由叶尔羌河、阿克苏河、和田河、开都—孔雀河四条源流汇聚而成的我国最长内陆河塔里木河，穿过塔克拉玛干沙漠，流经新疆阿克苏、库车、轮台、尉犁等地，蜿蜒2000多公里，最后注入台特玛湖，流域总面积达到102万平方公里。塔里木河是新疆天山以南广大地区生产生活、农业灌溉、生态保持用水的主要来源。历史上，受气候、地理条件影响，塔里木河的河道、水量很不稳定，如同其维吾尔语名字“无缰的野马”。高效治理这匹“野马”，对于新疆保持生态稳定性、推动经济社会高质量发展、保障和改善民生具有重大的现实意义和深远的历史意义。近年来，一批来自广东的科研人员，在塔里木河流域踏勘调研、追水找水，利用卫星遥感、人工智能、数字视网膜技术等研究成果，为塔里木河流域水资源调度、来水预测、生态用水管理等方面提供了技术支撑。粤疆科技合作，正推动塔里木河流域治理迈向智慧化、精细化。从新疆塔里木河流域管理局所在的新疆巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市，驱车3个小时，穿过天山南麓的无人戈壁，到达位于开都河上的察汗乌苏水电站。两年前，鹏城实验室云脑使能研究所所长张伟第一次来到这里时，水电站在开都河流量预测方面的探索给他留下了深刻的印象。鹏城实验室位于广东深圳，是中央批准成立的新型科研机构，作为国家战略科技力量的重要组成部分，开展战略性、前瞻性、基础性重大科学问题和关键核心技术研究，服务国家重大战略需求。察汗乌苏水电站承担着水力发电、蓄洪泄洪、生态补水等多重功能。当上游有水来时，如果放掉的水多了，用于发电的水自然就少了；如果留下的水多了，由于发电机组容量固定，也没法多发电，反而浪费了。“如果提前知道有多少水会来，我们就可以测算出需要把水位保持在多少米，能够有效平衡发电、防洪等多方面的需求。”水电站负责人说。为了更准确地掌握来水流量，察汗乌苏水电站近年来开展了大量预测方面的工作，在已有气象预报数据基础上，研究人员克服不少困难，基于多种计算模型以及大量的数据开展来水预测，10日内的预测准确度接近80%。“以当地的实际条件来看，这已经是非常了不起的水平了。”张伟说。然而，由于开都河上游地处天山深处，自然环境恶劣，气象站点稀疏，数据不足，加上来水受降雨和融雪多重因素影响，导致预测的准确度难以进一步提高。如何破解？鹏城实验室与水电站研究人员充分交流讨论，很快得出结论：要想提高准确度，必须从数据和算法两个方面着手优化。据张伟介绍，在数据方面，依托鹏城实验室以“中国算力网”为基础构建的全球遥感智能数据分析与应用系统，研究人员获得了开都河流域近10年冰雪覆盖以及融雪状况的卫星遥感数据。在人工智能算法方面，鹏城实验室与水电站研究人员共同对预测模型进行了调整，不仅加入了融雪和降雨的双重影响因子，还根据季节的不同调整了不同因子的影响权重。据测算，经过优化，开都河10日内来水预测的准确度能够提高到85%以上。下一步，研究人员计划收集开都河流域近30年的数据，预计准确度有望提升到90%左右。今年8月，塔里木河汛期来临，针对胡杨林的引洪补水工作如期开展，流域沿岸数百万亩胡杨林又一次“喝”上了生态水。沿着和田河上游支流喀拉喀什河顺流而下，在和田地区墨玉县喀瓦克乡的沙漠边缘，2019年修建的一条引水渠把喀拉喀什河的水引入附近的村庄、林地，在这条引水渠沿线，每三四公里就有一个生态闸，专门用于给周边胡杨林“解渴”。喀拉喀什河下游管理站站长艾尔肯·司马义告诉记者，最近一次补水在今年8月上旬刚刚完成。有了这样的引水渠以及延伸到胡杨林深处的支渠，现在生态补水基本上可以得到保证，这片胡杨林以及红柳、甘草、芦苇都越长越好了。