DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v21r318

Параллельные алгоритмы решения задачи динамики изменения рельефа дна в прибрежных системах

Авторы

  • А.И. Сухинов
  • А.Е. Чистяков
  • Е.А. Проценко
  • В.В. Сидорякина
  • C.B. Проценко

Ключевые слова:

вычислительная гидродинамика
параллельные вычисления
гидрология
математическая модель
динамика морских наносов
рельеф дна

Аннотация

Предложена нестационарная 2D-модель транспорта донных отложений в прибрежной зоне мелководных водоемов, дополненная уравнениями Навье–Стокса, неразрывности и состояния водной среды. Дискретная модель транспорта наносов получена в результате аппроксимации соответствующей линеаризованной непрерывной модели. Поскольку задачи прогнозирования транспорта наносов требуют решения в реальном или ускоренном масштабах времени, на сетках, включающих 106–109 узлов, необходима разработка параллельных алгоритмов задач гидродинамики на системах с массовым параллелизмом. Представлены результаты работы созданного эффективного программного обеспечения для выполнения гидродинамических вычислительных экспериментов, позволяющие проводить численное моделирование деформации дна в прибрежной зоне водоема. Приведены результаты численных экспериментов.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2020-09-27

Выпуск

Том 21 (2020): Выпуск 3.

Раздел

Параллельные программные средства и технологии

Авторы

А.И. Сухинов

Донской государственный технический университет (ДГТУ),
факультет информатики и вычислительной техники
пл. Гагарина, 1, 344000, Ростов-на-Дону
• чл.-корр. РАН, профессор, заведующий кафедрой

А.Е. Чистяков

Донской государственный технический университет (ДГТУ),
факультет информатики и вычислительной техники
пл. Гагарина, 1, 344000, Ростов-на-Дону
• профессор

Е.А. Проценко

Таганрогский институт имени А.П. Чехова,
Инициативная ул., 48, 347936, Таганрог
• доцент

В.В. Сидорякина

Таганрогский институт имени А.П. Чехова,
Инициативная ул., 48, 347936, Таганрог
• заведующий кафедрой, доцент

C.B. Проценко

Донской государственный технический университет (ДГТУ),
факультет информатики и вычислительной техники
пл. Гагарина, 1, 344000, Ростов-на-Дону
• аспирант

