Моделирование фильтрации подземных вод на больших территориях по технологии wiki-modelling

Авторы: Николаев А.П., Николаев Л.А. ООО "Геодин". Статья опубликована в тезисах докладов
ХХI ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ», посвященной памяти К.И. Бабенко 5–11 сентября 2016 г. Новороссийск, Абрау–Дюрсо. Стр. 101.


В качестве детальных авторами приняты модели фильтрации подземных вод с размерами расчетных блоков менее 1 метра для больших территорий с площадью в сотни квадратных километров, предназначенные для решения практических задач по управлению подземными водами. Создание модели фильтрации предполагает обеспечение исходными данными о пространственном распределении параметров фильтрационной среды, граничных условий, источниках воздействия на подземные воды.

Технология wiki-modelling предполагает:
- единую рабочую детальную модель, загруженную на суперкомпьютер (СК), доступную всем зарегистрированным пользователям;
- отправку на СК пользователями исходных данных по отдельным участкам модели по стандартной форме;
- отправку на СК запросов на расчеты фильтрации подземных вод по отдельным участкам по конкретным сценариям.
Технология wiki-modelling предполагает участие неограниченного количества специалистов в наполнении исходными данными и использовании численной модели в соответствии с установленными правилами.

Алгоритм детального численного моделирования фильтрации подземных вод на больших территориях [1, 2] предполагает использование пространственной декомпозиции для параллельных вычислений на многопроцессорных системах:
- большая область моделирования разделяется на достаточно маленькие кластеры, каждый из которых имеет пограничную с соседней общую область;
- для всех кластеров внутренние граничные условия, а также для боковых и угловых кластеров внешние граничные условия на строго внешних границах большой области моделирования реализуются стандартным образом;
- для всех кластеров в области перекрытия с соседним кластером задается вычисляемое граничное условие 1 рода: на каждом шаге по времени кластер в качестве граничного значения берет уровни из соседнего кластера в строке или столбце, удаленном от края на заданное расстояние перекрытия;
- после достижения конечного расчетного времени результаты моделирования по кластерам обрезаются по середине полосы перекрытия и «сшиваются» в единый числовой массив результатов для области конкретной задачи.

Сформулированы требования к технологии wiki-modelling:
- возможность моделирования территории неограниченного размера;
- хранение детальной модели и выполнение расчетов на централизованном вычислительном ресурсе (ЦВР);
- подготовка и передача удаленными операторами на ЦВР исходных данных по участкам детального моделирования конкретных объектов строительства - данные о геологическом строении и гидрогеологических условиях по результатам новых инженерно-геологических изысканий, параметры и этапы строительства и эксплуатации проектируемого объекта, сценарии прогнозных расчетов;
- автоматическая модернизация детальной модели и решение обратной задачи на ЦВР;
- производство практических прогнозных вычислений на ЦВР;
- получение результатов расчета на ЦВР и их визуализация на удаленном рабочем месте.

Таким образом реализуется технология wiki-modelling - постоянная коллективная модернизация детальной геофильтрационной модели с использованием единого аппарата моделирования всеми операторами.


Список литературы:
1. Николаев А.П., Николаев Л.А. Детальное численное моделирование геофильтрации на больших территориях // Сборник научных трудов Международной конференции "Разностные схемы и их приложения", посвященной 90-летию профессора В.С. Рябенького, Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, 27 - 31 мая 2013 года. С. 83-84.

2. Николаев А.П., Крохичева И.В., Николаев Л.А., Овчаренко Р.И. Алгоритм и программа для детального гидрогеологического моделирования больших территорий // Математическое моделирование, геоинформационные системы и базы данных в гидрогеологии. Материалы всероссийской научно-практической конференции (25–27 сентября 2013 г.). – М.: АНО УКЦ «Изыскатель», 2013. – С. 57-61.