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楔子
大理洱海監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)（以下簡稱“洱海系統(tǒng)”）的建設(shè)發(fā)軔于2017年，經(jīng)過長達(dá)三年多的持續(xù)努力，到2020年基本完成了底層核心模型體系及預(yù)警模塊的構(gòu)建和初步完善，并從2020年下半年開始向智慧洱海系統(tǒng)演化，正式進(jìn)入決策支撐板塊構(gòu)建和洱海保護(hù)治理實際決策支撐應(yīng)用的新階段。
到目前為止，洱海系統(tǒng)已經(jīng)為洱海流域保護(hù)治理進(jìn)行了大量的決策支撐工作，并逐步成為洱海多領(lǐng)域研究成果的融合平臺和洱海治理決策支撐的智能中樞。近兩年來，洱海系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生了廣泛的影響，大量來自全國各地的專家、學(xué)者和流域管理人員都到大理實地考察和參觀過這個系統(tǒng)。英特-智水團(tuán)隊作為洱海系統(tǒng)核心模型體系的構(gòu)建者，經(jīng)常會收到來自全國很多單位同行們的問題，大家都熱切地希望我們分享一些在構(gòu)造洱海模型體系和進(jìn)行核心決策支撐服務(wù)過程中的經(jīng)驗和感悟，以期在未來國內(nèi)其他流域的保護(hù)中，幫助大家沿著一條被證明是正確有效的道路前進(jìn)。
為此，最近鄒老師安排英特-智水的同學(xué)們把我們在洱海模型體系研發(fā)、構(gòu)建和應(yīng)用過程中的經(jīng)歷經(jīng)驗寫成一個一個的小故事進(jìn)行系列分享，希望為中國流域治理走上智能流域管理的道路貢獻(xiàn)我們的一點(diǎn)綿薄之力。洱海系統(tǒng)實際上是“智能流域管理”理論和技術(shù)體系的首次落地應(yīng)用，是一個世界先進(jìn)的流域管理理念的實體化。就如任何一個新生事物的誕生和成長過程一樣，洱海系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用過程也是充滿了大量艱苦卓絕和痛苦的探索，但同時，在這痛苦的探索中我們也一次又一次享受到柳暗花明時的狂喜，感受到一次又一次聽到當(dāng)?shù)氐念I(lǐng)導(dǎo)和專家說“ “時的滿足感。因此，我們的分享，將不只是單純地對一些技術(shù)內(nèi)容的枯燥的描述，而是在分享技術(shù)經(jīng)驗的同時，也分享我們這一路行來所經(jīng)歷的痛苦和快樂。
這是一次關(guān)于在智能流域管理之路上旅行的敘述，我們就姑且把這個系列的分享稱之為洱海行罷，英特-智水之洱海行。
在開始之前，我們要對所有在洱海系統(tǒng)構(gòu)建過程中向我們提供過無私幫助的眾多單位表示感謝：大理州洱海管理局（原大理州洱海流域保護(hù)局），感謝你們在項目執(zhí)行過程中所給予的全方位支持，無論是在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、需求分析、提供研究資源和精神鼓勵方面，你們都給予了巨大的幫助；云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，感謝你們在洱海流域基礎(chǔ)調(diào)研和數(shù)據(jù)收集方面提供的幫助和你們長期的友誼；四創(chuàng)科技，感謝你們在洱海系統(tǒng)建設(shè)過程中與我們的攜手同行；大理州氣象局、大理州水文局、大理州生態(tài)環(huán)境局、大理市洱海管理局、上海交通大學(xué)云南（大理）研究院、大理州洱海湖泊研究院、中國環(huán)境科學(xué)研究院、大理州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站、大理海東開發(fā)管理委員會、大理市住建局等，感謝你們提供的大量水文、氣象、水質(zhì)水生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為洱海模型體系的構(gòu)建提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；我們還要感謝這幾年在大理幫助和陪伴過我們的所有的人，無論是知名還是不知名的朋友們，是你們的熱情讓我們心里感到無比溫暖，是你們對洱海的熱愛讓我們覺得所有的辛苦都更加值得，是你們的支持，讓我們能夠更順利地推進(jìn)我們對洱海的研究；最后，我們也感謝那下關(guān)的風(fēng)，上關(guān)的花，蒼山的雪，還有洱海的月，是你們的存在，讓我們的洱海之行充滿美的色彩！
第一集白云出岫
文靜篇
大家好，我是英特-智水2015級的一員，姓馬名文靜。其實在很多人眼里我一點(diǎn)都不文靜，因為我特別愛笑，而且笑聲有點(diǎn)兒擾民哈哈。我大笑的豪爽度在團(tuán)隊里面僅次于我們的陳星博士，而和曉玲博士不相上下，這讓我有點(diǎn)兒小驕傲。
