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“云边终协同”精准调控流域水环境水生态
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发布日期：2021-02-24 09:07
来源：中国环境新闻
流域水环境水生态过程精准模拟与调控，是解决流域强人类活动引起原生和次生生态环境问题重要且必要的途径。为此，武汉大学研究团队打造出了一套流域多中心水环境水生态管理智慧化云平台。
一、创新开发数字流域水环境水生态调控云架构高性能分布式计算方法
形成了一套数字流域云端模型算法，实现了流域水环境水生态过程精准模拟，解决了精准调控海量数据管理、高精度模拟和高性能计算的“卡脖子”技术问题。
1.提出数字流域边缘端多源异构生态环境大数据集成方法。针对数字流域大尺度环境模型云端计算的动态多样、结构复杂、时序性长、时效性强等海量大数据特点，创新提出了边缘端多源异构生态环境大数据集成方法：有效减少了90%的数据量。采用聚合传输方式，将网络传输协议带来的额外开销从4%降到2.74%，显著减轻了网络和服务器上的负载。
2.研发数字流域“云边终协同”精细化模拟的陆面单元——河网网格嵌套技术。
3.建立数字流域云端“空—地—水”一体化模型高性能分布式并行计算技术。
二、发明流域水环境质量、水生态风险的“云边终协同”预测预警及生态调度技术
针对流域水环境质量管理、水生态风险防控需求，形成了4项关键技术，实现了流域尺度水环境水生态（水华）定期量预报和突发污染事件的预报预警及改善鱼类生境条件的精准生态调度。
1.构建基于云技术的流域“空—地—水”一体化水环境水生态质量预报体系。准确预报了2016年以来每年4月至6月三峡库区苎溪河和澎溪河水华暴发的时间、地点、程度及范围，提高了生态环境部门风险处置的主动性。
2.研发流域突发污染事件的“云边终协同”追踪溯源技术。
3.建立了数字流域云端生态调度优化决策技术。
三、创新开发集“数据—计算—控制—服务”多中心多功能于一体的流域水环境水生态管理智慧化云平台技术
成功实现了三峡库区水环境水生态实时稳定监测、污染精准防控、水质精确预报、风险及时预警和生态科学调度。
1.开发出流域多中心水环境水生态管理智慧化云平台集成技术。创新提出了流域多中心水环境水生态分布式集群管理系统及方法，突破了环境模型耦合集成技术以及信息化平台的自我学习和修正技术，开发了包含数据中心、模型中心、控制中心和客服中心的流域水环境水生态管理智慧化云平台，实现了全流域的环境智慧感知、数值模拟仿真、资源统一调配及功能服务发布。
2.创新构建三峡库区“数据—计算—控制—服务”水环境水生态精准调控智慧化云平台。面向流域水环境水生态多目标管理需求，应用流域多中心水环境水生态管理智慧化云平台集成技术，创新构建了涵盖库区26条支流、660千米长江干流河道、逾6万平方千米国土空间、2680个乡镇级别行政单元、27244个气象网格单元、1739个陆面单元、1800万个河道网格、585个计算进程的三峡库区“数据—计算—控制—服务”水环境水生态精准调控智慧化云平台，实现了边缘端多层次智慧化服务。以实时监测为目标，建立了边缘端监测数据库，已主动识别到多起偷排事件，成功地将被动应对转为主动的风险识别和监管；以污染防控为目标，实现了智慧流域边缘端污染物追踪溯源及通量监控预警功能；以水质预报为目标，创新了模型自我纠正和参数优化技术，实现了三峡库区水体20米精度未来3天、7天和15天的水环境变化趋势预测，两小时内预报未来3天精度超过90%；以风险预警为目标，实现了智慧流域边缘端突发及累积风险快速模拟预警，5分钟内实现未来两天的突发污染事件模拟计算，1小时内模拟预测未来两天的藻类生长变化过程；以支撑生态调度为目标，实现了对边缘端生态调度优化决策的业务支撑；基于智慧化云平台工具，能按需进行各功能模块组装和集成，形成了成套技术。
研究成果已成功应用于三峡库区等流域，产生经济效益、社会效益和生态效益约537亿元，显著提升了我国流域水环境智慧化管理水平和水环境水生态风险防控能力。
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