Библиографические ссылки

  1. G. I. Marchuk, V. P. Dymnikov, and V. B. Zalesny, Mathematical Models in Geophysical Hydrodynamics and Numerical Methods for Their Implementation (Gidrometeoizdat, Leningrad, 1987) [in Russian].
  2. R. A. Callander, “Instability and River Channels,” J. Fluid Mech. 36 (3), 465-480 (1969).
  3. S. Ikeda, G. Parker, and K. Sawai, “Bend Theory of River Meanders. Part 1. Linear Development,” J. Fluid Mech. 112, 363-377 (1981).
  4. G. Gic-Grusza and A. Dudkowska, “Numerical Modeling of Hydrodynamics and Sediment Transport - an Integrated Approach,” Ocean Dyn. 67, 1283-1292 (2017).
  5. X. Liu, S. Qi, Y. Huang, et al., “Predictive Modeling in Sediment Transportation across Multiple Spatial Scales in the Jialing River Basin of China,” Int. J. Sediment Res. 30 (3), 250-255 (2015).
  6. M. Ouda and E. A. Toorman, “Development of a New Multiphase Sediment Transport Model for Free Surface Flows, Int. J. Multiphase Flow 117, 81-102 (2019).
  7. H. Aksoy and M. L. Levent Kavvas, “A Review of Hillslope and Watershed Scale Erosion and Sediment Transport Models,” Catena 64 (2-3), 247-271 (2005).
  8. K. A. Podgornyi and A. V. Leonov, “Modelling of Suspended Matter Distribution in Marine Coastal Areas: 1. Description of the SM-model,” Okeanologich. Issled. 45 (1), 109-141 (2017).
  9. A. Ashton, A. B. Murray, and O. Arnoult, “Formation of Coastline Features by Large-Scale Instabilities Induced by High-Angle Waves,” Nature 414, 296-300 (2001).
  10. T. J. Andersen, M. Pejrup, and A. A.  Nielsen, “Long-Term and High-Resolution Measurements of Bed Level Changes in a Temperate, Microtidal Coastal Lagoon,” Marine Geol. 226 (1-2), 115-125 (2006).
  11. T. Francke, J. A. López-Tarazón, D. Vericat, et al., “Flood-Based Analysis of High-Magnitude Sediment Transport Using a Non-Parametric Method,” Earth Surf. Process. Landf. 33 (13), 2064-2077 (2008).
  12. A. I. Sukhinov and A. A. Sukhinov, “Reconstruction of 2001 Ecological Disaster in the Azov Sea on the Basis of Precise Hydrophysics Models,” in Parallel Computational Fluid Dynamics 2004: Multidisciplinary Applications (Elsevier, Amsterdam, 2005), pp. 231-238.
  13. L. Amoudry, A Review on Coastal Sediment Transport Modelling , POL Internal Document No. 189 (Proudman Oceanographic Lab., Liverpool, 2008).
  14. A. I. Sukhinov, A. E. Chistyakov, and E. V. Alekseenko, “Numerical Realization of Three-Dimensional Model of Hydrodynamics for Shallow Water Basins on High-Performance System,” Mat. Model. 23 (3), 3-21 (2011) [Math. Models Comput. Simul. 3 (5), 562-574 (2011)].
  15. A. I. Sukhinov, “Precise Hydrodynamic Models and Their Applications to the Prediction and Reconstruction of Emergency Situations in the Sea of Azov,” Izv. Taganrog Radiotekh. Univ., No. 3, 228-235 (2006).
  16. A. V. Nikitina, A. I. Sukhinov, G. A. Ugolnitsky, et al., “Optimal Control of Sustainable Development in Biological Rehabilitation of the Azov Sea,” Mat. Model. 28 (7), 96-106 (2016) [Math. Models Comput. Simul. 9 (1), 101-107 (2017)].
  17. A. I. Sukhinov, E. A. Protsenko, A. E. Chistyakov, and S. A. Shreter, “Comparison of Computational Efficiency of Explicit and Implicit Schemes for the Sediment Transport Problem in Coastal Zones,” Vychisl. Metody Programm. 16, 328-338 (2015).
  18. A. I. Sukhinov, A. E. Chistyakov, and V. V. Sidoryakina, “Parallel Solution of Sediment and Suspension Transportation Problems on the Basis of Explicit Schemes,” in Communications in Computer and Information Science (Springer, Cham, 2018), Vol. 910, pp. 306-321.
  19. V. V. Sidoryakina and A. I. Sukhinov, “Well-Posedness Analysis and Numerical Implementation of a Linearized Two-Dimensional Bottom Sediment Transport Problem,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz. 57 (6), 985-1002 (2017) [Comput. Math. Math. Phys. 57 (6), 978-994 (2017)].
  20. A. I. Sukhinov and V. V. Sidoryakina, “Convergence of Linearized Sequence Tasks to the Nonlinear Sediment Transport Task Solution,” Mat. Model. 29 (11), 19-39 (2017).
  21. I. O. Leontiev, Coastal Dynamics: Waves, Currents and Sediments Drifts (GEOS, Moscow, 2001) [in Russian].
  22. A. A. Samarskii and P. N. Vabishchevich, Numerical Methods for Solving Convection-Diffusion Problems (Editorial, Moscow, 2004) [in Russian].
  23. A. I. Sukhinov, A. E. Chistyakov, and A. V. Shishenya, “Error Estimate for Diffusion Equations Solved by Schemes with Weights,” Mat. Model. 25 (11), 53-64 (2013) [Math. Models Comput. Simul. 6 (3), 324-331 (2014)].

Лицензия

Copyright (c) 2020 Вычислительные методы и программирование

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.