鄒老師說，創(chuàng)立團(tuán)隊時，心里想的原是雅典學(xué)園這樣的存在。他希望英特-智水是這樣的地方，可以讓一群熱愛學(xué)問的人在一起，像那些古代的先哲們一樣，快樂地進(jìn)行持續(xù)一生的學(xué)習(xí)和研究。所以，團(tuán)隊里面的人都以同學(xué)而不是同事相稱，而我們大家也都根據(jù)入門先后自然而然地成為了“師兄”、“師弟”、“師姐”和“師妹”。2015級，其實到現(xiàn)在也只不過是六年級，只因為后面還有大批“低年級”的同學(xué)，所以我就順理成章成了同學(xué)們口中的”馬師姐”，有時就連鄒老師也玩笑般地這么叫我。
2015年研究生畢業(yè)后，我加入英特-智水團(tuán)隊，然后在鄒老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了江西八里湖、江蘇吳淞江、安徽太平湖等相關(guān)的幾個流域模型的研究。其實研究生期間我是摸索過幾年流域模型的，碩士論文就是以HSPF模型為題。不過在跟著鄒老師開始學(xué)習(xí)模型后，我卻覺得自己以前就像沒有學(xué)過模型一般，一切仿佛回到了起點(diǎn)。所以在英特-智水進(jìn)行的那幾個流域模型的學(xué)習(xí)和探索，讓我感覺到自己便如經(jīng)過了易筋洗髓，慢慢開始對模型有了比較深的體會。
人若沉浸在一種狂熱的學(xué)習(xí)狀態(tài)中，時間過得尤其的快。一轉(zhuǎn)眼就是2017年夏天，鄒老師因為洱海系統(tǒng)的事情正式回國了。他后來給我們分享過他在回國的飛機(jī)上做的一首詩“萬里浮云歸國門，心憂萬頃困濁渾。愿有才力解江海，敢將翰墨寫昆侖?！彼f這個萬頃，直接意思是洱海，深一層的涵義則是我們中國的江河湖海。不過，一切美好的道路，都需要一個開始，我們就從洱海開始，把我們的智能流域管理之路從藍(lán)圖變成真正的存在吧。就這樣，我們一群同學(xué)跟著鄒老師，帶著希望和理想來到了洱海，開始了這一次綿延至今的洱海之行。
洱海，是大理的母親湖，也是中國的西南明珠，歷來就以清波如鏡、鐘靈毓秀而全國聞名。但是近20多年來，隨著流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的影響，這顆明珠的光彩開始出現(xiàn)了黯淡之色。保護(hù)洱海，已是刻不容緩。在大理，無論走到哪里，都能夠看到“洱海清，大理興”的標(biāo)語。記得鄒老師有次提到這個“大理興，洱海清”，恰似兩個相輔相成的視角。不能脫離環(huán)境談發(fā)展，也不能脫離發(fā)展談環(huán)境，二者就仿佛道的陰陽。
我們在洱海所進(jìn)行的工作名叫大理洱海監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)項目，我們負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的核心模型體系和預(yù)警引擎的建設(shè)，包括洱海流域水文與污染負(fù)荷模型、洱海湖體三維水動力水質(zhì)模型、洱海湖體三維水生態(tài)模型和洱海三維數(shù)值源解析模型等。洱海流域極其復(fù)雜，流域內(nèi)的水系之間的各種截流分水縱橫交錯，為了能夠有效地支持洱海保護(hù)決策，對模型的可靠性的要求就特別高。從2017年開始，一直到現(xiàn)在，在鄒老師的指導(dǎo)和直接參與下，我們從資料收集到數(shù)據(jù)分析，從模型的搭建到調(diào)試校準(zhǔn)，從機(jī)理分析到新模塊研發(fā)，每一個步驟，每一個節(jié)點(diǎn)，都有過太多難忘的經(jīng)歷和奮斗時刻。 不過這些都不是我今天要和大家分享的內(nèi)容，或許以后有機(jī)會，我和其他小伙伴會把其中的一些經(jīng)歷和經(jīng)驗分享出來。今天我要講的，是2019年年底和鄒老師去洱海流域保護(hù)指揮部的一次經(jīng)歷。
洱海項目自2017年做到2019年年底，已經(jīng)過去兩年多了。在這段時間里，鄒老師一直是親自在第一線做洱海湖體的水質(zhì)水生態(tài)模型，從未間斷。直到如今，洱海系統(tǒng)已經(jīng)從監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)演化到了智慧洱海系統(tǒng)，里面內(nèi)核的底層水質(zhì)模型還是鄒老師在親自負(fù)責(zé)開發(fā)完善。但是，有一件事是我們一直不是特別明白的，就是那兩年鄒老師除了應(yīng)邀在大理做過兩次講座，以及去各種現(xiàn)場考察和進(jìn)行需求調(diào)研之外，一直沒有和洱海管理部門的領(lǐng)導(dǎo)們進(jìn)行正式的“官方”接觸。以至于有一次洱海管理局的領(lǐng)導(dǎo)問我們，說他們總是在不同場合聽到鄒老師的大名，也知道鄒老師在帶領(lǐng)我們進(jìn)行洱海模型體系的研究，但是卻從來沒有見過他，還問什么時候希望見面探討洱海保護(hù)問題。
