O programa Iber presenta novas funcionalidades para a xestión eficiente de eventos de risco

No ámbito da computación de alto rendemento, o programa Iber é referente internacional desde hai varios anos en modelaxe numérica de auga en dúas dimensións. Entre as diversas institucións estatais que participan no seu desenvolvemento está o grupo da Universidade de Vigo Environmental Physics Laboratory (Ephyslab-CIM). Na súa tese de doutoramento, o investigador deste grupo Orlando García aumentou a eficiencia computacional dos módulos hidrodinámico e de calidade de augas de Iber para mellorar a súa aplicación na análise e xestión de eventos de risco. Estas implementacións foron aplicadas no sistema Midas de alerta temperá de inundacións para o río Miño.

A tese, dirixida por José Manuel Domínguez e Arno Formella, levou por título Desenvolvemento e optimización do modelo hidráulico Iber+: aplicación a eventos de risco. Sobre a relevancia da temática abordada nela, o seu autor sinala como “a xestión de recursos hídricos é unha actividade fundamental na sociedade que achega múltiples beneficios”, entre eles a mitigación de secas e inundacións. Nun contexto de incremento da frecuencia e gravidade das inundacións, engade Orlando García, “volveuse fundamental o desenvolvemento de ferramentas axeitadas que permitan mellorar a planificación dos recursos hídricos e reducir posibles riscos”. Entre estas ferramentas, o enxeñeiro informático sinala como a modelaxe numérica “é fundamental”, pois permite tanto a simulación de múltiples escenarios virtuais (co conseguinte aforro de recursos) como a medición de numerosas magnitudes físicas que poden resultar difíciles ou imposibles de medir con precisión no mundo real.

Incrementando a potencia de cálculo

Neste contexto, o obxectivo principal da tese de Orlando García foi “o desenvolvemento de ferramentas de simulación numérica axeitadas para abordar problemas relacionados coa xestión de recursos hídricos, e máis concretamente a análise e xestión de eventos de risco”. O seu traballo centrouse en aumentar a eficiencia computacional do módulo hidrodinámico e do módulo de calidade de augas de Iber e a súa aplicación no desenvolvemento dun sistema de alerta temperá de inundacións. “Para alcanzar estes obxectivos desenvolveuse unha nova implementación do modelo Iber, chama da Iber+, que mediante técnicas de computación de altas prestacións é capaz de utilizar de forma efectiva a máxima potencia de cálculo tanto das CPU multi-núcleo como das GPU ou tarxetas gráficas”, indica o investigador.

Iber, detalla Orlando García, “é un modelo numérico que resolve as ecuacións de augas pouco profundas en dúas dimensións utilizando o método dos volumes finitos e mallas non estruturadas”. Presentado en 2010 froito da colaboración entre o grupo Geama da Universidade da Coruña, o grupo Flumen da Universitat Politècnica de Catalunya, o Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería e o Centro de Estudos Hidrográficos do Cedex, este programa está orientado principalmente á simulación de fluxos de lámina libre en concas de ríos e estuarios non estratificados. Ademais de resolver a hidrodinámica, Iber tamén incorpora unha serie de módulos que amplían a súa funcionalidade como o módulo de calidade de augas, o de hidroloxía ou o de transporte de sedimentos. “Este modelo tense empregado con éxito en multitude de aplicacións e estudos. Porén, unha das súas limitacións principais é o seu elevado tempo de execución”, sinala o xa doutor pola Universidade de Vigo. Segundo explica o investigador, ao ser deseñado para utilizar un único procesador, Iber non pode usar eficientemente a capacidade de cálculo das arquitecturas de hardware actuais que presentan un alto nivel de paralelismo. “Esta desvantaxe limita a súa aplicación efectiva en diversas aplicacións como poden ser os sistemas de alerta temperá, calibración e análise de incerteza ou a simulación de grandes dominios espazo-temporais”, afirma o enxeñeiro informático.

Iber+

Para contrarrestar esta limitación, “a nova implementación, denominada Iber+, demostrou ser capaz de acelerar a velocidade de execución das simulacións en dúas ordes de magnitude mantendo a precisión dos resultados, o que permite abordar simulacións máis grandes en menos tempo”, sinala Orlando García. Ademais, engade, do módulo principal que implementa a hidrodinámica tamén se realizou unha paralelización completa para os módulos de turbulencia, hidroloxía e calidade de augas. A nova metodoloxía presentada para a modelaxe hidrolóxica, subliña o seu responsable, permite simular de forma efectiva eventos de duración arbitraria cun número reducido de parámetros, o cal é especialmente conveniente en zonas pouco estudadas. “Estes desenvolvementos amosáronse eficaces á hora de estudar fenómenos extremos de inundación, sendo aplicados con éxito na reprodución de eventos de inundación históricos”, engade o investigador de Ephyslab. Nestes estudos, apunta, son necesarias un elevado número de simulacións para a calibración de parámetros debido á limitada dispoñibilidade de datos en moitos casos e a utilización dun modelo hidráulico eficiente permite realizar estas simulacións nun tempo razoable.

Por último, explica Orlando García, “o desenvolvemento de Iber+ foi fundamental na creación de Midas, un sistema de alerta temperá de inundacións para o río Miño. Este sistema é capaz predicir de forma precisa eventos de inundación en zonas urbanas a partir de datos de precipitación (modelos de predición e/ou pluviómetros) e caudal antecedente de estacións de control”. O sistema, engade, “é capaz de proporcionar ás correspondentes autoridades mapas de risco detallados nunha marxe de tempo reducido. Ademais, pode ser adaptado de forma sinxela a outras rexións”. Todos os compoñentes do sistema de alerta temperá desenvolvidos nesta tese están dispoñibles de forma gratuíta na web de Iber.