塔里木河流域内分布着近1700万亩天然胡杨林，是南疆重要的生态屏障。从2000年起，新疆已连续25年向塔里木河下游生态输水，2016年起又实施了塔里木河流域胡杨林保护区引洪补水工作。来自新疆塔里木河流域管理局的数据显示，今年塔里木河流域来水量高于近10年平均来水量，为改善四条源流以及干流沿线的生态环境，今年计划引洪补水5.1亿立方米。补水完成后，胡杨林的生长状态成为管理部门亟待评估的问题。“看上去确实越长越好了，但具体怎么个好法？成林和幼林的生长状况如何？有没有把宝贵的水资源花在‘刀刃上’？要回答这些问题，必须依靠新技术。”新疆塔里木河流域和田管理局水调信息科负责人肉孜买买提·吐送尼牙孜说。对此，新疆塔里木河流域管理局、鹏城实验室协同中国科学院新疆生态与地理研究所，从2022年起开展了塔里木河流域胡杨林生态输水效益评估工作，通过卫星遥感技术区分了成林和幼林的不同状况，利用人工智能算法修正了由于卫星遥感采集数据在时间和空间上不连续导致的分辨率和误差问题，从多个方面量化了生态补水的效果。以2022年为例，生态补水让塔里木河流域胡杨林高覆盖面积占比由36.2%增加到了62.9%，净初级生产力增加了26.74%，极高等级叶面积指数面积占比由1.48%增加到4.27%。持续监测数据显示，2023年，塔里木河流域胡杨林引洪补水淹灌面积约272万亩，胡杨林补水区植被覆盖度增加4.3%。“掌握了这些情况，我们可以更合理地分配和使用塔里木河的水资源、避免浪费。”肉孜买买提·吐送尼牙孜说。在和田河流域重要的控制性拦河枢纽——喀拉喀什河渠首，每到汛期，巴拉提·尼亚孜就要开始三班倒的工作节奏。对于已经在水利一线工作32年的他来说，近年来信息化手段的应用让水利管理工作变得便利高效了。“过去，一个基层站的管理，通常是两三个人，骑着摩托车，凭眼睛看、凭经验估算，掌握、上报、处置上下游几十公里的水情。”巴拉提·尼亚孜说。近年来，塔里木河流域已经建立起一体化的“现地站—源干流局—塔管局”视频调度体系，952个视频采集点实现了25处主要分水枢纽和5座水库的运行情况实时采集。通过安装在渠首与河道上的36路摄像头，巴拉提·尼亚孜能够随时掌握水情，上报情况的时间间隔从过去的早晚各一次缩短到现在的6分钟一次。新疆塔里木河流域管理局信息中心主任程勇说，虽然视频采集系统对于水利管理发挥了重要作用，但海量视频内容面临着“存不下”“用不好”的问题。对此，鹏城实验室在叶尔羌河流域提孜那甫河汗克尔渠首引入数字视网膜技术，实现传统摄像头的技术架构革新，使摄像头像人类的视觉系统一样，能够自动识别、筛选不同的目标物，更加智能地开展水利管理。在收到汗克尔渠首采集的河道漂浮物的视频数据后，鹏城实验室高级工程师王天课把这些数据导入人工智能大模型，经过两到三周时间的训练，系统具备了自动识别各种形态漂浮物的能力，准确度达到80%左右，随着技术正式落地应用、数据量增加，准确度将进一步提高。自2022年新疆塔里木河流域管理局聘请鹏城实验室担任塔里木河流域智慧水利建设的总体技术顾问单位以来，双方陆续以“中国算力网”、算力大科学装置“鹏城云脑”、人工智能大模型“鹏城·脑海”、数字视网膜等前沿技术为基础，开展塔里木河流域智慧化治理合作，并协同新疆本地科研单位开展了一系列相关课题研究，为提高塔里木河流域水资源一体化调配水平提供了坚实支撑。
“下一步，新疆塔里木河流域管理局还将与鹏城实验室在洪水跑水漫溢等领域开展技术合作，在东西部协作的大背景下，继续利用前沿科技的力量助力塔河安澜、滋养南疆大地。”程勇说。
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