течения в реках, питающих озеро), а также других важных вводных, например, переносов загрязнений от промышленных районов Китая. 

Сложность задачи состоит в том, что подобного пока не смог добиться никто в мире. Скептики вообще уверены, что создать работающий долгосрочный прогноз погоды невозможно в принципе, поскольку вне зависимости от количества учитываемых факторов даже незначительное изменение одного из входящих параметров может сильно «перекосить» конечный результат. Как вообще можно предсказать, сколько дождей и в каком объеме прольются следующим летом в водосборном бассейне Байкала? Сколько выпадет снега и как он будет таять? Между тем понятно, что такой прогноз помог бы сэкономить колоссальные средства в том же сельском хозяйстве, в сфере туризма, в энергетике и т.п. В мировом масштабе — это сотни миллиардов долларов.

«Это очень круто и амбициозно и для России, и для мира в целом. Мне и моим коллегам не известно об успешной реализации подобных проектов в России и за рубежом. В рамках ENvision планируется делать прогнозы на срок до 18 месяцев. Очень заманчиво. Исполнителям можно только пожелать успехов, а нам дождаться реальных результатов этой работы», - говорит Вячеслав Никитин. 

В En+ Group «Кислород.ЛАЙФ» заявили, что понимают все сложности, но рассчитывают на большой опыт и инновационный потенциал партнера. Действительно, Aerostate обладает значительными компетенциями в области геофизики и анализа данных. Специалисты именно этой компании разработали платформу «Аэроплан», которая используется для анализа и управления качеством воздуха в городах. «Проект ENvision – это возможность применить нашу экспертизу в очень прикладной задаче. У проекта значительный потенциал: с его помощью можно будет улучшить качество жизни людей и сохранить природные богатства», - говорит Евгений Ганьшин, директор по развитию Aerostate.

Для регулятора и местных сообществ

Для En+ Group долгосрочное прогнозирование приточности – жизненно важное направление: компания управляет тремя мощными ГЭС на Ангаре (Иркутская, Братская, Усть-Илимская) – единственной реке, вытекающей из Байкала. От качества прогнозирования зависит качество управления водными ресурсами, а, значит, и качество энергоснабжения не только Иркутской области, но и всего макрорегиона Сибири, в энергобалансе которого на гидроэнергетику приходится порядка 50% (за январь-август текущего года ГЭС в ОЭС Сибири произвели более 67 млрд кВт*часов – примерно столько же выдали в сеть и ТЭС). Более того, регулировочный диапазон сибирских ГЭС Ангаро-Енисейского каскада используется для регулирования нагрузки во всей ЕЭС России. 

Поэтому результаты проекта En+ Group планирует предоставить, прежде всего, федеральному регулятору режимов использования водохранилищ – Росводресурсам. «Более точный прогноз позволит оптимизировать гидрологическое использование водных ресурсов с учетом нужд местных сообществ и с целью минимизации воздействия на окружающую среду», - говорится в сообщении компании.

Тем более что действующая система управления уровнем Байкала, который одновременно является водохранилищем для Иркутской ГЭС и основным «питательным элементом» всего Ангарского каскада (хотя на уровни водохранилищ ниже расположенных станций влияют и другие факторы, в том числе боковая приточность в саму Ангару), давно зашла в тупик. Выпущенное в 2001 году постановление правительства №234, пока что формально приостановленное, зажало регулятора в прокрустовом ложе между отметками 456 и 457 метров ТО. При том что метровый диапазон, сам по себе искусственный, совершенно не свойственен Байкалу, колебания которого и в естественном прошлом, и в зарегулированном настоящем превышали и два метра. По оценке ученых, именно стремление регулятора не нарушить нормы постановления в годы экстремального маловодья 2014-2017 годах спровоцировало масштабный кризис в бассейнах Ангары и Байкала («Кислород.ЛАЙФ» подробно описывал эти проблемы ранее). При этом и начало маловодья, и его завершение никто предсказать не смог – ранее свойственная озеру периодическая смена приточности сломалась, вероятно, в следствие глобальных климатических сдвигов. 

Но нельзя забывать, что ресурсы Ангары и Байкала (энергетический потенциал Ангаро-Енисейского каскада ГЭС составляет от 70 до 120 млрд кВт*часов) используются не только для производства электроэнергии. Более того, интересы гидроэнергетиков Росводресурсы при принятии решений о расходах той или иной ГЭС учитывают в последнюю очередь - хотя в это никак не могут поверить всевозможные эко-активисты и защитники озера. При планировании объемов пропускаемой через плотины воды регулятор стремится, прежде всего, обеспечить стабильную работу водозаборов для снабжения населения и промышленных объектов в нижнем бьефе ГЭС, воспроизводство водных биоресурсов и сохранение природных экосистем, условия навигации для грузоперевозчиков, поддержать сельское хозяйство и системы мелиорация почв, а также защитить города и людей от паводков и наводнений. Выработка электроэнергии - последний из перечисленных приоритетов. 

Кстати, июльское наводнение в Иркутской области, пусть и случившееся на незарегулированных реках, еще раз подтвердило критическую важность прогнозов «поведения» водных объектов. В En+ Group убеждены, что построение математических многофакторных моделей позволит обеспечить координацию профильных служб на этапе превентивного реагирования на возможные природные аномалии. И откроет возможности для климатической адаптации ГЭС и других объектов инфраструктуры к шоковым колебаниям водной стихии. 

Кроме того, проект ENvision прекрасно вписывается в Комплексную программу защиты Байкала и заповедных территорий РФ от неблагоприятных экологических воздействий, которую En+ Group реализует с 2011 года с целью более ответственного использования ресурсов озера. Долгосрочная модель прогнозирования притока воды позволит эффективнее регулировать водопользование и снизить его воздействие на окружающую среду. Ведь колебания уровня очевидно влияют на экосистему Байкала, а также состояние прибрежных территорий – хотя полноценных научных исследований такого влияния никогда не проводилось.

Этот пробел в компании также намерены заполнить. «En+ Group – крупнейшая компания, работающая в регионе Байкала. Потому его охрана – ключевой элемент нашей стратегии, как операционной, так и в области устойчивого развития… Мы планируем в ближайшие несколько месяцев объявить о партнерстве с исследовательским институтом, который проведет первый в истории анализ влияния уровня воды на экосистему озера», - заявил Владимир Кирюхин, генеральный директор En+ Group. 

Параллельно в рамках той же комплексной программы En+ Group проводит исследования химического состава воды и изучает проблему микропластика в озере. «Основываясь на результатах проекта прогнозирования, мы намерены вступить в диалог с местными компаниями, органами власти и НКО для разработки плана действий по обеспечению устойчивого управления озером и минимизации влияния на его экосистему», - отмечается в пресс-релизе компании.