其實，我們也曾有同樣的疑問。要知道一開始我們幾個在洱海前線，壓力是非常大的。這種壓力不只是來源于模型復(fù)雜性和其他工作自身的壓力，更來源于我們在不同場合遇到的各種對模型的質(zhì)疑。所以很多時候，我們都特別希望鄒老師能夠親自出馬，給我們“撐腰”。但當(dāng)我們把遇到質(zhì)疑的事情向鄒老師匯報后，他卻說受到質(zhì)疑是正常的，沒有質(zhì)疑反而是不正常的。我們回應(yīng)質(zhì)疑最好的方式，不是用身份、名氣甚至學(xué)識去壓服別人，而是要靠我們一點(diǎn)一滴積累起來的真實的成果。要知道，人，要么只相信他原來相信的，要么只相信他愿意相信的，要么就相信他所看到的。這是人性，無可厚非。而我們要做的，就是踏踏實實地工作，把模型做好，真心實意地為洱海保護(hù)盡一份心力，一步一個腳印，天長日久，人們就會看到科學(xué)的力量，模型的力量，看到洱海保護(hù)需要智能化模型體系的支撐。只有到了那個時候，人們才會真的相信。因為看到，所以相信；因為看到，才會相信。鄒老師說的道理，看上去是非常簡單。有時候我想，也許就是因為這些道理太簡單太真實，反而我們常常不明白。
時間就這樣來到2019年11月，鄒老師到大理參加智慧湖泊治理方面的研討會，做了關(guān)于洱海模型和決策支持方面的報告。而后有一天，鄒老師說，小馬，今天下午我們一起去洱海指揮中心吧。那幾天剛好其他幾個同學(xué)回了南京和昆明，張博士也回了美國，所以就只有我跟著鄒老師去了。
會面的場所還是平常我們經(jīng)常去的指揮中心會議室，不一樣的只是那天我的心情很放松，有一種大樹下面好乘涼的感覺哈哈。在鄒老師和我的對面，坐著大理州政府的周副秘書長、洱管局的李副局長以及另外幾位領(lǐng)導(dǎo)和專家。
一開始幾位領(lǐng)導(dǎo)都半認(rèn)真半玩笑地說，鄒老師終于來和我們見面了，然后鄒老師說，很抱歉一直沒有來，不是因為我不愿意來和大家會面，而是因為沒有到該會面的時候。我們做事不是單純以項目為目的，我們來做的嚴(yán)格意義上不是一個項目，而是要來研究整個洱海，研究洱海流域，以便我們能夠真正地為洱海保護(hù)出一份力。所以我不想太早來，給大家不切實際的希望。過去的兩年多我們一直全力以赴地開發(fā)和完善洱海模型體系，但是模型的成長需要時間。如果在模型不足以回答問題的時候貿(mào)然地用模型來分析問題，那么就失去了科學(xué)決策支撐的意義。而如果不依靠模型來回答問題，那我對洱海的分析也未必比前人強(qiáng)勝多少。然后鄒老師接著說，現(xiàn)在我來了，是因為我們的模型已經(jīng)開始有了回答一些具體決策問題的能力。洱海流域太復(fù)雜，洱海湖體太復(fù)雜，不存在一勞永逸的措施，也不存在包打天下的方案。所以，當(dāng)我們的模型有一定基礎(chǔ)后，我們就要一個一個問題地來研究，一個問題一個問題地來回答。今天我就是希望和大家溝通，了解有沒有迫切需要科技支撐的決策需求。有些需求，或許我們現(xiàn)在還是無法回答，那么我們就繼續(xù)針對性地研究。但是有些需求，我們可能現(xiàn)在就可以開始提供幫助了。
聽了鄒老師的講述，周副秘書長非常感興趣，他說, 我對于鄒老師您這種做事理念和做事方式非常認(rèn)同，聽了鄒老師的講述，對于洱海的治理，我有了更加堅定的信心，鄒老師這次來的正是時候，最近州政府希望通過局部補(bǔ)水工程來改善洱海局部可能出現(xiàn)較高葉綠素a濃度的情況，減小藻類聚集的風(fēng)險，但是不知道這樣的方式是否能夠產(chǎn)生預(yù)期效益，這是我們最困惑的一個事情，不知道你們能否幫助研究一下這個問題？鄒老師笑道，這正好就是模型的價值所在，我們的模型也正好有把握回答這個問題，不過時間上要在數(shù)據(jù)齊全后最少兩到三周的時間，希望能夠盡早提供分析所需要的數(shù)據(jù)和工程資料。會談后來又持續(xù)了很久，氣氛一直都很熱烈。那天的會上，我只覺得心頭舒暢，真的有想要開心地笑出來的感覺。我能夠清晰地感受到，在會議室里面，有一種叫做激情和希望的東西在彌漫，久久不散。
國順篇
我叫張國順，也就是前面我們那位并不文靜的文靜同學(xué)口中的張博士。自2017年洱海監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)項目開始，我就開始了在大理的“度假”生活。我的主要責(zé)任是前端對接和溝通，算是項目的老人了，在大理也交到了不少朋友。在常駐大理的這段時間，每天都為大家自發(fā)保護(hù)洱海的責(zé)任感和使命感所感染，我也越來越體會到了我們肩頭上的擔(dān)子有多重。
過去這幾年，一路走來，我親眼見證了洱海模型如何從大家口中一個陌生的詞語逐漸成長為現(xiàn)在流域日常決策分析的重要工具。如同羅馬，模型也不是一天就建成的?；蛟S未來有一天，大家會驚嘆于洱海模型之美，依賴于洱海模型之力，但是只有我們這些從一開始就來進(jìn)行洱海模型體系研究開發(fā)的同學(xué)，也許才能真切地知道這模型成長過程中曾經(jīng)有過多少酸甜苦辣。
