Анализ гидрогеологического моделирования показывает эффективность многомасштабных гибридных методов

Точное моделирование движения и реакций грунтовых вод и их компонентов в недрах представляет значительные трудности для гидрогеологов. Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и четырех университетов провели обзор многомасштабных методов моделирования, сосредоточившись на гибридных методах, которые объединяют несколько моделей, определенных в разных масштабах, в рамках одной симуляции. Применение этих методов к задачам подземного потока и реактивного переноса является новым и перспективным направлением, крайне важным для многих миссий Министерства энергетики США (DOE). Исследователи представили общую схему применения, которая поможет пользователям выбрать наиболее подходящие методы для конкретных задач.

Существует огромный разрыв между масштабами, в которых ученые могут наблюдать фундаментальные процессы, и масштабами, необходимыми для прогнозирования поведения системы в целях управления окружающей средой. Улучшение прогностических инструментов требует лучшего представления фундаментальных (мелкомасштабных) механизмов в крупномасштабных симуляциях. Ученые указывают на новые подходы, основанные на использовании высокопроизводительных вычислений для связи различных моделей экологических систем через масштабы, что открывает путь к повышению их прогностической способности.

В своей работе ученые проанализировали ряд как традиционных, так и новых многомасштабных подходов, сгруппировав их в семь отдельных «мотивов». Каждый мотив включает ряд связанных конкретных методов, применимых к задачам с разными наборами атрибутов. Итоговая статья содержит серию вопросов, обсуждает, какие конкретные прикладные задачи можно отнести к одному или нескольким мотивам, включает ссылки на соответствующие методы в каждом мотиве и приводит примеры их применения, в том числе недавние из гидрогеологии.

Авторы надеются стимулировать интерес к новым многомасштабным гибридным методам в сообществе моделирования грунтовых вод и в конечном итоге широкое использование нового класса симуляторов подземного потока и переноса, которые явно связывают модели порового и континуального масштабов. Несколько крупных проектов, финансируемых DOE, включая направление Subsurface Biogeochemical Research Scientific Focus Area в PNNL и проекты Interoperable Design of Extreme-scale Application Software (IDEAS), имеют основные элементы, сфокусированные на многомасштабном моделировании для решения актуальных экологических проблем, и будут опираться на подходы, предложенные в этой работе.