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黄河模拟器智慧化计算方法体系及应用前景

作者：臧超左其亭李强坤

来源：《人民黄河》2024年第01期

关键词：黄河模拟器；智慧化计算方法；体系框架；黄河

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中图分类号：Ｃ９３１．６；ＴＶ８８２．１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９

／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０１．０２２

引用格式：臧超，左其亭，李强坤．黄河模拟器智慧化计算方法体系及应用前景

［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（１）：１２６－１３１．

０引言

黄河流域作为华夏文明的核心发祥地，历来是许多学者、政策制定者所关注的热点。随着

科技进步和需求变化，尤其是２０００年以后，黄河流域模拟计算的研究成果呈显著增加趋

势。２０１９年黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略［１］提出以后，以“黄河”及

“模拟计算”为关键词在中国知网有哪些信誉好的足球投注网站到的研究成果呈现跃进式上升。针对黄河流域地理差异及

其不同研究需求，产生了众多不同的模拟计算方法，如杨大文等［２］运用分布式水文模型

模拟了黄河流域的水文循环过程，估算了流域的水资源量；易雨君等［３］采用生境模拟模

型和线性回归模型分别模拟了黄河口的生物和径流、泥沙过程，核算出河口区生态需水量；王

菲等［４］使用改进的ＣＡＳＡ模型和土壤呼吸模型估算了黄河流域生态功能区植被碳源／

汇。以黄河流域局部或者全域为研究区开展单一或者几个对象的模拟计算研究屡见不鲜，但是

从黄河流域自然－经济社会－生态巨系统的宏观角度出发，综合考虑多学科、多目标需求，构

建黄河流域综合性模拟平台的相关研究尚处于起步阶段。究其原因，与研究者的认知和兴趣、

巨系统的研究难度以及计算机算力不足等有直接关系。随着科技快速发展，智慧化时代为这些

问题的解决提供了潜在可能。

图灵奖获得者ＪｉｍＧａｒｙ曾提出经验驱动范式、理论驱动范式、计算驱动范式以及

数据驱动范式四大范式来描述人类科学发展史的演进历程［５］。人工智能（ＡＩ）驱动的

科学“ＡＩｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅ”被视为第五范式，这一观点逐步得到学界和行业的广泛认

可［６］。在２０１１年国际商用机器公司（ＩＢＭ）举办的ＩＢＭＰｕｌｓｅ２０１１大

会上，ＩＢＭ全球高级副总裁兼软件与系统科技集团总经理ＳｔｅｖｅＭｉｌｌｓ提出了

“智慧化计算”，其核心就是在降低成本的前提下，以硬件和软件技术来提升系统运作的功效，

并优化工作负载表现［７］。在算法、算力、模型以及数据等引擎的助力下ＡＩ研究为流域

资源配置［８］、灾害模拟预测［９］、城市化发展［１０］、人类健康［１１］、生态保

护［１２］等诸多研究领域提供了新的探索路径，为流域综合性模拟平台的建设提供了实践

契机。

近年来“智慧水利”一词成为热点，水利部在２０２１年年底提出“数字孪生流域”［１

３］。部分学者针对“智慧水利”开展了初步研究工作，如夏军研究团队和左其亭研究团队相继

提出了“长江模拟器”［１４］和“黄河模拟器”［１５］的建设构想。由此可见，从政策制定

者、政府管理者再到科研工作者都充分认识到智慧化时代的发展方向，但是具体到各个实施环

节，仍有诸多科学问题需要梳理和探讨。自黄河流域施行水量统一调度以来，黄河流域水量调

控系统历经两代更迭，但随着近年来水文气候条件极端化不确定化、用水需求多元化复杂化等

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问题的出现，现有的调控系统已无法满足时代发展的需要，具备智慧化基因的“黄河水量调控

系统３．０”已經具备了诞生的必要条件。基于此，本研究从智慧化时代背景出发，结合