Сибирские ученые создают модели уникальной природной территории
Первого апреля в России неофициально отмечают День математика. Эта традиция зародилась в 1970-х годах в "Конторе братьев Дивановых" - клубе КВН Механико-математического факультета НГУ. В этот день первокурсников ММФ посвящают в студенты, занятия отменяют, проводят капустники.
В День математика представители этой науки собрались в новосибирском пресс-центре ТАСС-Сибирь. "Только умные люди могут называть себя дураками", - пошутил по поводу первоапрельского праздника директор Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН Михаил Марченко. Впрочем, разговор был более чем серьезный. ИВМиМГ занимается решением важнейшей задачи - участвует в создании цифрового двойника Байкала.
- Цифровой двойник - это комплекс математических моделей, суперкомпьютер и методы усвоения данных,- пояснил Михаил Марченко. - Чтобы защищать такой уникальный природный объект как Байкал, нам необходимо понимать, каково сейчас состояние озера, что его ждет в текущих условиях, и что может произойти при изменении, например, антропогенной нагрузки.
В масштабном проекте оцифровки Байкала участвуют ученые шестнадцати институтов Иркутска, Новосибирска, Томска, Омска, Москвы и Санкт-Петербурга. Головным является Институт динамики систем и теории управления имени В. М. Матросова СО РАН в Иркутске.
- В первом варианте цифровой двойник уже готов, - отмечает доктор физико-математических наук Михаил Марченко. - С известной точностью он воспроизводит процессы в байкальской природной территории. Но чтобы использовать его как инструмент для прогнозирования, надо еще много работать, провести сертификацию математических моделей.
Одна из угроз уникальной природе озера - опасные отходы, накопленные за годы работы Байкальского ЦБК.
- Шлам-хранилища с токсичным лигнином каскадом спускаются к берегу, ближайший находится всего в четырехстах 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, если он зацепит отстойники с лигнином - будет настоящая экологическая катастрофа, - подчеркивает замдиректора по научной работе ИВМиМГ СО РАН Игорь Ельцов.
По инициативе руководителя проекта - академика РАН 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 проекта - идея управляемого селя, - поясняет Игорь Ельцов. - Нужно аккуратно воздействовать, так, чтобы маленькими порциями снять эту угрозу. И, конечно, сначала все нужно проверить на цифровом двойнике.
Математические модели для защиты от селей разрабатывали уже во времена СССР, достаточно вспомнить работы основателя Академгородка Михаила Лаврентьева, под руководством которого с помощью направленного взрыва была создана противоселевая плотина в Медео, защитившая Алма-Ату. Но сегодня математики могут сделать все гораздо точнее.
- Сибирский суперкомпьютерный центр, работающий на базе нашего института, позволяет рассчитывать намного более сложные модели, чем раньше, я называю их "реалистичными", - говорит доктор технических наук Игорь Ельцов. - В экспедиции были собраны материалы, чтобы наполнить такую модель адекватным содержанием. Готовим сейчас комплексный проект по решению селевой проблемы, надеюсь он будет поддержан в минприроды и минобрнауки.
Комментарий
Игорь Бычков, директор Института динамики систем и теории управления имени В. М. Матросова СО РАН, академик РАН:
- Озеро Байкал регулярно изучается уже более 150 лет, идет накопление материала. Его обобщение и анализ сегодня невозможны без применения вычислительных методов искусственного интеллекта, обработки больших данных. Естественно, что точками сборки всей информации стали институты математического и информационно-вычислительного профиля. Но для столь сложного объекта, как Байкал, конечно нельзя создать полноценный цифровой двойник. Будут изучены отдельные аспекты, которые сегодня в комплексе влияют на экосистему озера и характеризуют ее. По некоторым аспектам создадут более подробные модели, по другим - более обобщенные.