Реєстраційний номер
0425U000359, Кандидатська дисертація
На здобуття
Кандидат технічних наук
Дата захисту
15-12-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
Інформаційні технології паралельних обчислень наслідків техногенних впливів на стан річок і прибережної зони моря на основі двовимірних рівнянь
Здобувач
Сорокін Максим Вікторович,
Керівник Железняк Марк Йосипович
Опонент Калюх Юрій Іванович
Опонент Рагозін Дмитро Васильович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут проблем математичних машин і систем Національної академії наук України
Опис
Робота присвячена розробці технологій паралельних обчислень і моделюючих систем для оцінки наслідків техногенних впливів, у тому числі військових дій, на річки та прибережні зони морів.
Розроблено гібридну технологію паралельних обчислень для комп’ютерних систем із CPU і GPU. Вона поєднує паралелізацію на основі процесів, декомпозицію області, halo-структури та обмін даними за допомогою MPI з потоковою паралелізацією на основі директив OpenACC.
На базі цієї технології створено систему COASTOX-PRL паралельних математичних моделей. HWAVE – модель лінійної трансформації хвиль на прямокутних обчислювальних сітках (декомпозиція, halo-структури, MPI-процеси). ShipSim – модель двовимірної гідродинаміки мілкої води на прямокутних сітках, адаптована для прогнозування корабельних хвиль та розрахунку навантажень (директиви OpenACC). COASTOX-HD-SED-RN – модель двовимірної гідродинаміки, перенесення наносів і динаміки забруднюючих речовин на неструктурованих сітках (декомпозиція на основі поділу графів, MPI-типи даних для halo-структур, OpenACC). Чисельну схему рівнянь переносу у моделі COASTOX-HD-SED-RN вдосконалено для обробки різких градієнтів концентрації. Підхід на основі MPI також адаптовано для лагранжевої моделі SPH2d шляхом реалізації процедури міграції частинок між підобластями.
Розроблені функціональні схеми моделей для CPU-систем та GPU та створені програмні модулі мовою Fortran. На основі файлових інтерфейсів та bash/batch-скриптів модулі інтегровані в єдину інформаційно-моделюючу систему. Реалізовані додаткові програми та скрипти для попередньої обробки вхідних даних, постобробки результатів та представлення інтерактивних ГІС-вебкарт. Розроблені специфікації для інтеграції модулів COASTOX-PRL у Java-системи підтримки прийняття рішень: JRODOS – для реагування на радіаційні аварії, HYDROS – для попередження та пом’якшення наслідків повеней.
Створені інформаційні системи паралельних обчислень для дослідження гідродинаміки річок та прибережних зон, а також оцінки техногенного та військового впливу. Прогнозовано дощові паводки в басейнах річок Прут і Сірет, а також високі водопілля на річці Дніпро в Києві. Створено карти повеней різної забезпеченості. Оцінено наслідки руйнування ГЕС Дніпровського каскаду та змодельовано сценарії прориву Козарівської дамби, Київської, Каховської та Дніпровської ГЕС. Для реальних проривів Козарівської дамби та Каховської ГЕС результати підтверджено супутниковими знімками. Калібрування моделі Каховської ГЕС за вимірюваннями на гідропостях показало, що прорив стався через швидке утворення початкового прориву, який згодом збільшувався через розмив ґрунтів. Створені ГІС-матеріали для вебкарт, призначених для використання державними установами.
Моделювання гідрологічного режиму Кілійської дельти Дунаю показало, що запланована реконструкція глибоководного суднового Дунай-Чорне море матиме незначний вплив на рівні води та розподіл витрат у рукавах дельти.
Розроблено верифіковану систему моделювання цунамі 2011 року на узбережжях префектур Міягі та Фукусіма. Розроблено спектральну версію паралельного хвильового модуля HWAVE-S, який разом з відкритою моделлю SWASH використано для дослідження проникнення хвиль у портові акваторії та визначення резонансів. Модель SWASH разом із SPH2d використано для прогнозування накату хвиль та оцінки хвильових навантажень на берегові споруди. На основі модуля ShipSim створено систему GPU-обчислень корабельних хвиль у річці San Jacinto та районі терміналу Barbours Cut (США) та оцінки навантажень на пришвартовані судна.
В рамках вирішення комплексних задач досліджено вплив кліматичних змін на ерозію узбережжя Чорного моря (м. Євпаторія). Показано, що в XXI столітті розподіл зон ерозії та акумуляції залишиться стабільним, а зміни інтенсивності седиментації перебуватимуть в межах невизначеності сценаріїв кліматичних змін. Розроблено систему прогнозування динаміки радіонуклідів у Київському водосховищі з урахуванням надходження забруднення з річок Прип’ять та Дніпро, взаємодії з донними відкладами та поверхневого осадження. Калібрування за даними концентрації Sr-90 під час весняного паводку 1999 р. продемонструвало значну буферну здатність водосховища, що зменшує пікові концентрації та ризик поглинання радіонуклідів населенням, яке проживає нижче за течією. Прогнозування поширення органічного забруднення в річці Дніпро в межах Києва (перенесеного річками Сейм і Десна в серпні 2024 року) показало ефективність водоскидів Київської ГЕС для зменшення концентрацій забруднюючих речовин і прискорення їх виносу за межі міста.
Паралелізація прискорила розрахунки у десятки разів (на GPU у понад 100) і дозволила підвищити деталізацію та оперативність прогнозування навіть на персональних комп’ютерах з високопродуктивними графічними картами.
Дата реєстрації
2025-11-05
Додано/оновлено в НРАТ
2025-11-05 / 2026-07-01
