2. Головна
  3. АРХІВ НОМЕРІВ
  4. 2025 рік
  5. Том 47, № 4 (2025)
  6. c. 90-112

Паралельні обчислення гідрологічного режиму Кілійської дельти Дунаю на графічних процесорах

М.В. Сорокін 1, М.Й. Железняк 2, канд. фіз-мат. наук,
Л.Я. Аніщенко 3, д-р техн. наук, Б.С. Свердлов 3
1 Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
Україна, 03187, Київ, пр-т Академіка Глушкова, 42
2 Інститут радіоактивності навколишнього середовища
Університет Фукусіми, Японія, 960-1296, м. Фукусіма, Канаягава, 1
3 Науково-дослідна установа
«Український науково-дослідний інститут екологічних проблем»
Україна, 61165, Харків, вул. Єніна Євгенія (Бакуліна), 6
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Èlektron. model. 2025, 47(4):90-112

https://doi.org/10.15407/emodel.47.04.090

АНОТАЦІЯ

Розглянуто побудову математичної моделі гідрологічного режиму Кілійської дельти Дунаю на основі двовимірної паралельної моделі гідродинаміки мілководдя COASTOX-UN, що використовує неструктуровані розрахункові сітки з трикутними комірками. Викладе­но алгоритм розпаралелювання розв’язання рівнянь моделі для графічних процесорів на прикладі FCT-схеми моделі. Продемонстровано високу ефективність розрахунків на GPU: швидкість моделювання збільшується більш ніж у 100 разів порівняно з одноядерним розрахунком і приблизно в 5 разів порівняно з паралельною MPI-версією на багатоядерній робочій станції. Використання GPU дозволяє рахувати гідродинамічні процеси в великій частині дельти на деталізованій сітці великої розмірності. Верифікація моделі за даними гідрологічних постів Дунайської ГМО показала, що вона адекватно вимірам відтворює динаміку рівнів і витрат води в рукавах дельти. Це підтверджується високою кореляцією розрахунків з натурними вимірами і високими значеннями індексу узгодження. Прогнозні розрахунки на моделі дельти показали, що планована реконструкція глибоководного суднового ходу Дунай — Чорне море матиме незначний вплив на перерозподіл стоку в рукавах дельти. Відхилення витрат води не перевищують 3,5 % від поточного розподілу стоку, а зниження рівнів води в рукавах дельти в середньому становить не більше 6 см на ділянці від м. Кілія до моря.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