最初接到雙廊補(bǔ)水分析任務(wù)，是2020年3月初的一個中午。大理的初春，陽光燦爛，我和其他單位幾位同事正要去看洱海監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)風(fēng)向風(fēng)速站的現(xiàn)場，電話鈴?fù)蝗豁懥似饋?。電話是云南省水堪院一位同事打來的，大意是需要對雙廊補(bǔ)水不同方案的葉綠素改善效果進(jìn)行評估，而且電話里對方說這個事情很著急，第二天就要開會討論，所以希望我們當(dāng)天晚上就能有一個初步的分析結(jié)果。接了電話之后，我的心情還是比較復(fù)雜的，因為這是洱海流域內(nèi)除了云南省環(huán)科院和中國環(huán)科院之外，第一次有其他團(tuán)隊主動請我們用模型來支撐他們的工作，說明已經(jīng)有更多人開始對模型有了了解和信心。聯(lián)想起以前在一些會上被質(zhì)疑的委屈，心里還是有些遇到知音的興奮感；但同時因為時間上要求很急，在心里也產(chǎn)生了很大的壓力。
和對方電話之后，我馬上就把這個需求向鄒老師匯報了，他聽完匯報后說這應(yīng)該就是上次周副秘書長說的那個事情了，當(dāng)時就請他們準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，估計現(xiàn)在是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了吧。 這個分析非常復(fù)雜，不單是模型本身很復(fù)雜，更復(fù)雜的是如何針對需要回答的問題進(jìn)行合理的科學(xué)假設(shè)和情景設(shè)置，這都需要大量的工作。當(dāng)時和管理部門會面時就已經(jīng)告訴過他們，這個分析最少需要兩到三周的時間, 要想明天就拿到結(jié)果是絕對不可能的。當(dāng)時我也問鄒老師有沒有可能更快，他說這個兩到三周已經(jīng)是極限了，不可能更短。我聽說后趕緊把消息反饋給了水堪院的同事，他們一聽就有些焦急了，因為事先沒有想到需要這么長時間才能完成這個分析。后來他們就提出來說能不能做一個簡化的分析，先能有個初步的數(shù)字用于討論就可以了，不要求那么科學(xué)和精細(xì)，然后請我再去問鄒老師。
我把他們這個提議轉(zhuǎn)達(dá)給鄒老師，也跟他說水堪院的同事們的確太著急了，問有沒有可能做個簡化的分析先應(yīng)個急？記得鄒老師當(dāng)時說，這個沒法簡化，如果沒有足夠的科學(xué)性和精細(xì)度，那么這些分析就失去了意義。局部補(bǔ)水的分析本身就屬于小尺度高復(fù)雜度的問題，尤其關(guān)注對象是藻類，這中間存在極其復(fù)雜的動力學(xué)過程和時空分異性，如果只做概化的分析，那就可能得出誤導(dǎo)性的結(jié)論。這個研究關(guān)系到的決策，會涉及到實實在在的工程建設(shè)投入，國家的投入動輒千萬甚至上億元，所以下相關(guān)結(jié)論更得萬分謹(jǐn)慎，寧可多花一些時間，把這個分析清楚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過倉促拿出來一個可能是錯誤的成果，這樣才是負(fù)責(zé)任的態(tài)度。如果這么著急要結(jié)果，那我們只好袖手了，不是我們不愿意幫忙，而是實在無法滿足這個時間要求。
我把鄒老師的意見轉(zhuǎn)達(dá)了對方，他們又進(jìn)一步轉(zhuǎn)達(dá)給了州里面有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，然后告訴我說，領(lǐng)導(dǎo)聽了他們轉(zhuǎn)達(dá)的意見后說還是要尊重科學(xué)規(guī)律，就按照我們說的辦，給足夠的時間去好好研究。我把這個反饋轉(zhuǎn)達(dá)給鄒老師時，鄒老師說，國順，這件事情值得你好好體會。我們做事情有我們的原則，那就是真誠地對待我們的模型，真誠地秉承科學(xué)的原則，不要被外部的各種意見左右。對于一個具體的問題，領(lǐng)導(dǎo)或者業(yè)主肯定是希望我們能夠盡快地把結(jié)果給他們，最好是立等可取，這是人之常情。但是他們可能不了解具體分析的復(fù)雜性和工作量，而我們是專業(yè)人員，我們知道要得到一個可靠的決策分析結(jié)果，需要多少工作量，需要多少時間。所以我們的責(zé)任是把我們的專業(yè)判斷誠實地告訴領(lǐng)導(dǎo)或業(yè)主，而不是對他們的要求盲目去迎合。外面的確有人以為只要是領(lǐng)導(dǎo)要求的，就必須去做，而不顧科學(xué)規(guī)律，這已經(jīng)給國家造成了很多不必要的損失，所以我們可千萬不能像這樣啊。聽了他的話，我心里其實還是很慚愧的，因為雖然在團(tuán)隊里面這么些年，聽鄒老師和大家講這些理念也有好多次了，但是每次真的遇到事情的時候，有時還是不免就有些立足不穩(wěn)，容易受到外部壓力的影響。譬如這次，當(dāng)知道水堪院的同事那么焦急，第二天就需要模型結(jié)果上會討論時，我就有了那么一刻的動搖。學(xué)習(xí)，真的是一生的事情啊。
