Программный комплекс НИМФА

Расчет геофильтрационной модели территории промышленной площадки объекта Госкорпорации «Росатом»

В задаче использована трехмерная геофильтрационная модель площадки объекта Госкорпорации «Росатом» разработанная с помощью «PMWIN-8» [1].
Геологическая модель территории площадки включает следующие слои, изображенные на рисунке 1:

  1.  верхнечетвертичные техногенные отложения;
  2.  надморенные флювиогляциальные отложения;
  3.  гляциальные отложения (днепровская морена);
  4.  подморенные флювиогляциальные отложения);
  5.  толща глин батского яруса средней юры;
  6.  верхнекаменноугольно-ассельская карбонатная толща.

1 – верхнечетвертичные техногенные отложения, 2-4 – отложения днепровского оледенения (2 – надморенные флювиогляциальные отложения, 3 – гляциальные отложения (морена), 4 – подморенные флювиогляциальные отложения) 5 – отложения батского яруса средней юры, 6 – объединенная толща верхнекаменноугольных и пермских отложений

Рисунок 1 – Цифровая трехмерная геологическая модель промышленной площадки объекта Госкорпорации «Росатом»

На основе этой геологической модели специалистами ФГБУ «Гидроспецгеология» в рамках работ по верификации и валидации программного комплекса «НИМФА» была создана геофильтрационная нестационарная модель, включающая 5 модельных слоев и 4 скважины. Краткая характеристика модели приведена в работе [2]. Для проведения верификационных расчетов данная модель была воспроизведена в комплексе «НИМФА» с помощью средств данного комплекса.
Количество активных ячеек составило примерно 210000. Верификация проводилась путем сопоставления результатов решений геофильтрационной задачи с использованием пакетов «MODFLOW-2005» (в составе «PMWIN-8») и «НИМФА», полученных на последний момент времени (окончание 11-го стресс-периода 2012 года).
На рисунках 2,3 представлены поля напоров в первом модельном слое, рассчитанные по программным комплексам «MODFLOW-2005» и «НИМФА».

Рисунок 2 – Поле напоров в первом слое, полученное по «MODFLOW-2005»

Рисунок 3 – Поле напоров в первом слое, полученное по комплексу «НИМФА»

На рисунке 4 приведено распределение разности напоров первого слоя, полученных по комплексам «MODFLOW-2005» и «НИМФА» (приведено поточечное сравнение).

Рисунок 4 – Распределение разности напоров первого слоя, полученных по комплексам «MODFLOW-2005» и «НИМФА»

Разность средних значений напоров, рассчитанных с помощью комплексов программ «MODFLOW-2005» и «НИМФА», для каждого слоя (на 2012 год) показана в таблице 1.
Таблица 1 – Количественная характеристика разности значений напоров (на 2012 год), рассчитанных с помощью комплексов «MODFLOW-2005» и «НИМФА»

Модельный
слой
Разность напоров, (м) Максимальный перепад
модельных напоров (м)
Средних Минимальных Максимальных
1 0.013 -2.7 6.0 78
2 0.003 -2.4 2.7
3 -0.006 -3.9 1.7
4 -0.002 -1.9 0.8
5 0.002 -0.1 0.1

Из таблицы 1 следует, что отклонения расчетных напоров по отдельным слоям модели достигают 6 м. Однако, при перепаде модельных напоров 78 м. относительная погрешность при верификации нестационарной модели по напорам не превышает 8%.
Сравнение динамики уровня подземных вод за 2004-2012 гг. в 5-м модельном слое в наблюдательных скважинах водозабора промышленной площадки объекта Госкорпорации «Росатом», полученное с помощью комплексов программ «MODFLOW-2005» и «НИМФА», представлено на рисунке 5. Отклонения напоров по наблюдательным скважинам 156а, 156б, 156в не превышают 0.022 м и составляют в среднем 0.010 м. При перепаде модельных напоров в пределах слоя 3.5 м относительные отклонения модельных напоров по наблюдательным скважинам не превышают 0.6 %.

Рисунок 5 – Сравнение динамики уровня в 5-м модельном слое на участке водозабора, полученной с помощью комплексов «MODFLOW-2005» и «НИМФА»

Для ускорения вычислений было проведено численное моделирование промышленной площадки объекта Госкорпорации «Росатом» в параллельном режиме по комплексу «НИМФА». При этом количество ячеек сетки задачи было существенно увеличено и составило 3 556 000. В таблице 2 приведены оценки времени расчета и ускорения, полученного по комплексу «НИМФА» в параллельном режиме. Было использовано до 240 вычислительных ядер. Расчет по «MODFLOW-2005» такой задачи (в последовательном режиме) занял 920 секунд.

Таблица 2 – Оценки времени расчета и ускорения счета задачи по комплексу «НИМФА» в параллельном режиме

Количество ядер Время расчета, сек. Ускорение,

раз

1 808.028 1
12 139.99 5.8
16 84.0355 9.6
36 42.97 18.8
48 29.26 27.6
60 24.34 33.2
96 15.61 51.8
120 13.09 61.7
180 9.58 84.3
240 7.48 108.0

Таким образом, используя параллельный режим вычислений (240 вычислительных ядер) расчет данной задачи по комплексу «НИМФА» можно провести примерно за 7.5 секунд.

 

Список использованных источников

  1.  Wen-Hsing Chiang; Wolfgang Kinzelbach. 3D-groundwater modeling with PMWIN: a simulation system for modeling groundwater flow and pollution. Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Singapore; Tokyo : Springer, 2000
  2.  О.И. Бутнев, И.В. Горев, М.Н. Бардина, В.В. Горев, С.С. Колесников, А.А. Куваев, О.И. Кузьмина, П.А. Машенькин, В.А. Пронин, М.Е. Семенов. М.Л. Сидоров «Верификация программного кода «НИМФА» на геофильтрационных моделях объектов госкорпорации «РОСАТОМ»». Супервычисления и математическое моделирование: Труды XV Международной конференции. Саров, 2015.