Петр Пушистов - Наводнения: от защиты к управлению

— в случае необходимости преодоления пользователем ограничений, связанных с двухмерностью модели W2, он, с помощью мультимодульной системы GEMSS (www.erm-smg.com), может без особых затруднений перейти к использованию трехмерной численной модели GLLVHT, программный код которой был написан J. E. Edinger и E.M Buchak в 1980 году на основе конечно-разностных аппроксимаций, численных методов решений и файловой структуры, ранее применённых ими при разработке численной модели W2 (Edinger and Buchak, 1980; 1985).

Тем не менее, в «бочке меда», с призывом «применяйте W2», имеется своя «ложка дегтя». А, точнее, их две. Первая из них — высокие требования к уровню знаний «идеального» пользователя в следующих научных дисциплинах: геофизическая гидродинамика, гидрология/лимнология, метеорология, гидрохимия/качество воды, гидробиология/водные экосистемы, вычислительная математика/программирование на фортране (если Вы хотите изменить исходный код), статистическая обработка данных, ведение и реконструкция баз данных (Colе and Wells, 2003; 2006; Miller, 2008). Моделирование переменных качества воды во многом, согласно (Colе and Wells, 2003; 2006), является искусством, требующим как обладания знаниями в указанных дисциплинах, так и опыта интегрирования этих знаний. Автор (Miller, 2008) отмечает, что наилучшие результаты применения W2 получает действующая совместно (синергетическая) команда, члены которой имеют знания и практический опыт работы в указанных выше областях. Здесь также уместна цитата из главы 1 руководства пользователя W2 (Colе and Wells, 2003) «… слово предупреждение начинающему пользователю — применение модели является сложной и отнимающей очень много времени задачей». Очевидно, что ответственное и результативное применение W2 требует целевой междисциплинарной подготовки пользователей данным программным продуктом. Попытка организации такой подготовки с привлечением студентов и аспирантов кафедр высшей математики и природопользования Югорского государственного университета (г. Ханты-Мансийск) осуществлялась в рамках, адаптированных для этих целей, учебных планов и программ следующих курсов: моделирование водных экосистем, основы управления водными ресурсами, компьютерные технологии в экологии и природопользовании. Для создания необходимой учебно-методической базы процесса обучения первым автором книги [40] переведены на русский язык: тексты руководства пользователей W2 (версии 3.2 и 3.6), материалы для начинающих пользователей, размещенные на странице CE-QUAL-W2 веб-сайта Wiki (http://www.cequalw2wiki.com) и технические отчеты Портлендского государственного университета по применению W2 для моделирования гидродинамики и качества воды рек Spokane, Green, Willamette и озера Whatcom (см. раздел «WQRG Projects» на сайте http://www.ce.pdx.edu/w2), вторым автором [40] разработан и внедрен специализированный учебно-методический комплекс W2 для начинающих пользователей и практических занятий в компьютерном классе.

Вторая «ложка дегтя» — высокие требования к пространственно-временному разрешению, составу и точности данных морфометрии, а также метеорологических, гидрологических, гидрохимических и гидробиологических наблюдений, которые необходимы для калибровки и верификации моделей W2. Эти требования вполне отражают известный принцип «хорошие модели требуют хороших данных» (Colе and Wells, 2003; Loucks et al., 2005; Пряжинская и др., 2002). Для того чтобы при практическом применении W2 снять остроту этой проблемы в Югорском государственном университете, по инициативе первого автора [40], в 2005 году была организованна учебная и научно-исследовательская лаборатория экосистемных наблюдений и проблем водопользования. При финансовой поддержке Правительства ХМАО-Югры и методической помощи проф. Земцова В. А. лабораторию удалось оснастить самыми современными, на то время, приборами и инструментально-вычислительными комплексами для проведения полевых исследований водных объектов и приземного слоя атмосферы (Пушистов и др., 2007; Пушистов и др., 2009б).

Организация упомянутых выше лабораторий в ЮНИИИТ и ЮГУ, рост их информационно-вычислительного, инструментально-измерительного и кадрового потенциалов, позволили при осуществлении конкретных проектов успешно применять метод прикладного системного анализа водных объектов/экосистем (Страшкраба и Гнаук, 1989; Loucks et al., 2005), включая интегрированную реализацию следующих его этапов: реальный объект — экспериментальное и теоретическое изучение объекта — феноменологическая/концептуальная модель — математическая модель — имитационная/численная модель — испытание модели (калибровка, верификация, анализ чувствительности и неопределенностей) — анализ модели — получение новых знаний об объекте (Пряжинская и др., 2002; Пушистов и др., 2009б). Именно применение метода прикладного системного анализа к двум водным объектам: река Северная Сосьва, самый крупный и экологически значимый приток Нижней Оби, и Телецкое озеро, крупнейший водоем бассейна Верхней Оби, позволило авторам [40] разработать высокотехнологичные информационно-вычислительные комплексы, прогностическим ядром, которых послужила численная модель гидродинамики и качества воды W2.

В первой части [40] кратко описаны предыстория, мотивация, опыт и результаты разработки ИВК в составе: препроцессор — система WMS (http://www.ce.pdx.edu/w2)), прогностический модуль — версия 3.2 модели W2 (http://www.dhisoftware.com) и моделирующая система MIKE 11 HD (http://www.loginetics.com) и соответствующая БД, предназначенного для моделирования переменных гидродинамики и качества воды участка среднего течения реки Северная Сосьва (Пушистов и др., 2006; 2009б; 2012). Во второй части [40] обоснована актуальность и описаны результаты разработки ИВК в составе: препроцессор — система WMS, прогностический модуль — версия 3.5 модели W2, постпроцессор — W2i-AGPM for W2 (www.aquaveo.com и соответствующая БД, предназначенного для моделирования циркуляций, термического и ледового режимов Телецкого озера и устьевого участка реки Чулышман при различных сценариях задания внешних воздействий (форсингов): метеорологического, гидрологического и гидрохимического.

При этом важно подчеркнуть, что планирование и разработка указанных ИВК концептуально осуществлялось на основе идеи их перспективного использования в проектах создания СППР ИУРБ, состоящих из полного набора следующих подсистем: измерительно-коммуникационная / мониторинговая, информационная, моделирующая, экспертно-аналитическая и интерфейсов пользователя (Loucks et al., 2005; Водные ресурсы…, 2010). Конкретно имеются в виду, проекты СППР интегрированного управления бассейном Северной Сосьвы при крупномасштабном горно-промышленном и транспортно-энергетическом освоении Приполярного Урала (мегапроект «Урал Промышленный — Урал Полярный») (Дикунец и др. 2009; Pushistov et al., 2009; Дикунец и др., 2010; Pushistov et al., 2010) и СППР интегрированного управления бассейном и экосистемой Телецкого озера (Danchev et al., 2010), соответственно.