Зачем сибирские ученые оцифровали знаменитое озеро

Сохранить уникальную природу Байкала поможет его цифровой двойник, который описывает "жизнь" озера на языке математики. И это отнюдь не "дважды два": только представьте, какое огромное количество процессов одновременно протекают и влияют друг на друга в этом уникальном сложнейшем природном регионе. И как сложно описать формулами каждый, да еще и объединить в систему. И чем сложнее она будет, тем точнее можно просчитать влияние тех или иных факторов на Байкал и защитить озеро от возможного вреда. О том, как создается эта цифровая копия, рассказывают сибирские ученые.

Михаил Марченко, директор Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН:

- Сразу подчеркну, что это очень масштабный проект, в котором надо собрать все, что связано с Байкалом, найти и учесть взаимосвязи между самыми разными процессами. Поэтому в разработке двойника участвуют специалисты 16 институтов Иркутска, Новосибирска, Томска, Омска и Москвы. Каждый создает математическую модель своего процесса, а затем все они интегрируются на платформе "Цифровой двойник Байкала" в Институте динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова в Иркутске (ИДСТУ СО РАН).

На двойнике можно "проигрывать" разные сценарии развития Байкальского региона, чтобы аргументированно выбирать самые оптимальные

Главная задача двойника? С его помощью можно на суперкомпьютере "проигрывать" разные сценарии, например, что будет происходить с озером, если уровень загрязнений останется на нынешнем уровне, а если удастся ограничить выбросы промпредприятий? Такие знания позволят аргументированно обсуждать природоохранные меры, разрабатывать законодательство. Сейчас в очередной раз обсуждаются поправки к Закону "Об охране озера Байкал". С помощью двойника можно оценить, какие ограничительные меры целесообразны, а какие чрезмерны. Ведь нельзя полностью запретить хозяйственную деятельность людей на этой территории.

Мы работаем со всей Байкальской природной территорией - это и вода, и сейсмика, и воздух, и природная территория. А еще влияют и глобальное изменение климата, и перенос загрязнений с других территорий. Нужно оценить, что происходит с рекой Селенгой, питающей Байкал. Причем модели надо постоянно усложнять, делать более реалистичными.

Сейчас завершена первая стадия проекта, разнородные модели и способы усвоения данных объединены в единую платформу. Далее нужно увеличивать число моделей, учитывая большее количество процессов.

Алексей Пененко, заместитель директора по научной работе ИВМ иМГ СО РАН:

- В проекте "Цифровой двойник" мы занимаемся четырьмя ключевыми направлениями. Это модели источников выбросов, модели долгосрочных загрязнений городов, модели атмосферы Байкальского региона, модели метеорологических процессов и климата, которые могут использоваться при планировании работы энергетики региона, оценке сроков отопительного сезона. Эти исследования также связаны с воздействием погодных условий и климата на здоровье людей, важны и для сельского хозяйства - например, при оценке, как заморозки или другие неблагоприятные факторы повлияют на урожай.

Для создания алгоритмов мы используем как результаты наземных измерений, так и спутниковые данные. Первый этап проекта как раз и был во многом посвящен объединению разнотипных данных, что оказалось весьма нетривиальной задачей.

Игорь Ельцов, заместитель директора по научной работе ИВМиМГ СО РАН:

- Одна из угроз природе озера - опасные отходы, накопленные за годы работы Байкальского ЦБК. Шлам-хранилища с токсичным лигнином каскадом спускаются к берегу, ближайший находится всего в 400 метрах от озера. По протекающим здесь рекам - Большой и Малой Осиновкам - раз в 20-25 лет с вершин хребта Хамар-Дабан спускаются селевые потоки из грязи и камней. Паводки и ливневые дожди могут спровоцировать сель, и если он зацепит отстойники с лигнином, будет настоящая экологическая катастрофа. По инициативе руководителя проекта "Цифровой двойник" академика Игоря Бычкова данную территорию обследовала экспедиция ученых разных специальностей. Они пришли к выводу, что отстойники не выдержат напор грязевого потока. И предложили решение проблемы. В основе - идея управляемого селя. Нужно очень аккуратно воздействовать, чтобы маленькими порциями снять эту угрозу. Но как конкретно? Какой вариант самый оптимальный? И вот здесь и должен помочь цифровой двойник, на котором "проигрываются" разные сценарии. Готовим сейчас комплексный проект по решению селевой проблемы, надеюсь, он будет поддержан в минприроды и минобрнауки.