在確定進(jìn)行雙廊補(bǔ)水分析的事情之后，我們在團(tuán)隊里面進(jìn)行了一次討論，最后決定由鄒老師指導(dǎo)以小樊為主的幾位同學(xué)來進(jìn)行這個研究。欲知具體的分析過程和研究結(jié)果，就請我們的小樊同學(xué)慢慢道來。
小樊篇
大家好，我是小樊，研究生畢業(yè)后，轉(zhuǎn)眼間在英特-智水快有5年了，但是在模型路上仍然是小學(xué)生。按理說從研究生算起，接觸了6年多的模型了，按理怎么也應(yīng)該算是模型高手了吧，但是在模型這條路上越走，就會發(fā)現(xiàn)自己要學(xué)的東西越多，慢慢的就理解了像鄒老師說的，自己要成為一個終身學(xué)習(xí)者，按照這個時間尺度來說，我說自己還是個小學(xué)生就不奇怪了。很多時候我們以為自己是個高手，是個專家了，很可能只不過是因為我們的無知造成的錯覺。
說起洱海，不得不提起自己剛?cè)ゴ罄頃r的見聞，就是大街小巷的到處都是洱海保護(hù)宣傳標(biāo)語。剛?cè)サ臅r候沒有在意，只是看到馬路邊有一些宣傳，但是后來就發(fā)現(xiàn)小區(qū)里的告示板上，還有墻上都有宣傳要好好保護(hù)洱海的語句，最后發(fā)現(xiàn)商家的跑馬燈都是前面一句是宣傳保護(hù)洱海的，后面一句才是自己的廣告，當(dāng)時就覺得大理這里保護(hù)洱海的意識的確是非常高。
2020年3月初的時候，我當(dāng)時正在從老家回南京的路上，接到了張總的電話，說我們要做一個洱海補(bǔ)水方案的評估，鄒老師安排由我來負(fù)責(zé)主要的情景模擬，其他同學(xué)配合進(jìn)行分析，遇到技術(shù)問題就請鄒老師指導(dǎo)，然后就跟我大概描述了任務(wù)的基本背景，先給我了一些資料，讓我進(jìn)行準(zhǔn)備。
我聽后，既興奮又緊張，興奮是因為我們的模型要開始直接支撐洱海的日常管理工作了，前面也說過，過去幾年我們一直在打造洱海模型體系這把利劍，現(xiàn)在終于要出鞘了。緊張是因為這個分析直接關(guān)系到政府的工程投資決策，而要做的分析又非常復(fù)雜，難度很高，一點(diǎn)都不可以掉以輕心。所以拿到資料之后，我立馬就開始著手進(jìn)行準(zhǔn)備工作，隨即鄒老師就和我們開了一個會，對技術(shù)思路和團(tuán)隊協(xié)作模式進(jìn)行了安排，并讓我們在遇到任何疑難時就去找他。然后，戰(zhàn)斗就正式打響了。
在繼續(xù)我的講述之前，先介紹下這次任務(wù)的基本情況。近年來洱海水質(zhì)整體有所改善，但是局部湖灣，如雙廊湖灣片區(qū)還是存在一定的葉綠素a濃度局部升高的風(fēng)險，管理部門為了防患于未然，就考慮建設(shè)三庫連通工程的雙廊支管，旨在通過應(yīng)急補(bǔ)水增強(qiáng)雙廊湖灣片區(qū)的水動力條件，減少葉綠素a出現(xiàn)高濃度的風(fēng)險。
雙廊補(bǔ)水方案的擬建管線補(bǔ)水口布置如下圖所示，共設(shè)6個分水口，管道設(shè)計流量為1m3/s。在上述管道的設(shè)計下，擬計劃的補(bǔ)水策略如下表所示，共12種補(bǔ)水策略，分為1個口門、2個口門、3個口門同時補(bǔ)水的組合，那么這些不同補(bǔ)水策略，總的補(bǔ)水量是相同的，為了讓這些水發(fā)揮最大的效益，最好的策略是什么？這些補(bǔ)水是否能夠有效降低葉綠素a局部升高的風(fēng)險？
雙廊段補(bǔ)水口布置圖
雙廊補(bǔ)水管線供水組合方案
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編號 |
供水組合方案 |
供水口門 |
單個口門 供水流量（m3/s） |
備注 |
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1 |
單開1個口門 |
1#、2#、3#、4#分水口 |
1 |
依次輪換 |
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2 |
1#、2#、5#、6#分水口 |
1 |
依次輪換 |
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3 |
1#、2#分水口 |
1 |
依次輪換 |
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4 |
5#、6#分水口 |
1 |
依次輪換 |
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5 |
同時開2個口門 |
1#、2#分水口 |
0.5 |
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6 |
2#、3#分水口 |
0.5 |
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7 |
2#、4#分水口 |
0.5 |
