Optimization of 3D Hydrodynamic Models Applied to the Knowledge and Prediction of inland Waters

Abstract

El objetivo general de esta tesis doctoral será mejorar la eficiencia computacional de los modelos hidrodinámicos existentes con el fin de abordar el estudio riguroso y detallado de los procesos de transporte y mezcla en sistemas de agua continental. Se mostrarán soluciones para reducir el coste computacional de estas simulaciones, de forma que se puedan obtener resultados útiles en un tiempo aceptable con grids de alta resolución, empleando tanto recursos fácilmente accesibles por cualquier científico como Arquitecturas de Altas Prestaciones (High Performance Computing, HPC). Las estrategias de optimización utilizadas han permitido mejorar la eficiencia de estos modelos, entendida esta como la relación entre prestaciones y coste y como la relación entre prestaciones y calidad de los resultados. Estas estrategias de optimización deberán facilitar y extender la utilización de los modelos 3D de transporte y mezcla como herramientas de trabajo en investigación aplicada al conocimiento de lagos, embalses y ríos, o como herramientas operacionales de predicción. Para ello se pretende realizar el procesamiento requerido en un tiempo aceptable en computadores personales, clúster de computadores personales y servidores de gama baja, evitando usar costosos servidores de gama alta. Para los casos más costosos, se presenta también una alternativa haciendo uso de HPC, implementada de forma eficiente. La segunda propuesta para reducir los costes de computación hace uso de un procedimiento conocido como anidamiento, ya usado en la literatura para reducir los costes de computación. En esta tesis se propone una implementación eficiente del procedimiento de anidamiento, combinándolo con clusters de computadores de gama media/baja, reduciendo aún más los costes computacionales y permitiendo resolver de forma eficiente toda la zona litoral (imposible en un tiempo aceptable mediante un procedimiento de anidamiento normal) de grandes lagos en alta resolución , del cual a pesar de su enorme diversidad e importancia como se ha explicado, se tiene un conocimiento bastante pobre (Kalff 2001). En línea a esto se muestran resultados útiles y de interés a la comunicad científica que indiquen el camino a seguir en el estudio de la zona litoral de grandes lagos y que demuestren la necesidad del uso de grids de alta resolución para poder realizar estos estudios con éxito.