моделювання річкових дельт, дельта Дунаю, рівняння мілкої води, паралельні обчислення, обчислення на GPU, ГСХ Дунай — Чорне море.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. De Goede E.D. Historical overview of 2D and 3D hydrodynamic modelling of shallow water flows in the Netherlands. Ocean Dynamics. 2020. Vol. 70, No. 4. P. 521—539. https://doi.org/10.1007/s10236-019-01336-5
  2. Dutta U., Singh Y.K., Prabhu T.S.M., Yendargaye G., Kale R.G., Kumar B., Khare M., Yadav R., Khattar R., Samal S.K. Flood Forecasting in Large River Basins Using FOSS Tool and HPC. Water. 2021. Vol. 13, No. 24. 3484. https://doi.org/10.3390/w13243484
  3. García-Feal O., Cea L., González-Cao J., Domínguez J. M., Gómez-Gesteira M. IberWQ: A GPU Accelerated Tool for 2D Water Quality Modeling in Rivers and Estuaries. Water. Vol. 12, No. 2. 413. https://doi.org/10.3390/w12020413
  4. Report on the likely significant adverse transboundary impacts of the Danube — Black Sea navigation route at the border of Romania and the Ukraine. Espoo inquiry comm., 2006. 67 p. URL: https://mtu.gov.ua/files/31110551_dod.pdf
  5. Аніщенко Л.Я., Свердлов Б.С. Особливості оцінки впливу на водну екосистему днопоглиблювальних робіт у різних за класами водних об’єктах. Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. 2008. № 3. С. 5—12.
  6. Демченко Р.И., Железняк М.И., Кивва С.Л., Коломиец П.C., Хомицкий В.В. Гидро­динамика прибрежной зоны Черного моря в районе устья рукава Быстрый дельты р. Дунай: 1. Трансформация волн на неоднородностях дна и течениях. Прикладна гідромеханіка. 2006. Т. 8, № 4. С. 15—25.
  7. Zheleznyak M.J., Demchenko R.I., Khursin S.L., Kuzmenko Y.I., Tkalich P.V., Vitiuk N.Y. Mathematical modeling of radionuclide dispersion in the Pripyat-Dnieper aquatic system after the Chernobyl accident. Sci. Total Environ. 1992. Vol. 112, No. 1. P. 89—114. https://doi.org/10.1016/0048-9697(92)90241-j
  8. Summary and Finding of the Transboundary Environmental Impact Assessments of Danube-Black Sea Navigation Route Project implemented in the Ukrainian part of the Danube Delta. 2009. P. 115—120. Режим доступу https://rb.gy/iz6g8l
  9. Zheleznyak M., Kivva S., Pylypenko O., Sorokin M. Modeling of Behavior of Fukushima-Derived Radionuclides in Freshwater Systems. In: Nanba K., Konoplev A., Wada T. (eds) Behavior of Radionuclides in the Environment III. Springer, Singapore. 2022. P. 199—252. https://doi.org/10.1007/978-981-16-6799-2_11
  10. Сорокін М.В. Розпаралелювання чисельних розв’язків рівнянь мілкої води методом скінченних об’ємів для реалізації на багатопроцесорних системах і графічних процесорах. Екологічна безпека та природокористування. 2023. Т. 46, № 2. С. 163—193. https://doi.org/10.32347/2411-4049.2023.2.163-193
  11. Сорокін М.В. Алгоритми чисельного розв’язку рівнянь двовимірної моделі динаміки поверхневих вод для графічних процесорів: розвиток і впровадження для прог­нозування наслідків руйнування греблі Каховської ГЕС. Збірник тез XII МНПК «ВОДА ДЛЯ МИРУ», Київ, 21 березня 2024, C. 22—27. URL: http://waterday.iwpim.com.ua/Water_day_tezy2024.pdf
  12. Коцюруба В., Прощин І., Сорокін М., Пилипенко О. Удосконалена методика прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій терористичного характеру на гідротехнічних спорудах. Сучасні інформаційні технології у сфері безпеки та оборони. 2024. Т. 51, № 3, С. 5—14. https://doi.org/10.33099/2311-7249/2024-51-3-5-14
  13. Zia A., Banihashemi M.A. Simple efficient algorithm (SEA) for shallow water flows with shock wave on dry and irregular beds. Int. J. Numer. Methods Fluids. 2008. Vol. 56, No. 11. P. 2021—2043. https://doi.org/10.1002/fld.1585

СОРОКІН Максим Вікторович, наук. співробітник відділу моделювання навколишнього середовища Інституту математичних машин і систем НАН України. У 1997 р. закінчив Харківський державний університет. Область наукових досліджень — математичне моделювання динаміки поверхневих вод, хвиль і течій, транспорту наносів, радіонуклідів, нафти та інших забруднювальних речовин, паралельні обчислення та обчислення на гра­фічних процесорах.

ЖЕЛЕЗНЯК Марк Йосипович, канд. фіз-мат. наук, професор Інституту радіоактивнос­ті навколишнього середовища Університету Фукусіма, Японія. У 1973 р. закінчив Одеський гідрометеорологічний інститут. Область наукових досліджень — розробка систем підтримки прийняття рішень з ліквідації наслідків радіаційних аварій; обчислювальна гідравліка; математичне моделювання течій, хвиль, розповсюдження радіонуклідів та інших забруднювальних речовин у поверхневих водах.

АНІЩЕНКО Людмила Яківна, д-р техн. наук, доцент, зав. Лабораторії оцінки впливу на довкілля, стратегічної екологічної оцінки та екологічної експертизи науково-дослідної установи «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем». У 1960 р. закінчила Харківський інститут інженерів комунального будівництва. Область наукових досліджень — гідрологія суші, водні ресурси, екологічна безпека протяжних гідротехнічних споруд, методологія системного аналізу впливу планованої діяльності на довкілля.

СВЕРДЛОВ Борис Соломонович, ст. наук. співробітник науково-дослідної установи «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем». У 1970 р. закінчив Хар­ківський державний університет. Область наукових досліджень — екологічна безпека, оцінка впливу планованої діяльності на довкілля.

Повний текст: PDF