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8 |
5#、6#分水口 |
0.5 |
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9 |
同時開3個口門 |
1#、2#、3#分水口 |
0.33 |
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10 |
1#、2#、4#分水口 |
0.33 |
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11 |
1#、2#、5#分水口 |
0.33 |
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12 |
2#、5#、6#分水口 |
0.33 |
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這個問題屬于水環(huán)境模型的一類典型應(yīng)用場景，即對工程效果進(jìn)行定量評估，從表面上看思路也比較明確，即基于校準(zhǔn)好的模型，對工程及設(shè)計方案進(jìn)行概化、抽象、數(shù)字化表達(dá)和模擬計算，然后對模型模擬的結(jié)果進(jìn)行分析即可。
然而，真的就這么單純地按照慣常的套路來進(jìn)行分析就可以嗎？答案是否定的。運(yùn)用模型解決問題時，最難的就是如何用模型合理表達(dá)客觀現(xiàn)實。一方面模型是現(xiàn)實物理世界的概化，不可能完全事無巨細(xì)的刻畫客觀現(xiàn)實，只能適當(dāng)簡化和抽象地表達(dá)；然而過于簡化和抽象則會導(dǎo)致模型失真，結(jié)果不可靠，難以支撐決策實踐。要平衡兩者是非常困難的，而這也恰恰是模型藝術(shù)性的精髓所在。
因此，在真正開始之前，首先必須理解所要分析的問題的本質(zhì)。所謂本質(zhì)，就是和表象相對的概念。很多表面上聽來是同樣的問題，其本質(zhì)卻很可能是大相徑庭。例如，在我剛聽到張總說要做補(bǔ)水方案分析的時候，我以為的是我們團(tuán)隊以前做過的滇池牛欄江補(bǔ)水、程海金沙江補(bǔ)水或者星云湖大龍?zhí)堆a(bǔ)水類型的模擬分析，但是等我們和鄒老師開會討論后，才理解了這個雙廊補(bǔ)水其實并不是真正意義上的補(bǔ)水，而是一種局部葉綠素削峰類型的工程。不同本質(zhì)的工程，即使它們名字聽起來很相似甚至一樣，但是其目標(biāo)函數(shù)卻可能是大不一樣的，相應(yīng)的分析方法也就會有所不同。因此，如果不清晰地理解問題的本質(zhì)，而是照搬從文獻(xiàn)和教科書里面學(xué)來的套路，就會在技術(shù)路線、情景設(shè)計和結(jié)果分析等方面陷入盲目性，導(dǎo)致模型結(jié)果毫無意義甚至誤導(dǎo)決策者，這樣不但無法實現(xiàn)決策支撐的目標(biāo)，而且還可能有副作用。
對于雙廊補(bǔ)水問題，當(dāng)我們理解了這個問題的本質(zhì)后，就可以基于不同的評估深度提出不同的數(shù)據(jù)需求。對同一個問題，我們可以在不同深度上來分析和回答。越深度的分析，能夠為決策提供越精細(xì)和可靠的技術(shù)支撐，同時也需要更多的數(shù)據(jù)、更高的機(jī)理復(fù)雜度和更大的工作量，因此，我們需要根據(jù)可行的時間和數(shù)據(jù)條件，確定合適的深度。然而，并不是一切深度都可能是合理的。鄒老師告訴我們，應(yīng)用模型進(jìn)行決策支持分析時，對于深度有一個底線，如果模型或數(shù)據(jù)無法滿足這個底線，那么整個分析就會失去意義。這就是為什么當(dāng)我們合作單位提出請我們用一天時間做一個簡化的分析，不要求那么高科學(xué)性和準(zhǔn)確性時，鄒老師會反對這樣做的原因。對于沒有意義的分析，也就沒有進(jìn)行這種分析的意義。
關(guān)于模型的“底線問題“，鄒老師給我們舉過一些例子來講解，在此我和大家分享其中的一個。譬如，如果決策者想要知道的是，局部補(bǔ)水能在多大程度上減少葉綠素峰值或總體葉綠素濃度。那么，要回答這樣的決策問題，對應(yīng)的模型底線就是我們必須有一個校準(zhǔn)好的具備模擬特定水體三維水動力、水質(zhì)、藻類和營養(yǎng)鹽交互作用動力學(xué)、藻類和光照條件交互作用動力學(xué)等能力的模型。雖然按照有些文獻(xiàn)和報告，在評估補(bǔ)水效益的時候，往往是用換水周期變短或者水齡變短或者流場變化等來說明補(bǔ)水效益，但這其實是不夠科學(xué)的，除非補(bǔ)水的目標(biāo)就只是將換水周期變短，而不是要改善水質(zhì)。這種單純依靠水動力模擬來評估水質(zhì)效益的方法，就屬于達(dá)不到底線的情形。如果用這種方法來分析補(bǔ)水對葉綠素影響這個問題，其結(jié)果就毫無意義，因為在實際湖泊中，換水周期變短并不意味著水質(zhì)水生態(tài)會改善。在有些情況下，換水周期和水質(zhì)水生態(tài)狀況在一定范圍內(nèi)反而有可能是負(fù)相關(guān)的。那么，如果再復(fù)雜一點(diǎn)，假如有一個三維水動力水質(zhì)模型，模型能夠準(zhǔn)確模擬總氮、總磷的遷移轉(zhuǎn)化，但是不包括藻類與營養(yǎng)鹽作用動力學(xué)，這個模型是否能夠滿足需求呢？答案同樣是否定的，用這樣的模型來評估類似雙廊補(bǔ)水這樣的問題，也是達(dá)不到底線的，因此也無法產(chǎn)生有意義的分析結(jié)果。
