Комплекс численных алгоритмов и параллельных программ для моделирования волновых процессов и транспорта донных материалов в прибрежных акваториях

В условиях современной действительности процесс освоения ‏мелководных ‏береговых зон с конструктивным преобразованием и изменением прибрежных рельефов приобретает все большее значение. Волновые процессы в прибрежной зоне водоемов, совместно с прибрежными течениями, определяющим образом влияют на изменение рельефа дна, а также обуславливают силовое воздействие на берегозащитные сооружения, причалы и другие объекты прибрежной инфраструктуры. Оценка гидродинамического воздействия волн на берегозащитные сооружения и прибрежные конструкции, установленные на дне мелководного водоема, является важнейшей задачей проектирования прибрежной инфраструктуры. Для описания данных процессов необходимо строить комплексы взаимосвязанных пространственно-трехмерных моделей гидродинамики, транспорта взвешенного вещества и наносов, которые при требуемом пространственном разрешении метры-десятки метров приводят к необходимости решать вычислительно-трудоемкие задачи, включающие несколько десятков миллионов сеточных уравнений и более для многих тысяч шагов по времени. Это, в свою очередь, приводит к необходимости построения параллельных алгоритмов, сохраняющих высокую вычислительную эффективность для многих тысяч- сотен тысяч вычислительных ядер. Научная новизна проекта состоит в построении высокоэффективных явных алгоритмов и параллельных программ численной реализации объединенных моделей волновой гидродинамики, транспорта наносов и взвешенного вещества в прибрежных мелководных системах для массивно-параллельных вычислительных систем. Для описания волновых процессов будет использована система уравнений Навье-Стокса, включающая три уравнения движения в областях с динамически изменяемой геометрией расчетной области, как водной поверхности, так и дна водоема. Для описания процессов трансформации рельефа дна будут привлекаться объединенные с моделями гидродинамики пространственно-двумерные модели транспорта наносов и пространственно-трехмерные модели транспорта взвешенного вещества. Программная реализация построенных моделей предполагает создание комплекса программ для вычислительной системы со многими тысячами ядер.