現(xiàn)在我還是回到雙廊補(bǔ)水分析的問題上來。對于洱海，因為我們已經(jīng)開發(fā)校準(zhǔn)了一個比較完善的洱海三維水動力-水質(zhì)-水生態(tài)模型，能夠模擬洱海水動力過程、碳氮磷遷移和多形態(tài)轉(zhuǎn)化動力學(xué)過程、藻類和營養(yǎng)鹽交互動力學(xué)過程、底泥內(nèi)源-湖體水質(zhì)-流域外源交互動力學(xué)過程和營養(yǎng)鹽-水生植被-藻類-底泥內(nèi)源交互動力學(xué)過程，因此，模型完全滿足了上述的底線要求，使得進(jìn)行下一步的分析成為可行。
在確定了技術(shù)可行性之后，我們就需要清晰界定分析目標(biāo)。一般在實際決策支撐場景中，決策者給出的分析目標(biāo)往往都是模糊的，但是如果要進(jìn)行有效的定量情景分析，就需要對分析目標(biāo)進(jìn)行清晰界定。例如，怎么定義葉綠素濃度改善？怎么定義局部？效益的時間維度如何？空間維度如何？
界定好分析目標(biāo)之后，就需要界定工程方案的可行域，例如，補(bǔ)水位置有哪些？補(bǔ)水深度有哪些？補(bǔ)水流量的范圍有多大？補(bǔ)水的空間配置有哪些？補(bǔ)水的來水水質(zhì)如何？等等。
確定了問題、目標(biāo)和工程可行域之后，本以為就可以進(jìn)入情景設(shè)置和模擬階段了，但是當(dāng)開始著手進(jìn)行情景設(shè)置時，才發(fā)現(xiàn)我們面臨另外一個層面的挑戰(zhàn)，那就是如何確定合理的補(bǔ)水時間域。按照一般的思路，就是把補(bǔ)水流量配置到洱海模型中形成不同的補(bǔ)水情景即可，但是這類分析一般適用于較長時間尺度（年尺度）的分析，而雙廊補(bǔ)水屬于應(yīng)急性措施，一般不可能進(jìn)行長時間運(yùn)行的，否則水資源費(fèi)用太高。因此，對于這項措施，簡單地采用長時間補(bǔ)水情景來繼續(xù)模擬分析就缺乏足夠的合理性，但是短時段補(bǔ)水因水質(zhì)的短期變化受到很多因素影響，不同時段的水動力、水質(zhì)和葉綠素狀況都不一樣，則對補(bǔ)水的影響肯定不同，那么究竟該如何設(shè)定補(bǔ)水時間域呢？
我們帶著這個問題請教了鄒老師，經(jīng)過他的指導(dǎo)和多次深入討論后，我們決定根據(jù)雙廊補(bǔ)水的根本目的來確定補(bǔ)水情景的時間域，選擇在葉綠素濃度比較高且連續(xù)時間足夠長的期間進(jìn)行補(bǔ)水配置，因為這最符合實際的決策場景。
一切準(zhǔn)備就緒，就該動用我們強(qiáng)大的模型了。從2017年開始，我們就和鄒老師一起在進(jìn)行洱海模型體系的研發(fā)、構(gòu)建和完善工作，也應(yīng)用模型對洱海的一些宏觀行為和機(jī)理響應(yīng)進(jìn)行過很多深入的探索，包括水位調(diào)控的水質(zhì)響應(yīng)、湖體內(nèi)源對外源變化的響應(yīng)、湖體水質(zhì)對負(fù)荷削減和響應(yīng)、洱海的環(huán)境容量、洱海營養(yǎng)鹽平衡通量追蹤等，而雙廊補(bǔ)水這個工作，則是第一次在應(yīng)用我們的模型體系在洱海直接去回答一個微觀層面上具體的工程決策問題。貫穿宏觀和微觀，鏈接時間和空間，這是鄒老師的水環(huán)境智能決策（IWIND）理論和技術(shù)體系的核心思想之一。現(xiàn)在，我們在洱海終于迎來了這一刻，開始從宏觀走向微觀。
對于大量的情景模擬，在這里我就不贅述了，現(xiàn)在和大家分享一下我們在結(jié)果分析時遇到的一些問題。一開始，我們幾個同學(xué)對結(jié)果的分析聚焦在整個補(bǔ)水期間的葉綠素a平均值的變化上，結(jié)果顯示不同的補(bǔ)水情景對葉綠素a幾乎是沒有影響。我們帶著結(jié)果請教了鄒老師，他指出我們的分析方法陷入了過去做流域?qū)用婧暧^分析的套路，因為這種局部低強(qiáng)度補(bǔ)水對一定長的時間尺度下的葉綠素a平均濃度影響微弱是正常的，但是，雙廊補(bǔ)水的真正目標(biāo)并不是改善較長時間尺度的平均葉綠素濃度，而是在于一些較短期的特征變量上。在鄒老師的指導(dǎo)下，我們調(diào)整的思路如下：分析模型的結(jié)果，要考慮模型本身誤差，如改善0.001 ug/L 就不具備顯著性，所以不能說惡化或者改善，也就是需要考慮其改善率，至少要有1%的變化，否則不能進(jìn)行定性的響應(yīng)方向判斷；對于工程分析，平均值意義不大，由于這種局部補(bǔ)水，一般平均值會掩蓋濃度的變化，所以看平均值沒有太大意義。不是說平均值這個統(tǒng)計量不行，而是某些時候平均值太小，這個短期的應(yīng)急工程需要看的是峰值，就是對葉綠素a濃度削峰的效果；分析響應(yīng)要先宏觀，后把握細(xì)節(jié), 并不是只有從整體上分析才叫宏觀，所謂的宏觀是從大的方向上先看，然后把握細(xì)節(jié)；對于葉綠素a濃度而言，需要聚焦在表層響應(yīng)等等。
在我們按照調(diào)整后的分析思路進(jìn)行結(jié)果分析并快要形成技術(shù)報告的時候，我們又發(fā)現(xiàn)已有分析的一個缺陷。雖然已有的分析詳細(xì)闡述了不同區(qū)域，不同典型時段下，不同情景的補(bǔ)水效果，并給出不同情景的效果排名，但問題是在不同的時段，葉綠素a的濃度改善有所不同，某個時間段時A情景的效果最佳，但是另外的時間段，則B情景效果最好，這樣就無法識別出效果最好的補(bǔ)水情景；另外，補(bǔ)水的情景中，有多個補(bǔ)水口輪替的情景，那么在選擇的時段內(nèi)，可能是正好輪替的，比如分析某區(qū)域時，那么1#、2#補(bǔ)水口輪替的，可能某段時間正好處于非補(bǔ)水時段，這樣就無法確認(rèn)這種補(bǔ)水的真正效果。
如果只是從研究或者發(fā)表論文的角度來看，已有的分析已經(jīng)能說明很多問題了，但是對于決策支撐而言，這樣的分析就顯得非常模糊，無法給決策者提供足夠清晰的信息。對于工程和管理情景的分析不能只從模型的結(jié)果來進(jìn)行分析，同時也要結(jié)合管理實踐，提出可支撐管理決策的分析結(jié)果，這也是鄒老師經(jīng)常跟我們強(qiáng)調(diào)的思想，就是一定不能就模型談模型，就研究談研究，而要站在決策者的角度考慮問題，才能在科學(xué)技術(shù)和實際應(yīng)用之間架起一座橋梁。
于是，我們又一次帶著問題向鄒老師請教，他在仔細(xì)聽取了我們的分析思路和結(jié)果之后，建議我們按照葉綠素a濃度區(qū)間來考慮不同情景的響應(yīng)結(jié)果，這樣得到的結(jié)果更容易從管理層面上理解。后來，我們根據(jù)鄒老師的建議，對所有模型結(jié)果進(jìn)行了深一層的分析，最后形成了技術(shù)報告提交洱海管理局，為州里面進(jìn)行關(guān)于雙廊補(bǔ)水工程的決策提供了科技支撐。
這次分析的一些發(fā)現(xiàn)還是值得和大家分享的，譬如我們發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水并不保證能夠降低補(bǔ)水口區(qū)域的葉綠素a濃度，不同補(bǔ)水方案所帶來的影響并不相同，有些補(bǔ)水方式甚至?xí)砣~綠素的惡化；只有當(dāng)局部葉綠素濃度達(dá)到足夠高的水平時，補(bǔ)水才能穩(wěn)定產(chǎn)生改善效果；補(bǔ)水帶來的葉綠素a濃度響應(yīng)也具有非常強(qiáng)的空間異質(zhì)性特征，某個方案可能導(dǎo)致局域1的濃度改善，但是也可能會伴隨著局域2的惡化，反之亦然。按照一般的直覺，人們會以為只要把只含有極低葉綠素a和營養(yǎng)鹽的優(yōu)質(zhì)水補(bǔ)入湖體，總能夠帶來正面效益，但是，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的極度復(fù)雜性導(dǎo)致我們單純的直覺，在很多時候都會把我們帶入單純的陷阱，然后就會付出沉重的代價。這就是為什么在進(jìn)行流域治理和湖泊保護(hù)時，很多基于固有經(jīng)驗和定性判斷的決策都會遭遇滑鐵盧，這不但會浪費(fèi)大量的人力物力，也可能導(dǎo)致錯過有效保護(hù)水環(huán)境的機(jī)會。
值得一提的是，盡管我們攻關(guān)小組加班加點(diǎn)，最終還是用了差不多三個星期才完成了所有的模擬和分析工作。這個過程中所遇到的很多困難和復(fù)雜性，都是在沒有真正動手之前所沒有預(yù)見到的。即使一些看似很單純、很直截了當(dāng)甚至帶有套路性的流程，當(dāng)真正進(jìn)行實戰(zhàn)的時候，才發(fā)現(xiàn)原來以前我們都想得都太簡單了。不過，這或許也是親手做模型的樂趣吧。如果不親歷親為，那么的確是不會遇到各種具體的難題，但是，這樣也就不會享受到解決一個又一個難題的喜悅了。鄒老師到現(xiàn)在都還一直在親自操刀做各種模型研究，我們所有小伙伴們無論遇到任何問題都可以在鄒老師那里找到答案，得到真正的指導(dǎo)。曾經(jīng)有些同學(xué)表示過驚嘆，問鄒老師是怎么做到的，他的回答是，用一生去學(xué)習(xí)，用一生去攀登，用一生去磨練，就這樣帶著熱情和好奇心一直向前走，熱愛你們所從事的事業(yè)，永遠(yuǎn)保持心靈的年輕和充實，那你們也可以在這個過程中獲得強(qiáng)大無匹的力量，最終，你們也就可以做到的。
我期待能夠像鄒老師所說的和做到的那樣，一直學(xué)習(xí)下去，我也期待在未來的系列中，我可以有更多機(jī)會和大家分享我在洱海之行中所得到的經(jīng)驗，無論是快樂的，還是痛苦的。后會有期！