En el ámbito de la computación de alto rendimiento, el programa Iber es un referente internacional desde hace varios años en la modelización numérica de auga en diversas dimensiones. Entre las diversas instituciones estatales que participan en su desarrollo está el grupo del Laboratorio de Física Ambiental de la Universidad de Vigo (Ephyslab-CIM). En su tarea de investigación, el investigador de este grupo Orlando García aumentó la eficiencia computacional de los módulos hidrodinámicos y de calidad de las aguas de Iber para mejorar su aplicación en el análisis y la gestión de eventos de riesgo. Estas implementaciones se aplicaron en el sistema Midas de alerta de temperatura de inundación para el río Miño.
La tesis, dirigida por José Manuel Domínguez y Arno Formella, lleva por título Desenvolvimiento y optimización del modelo hidráulico Iber+: aplicación a eventos de riesgo. Sobre la relevancia de la temática abordada en él, su autor señala que «la gestión de recursos hídricos es una actividad fundamental en la sociedad que reporta múltiples beneficios», entre ellos la mitigación de sequías e inundaciones. En un contexto de aumento de la frecuencia y gravedad de las inundaciones, según Orlando García, «resulta fundamental el uso de herramientas axiales que permitan mejorar la planificación de los recursos hídricos y reducir los posibles riesgos». Entre estas herramientas, el eje informático sinala como el modelo numérico «es fundamental», ya que permite tanto la simulación de múltiples escenarios virtuosos (co conseguinte aforro de recursos) como la medición de numerosas magnitudes físicas que pueden resultar difíciles o imposibles de medir con precisión en el mundo real.
Aumentando la potencia de cálculo
En este contexto, el objetivo principal del trabajo de Orlando García fue «el desarrollo de herramientas de simulación numérica axeitadas para abordar problemas relacionados con la gestión de recursos hídricos, y más concretamente el análisis y la gestión de eventos de riesgo». Su trabajo se centra en aumentar la eficiencia computacional del módulo hidrodinámico y del módulo de calidad de augas de Iber y su aplicación en el desarrollo de un sistema de alerta de inundaciones. «Para alcanzar estos objetivos se ha desarrollado una nueva implementación del modelo Iber, llamada Iber+, que mediante técnicas de computación de altas prestaciones es capaz de utilizar de forma efectiva la máxima potencia de cálculo tanto de las CPU multinúcleo como de las GPU o tarxetas gráficas», indica el investigador.
Iber, detalla Orlando García, «es un modelo numérico que resuelve ecuaciones de agujeros poco profundos en dos dimensiones utilizando el método de los volúmenes finitos y las mallas no estruturadas». Presentado en 2010 fruto de la 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 a la simulación de flujos de lámina libre en concas de ríos y estuarios no estratificados. Además de resolver la hidrodinámica, Iber también incorpora una serie de módulos que amplían su funcionalidad como el módulo de calidad de aguas, el de hidroloxia o el de transporte de sedimentos. «Este modelo se ha empleado con éxito en multitud de aplicaciones y estudios. Por ello, una de las principales limitaciones es su elevado tiempo de ejecución», señala el exdirector de la Universidad de Vigo. Segundo explica el investigador, ao ser deseñado para utilizar un único procesador, Iber no puede usar eficientemente la capacidad de cálculo das arquitecturas de hardware actuais que presentan un alto nivel de paralelismo. «Esta desventaja limita su aplicación efectiva en diversas aplicaciones como pueden ser los sistemas de alerta de temperatura, calibración y análisis de incertidumbre o la simulación de grandes dominios espacio-temporales», afirma el ingeniero informático.
Iber+
Para contrarrestar esta limitación, «la nueva implementación, denominada Iber +, ha demostrado ser capaz de acelerar la ejecución de simulaciones en dos órdenes de magnitud manteniendo la precisión de los resultados, lo que permite abordar simulaciones más grandes en menos tiempo». «dice Orlando García. Además, agrega, del módulo principal que implementa hidrodinámica también se realizó una completa paralelización de los módulos de turbulencia, hidrología y calidad del agua. La nueva metodología presentada para la modelización hidrológica, subraya su responsable, permite simular de forma eficaz eventos de duración arbitraria con un número reducido de parámetros, lo que resulta especialmente conveniente en zonas poco estudiadas. «Estos desarrollos han demostrado ser efectivos en el estudio de los fenómenos de inundaciones extremas y se han aplicado con éxito a la reproducción de eventos históricos de inundaciones», agrega el investigador de Ephyslab. En estos estudios, señala, se requiere un elevado número de simulaciones para la calibración de parámetros debido a la limitada disponibilidad de datos en muchos casos y el uso de un modelo hidráulico eficiente permite realizar estas simulaciones en un tiempo razonable.
Finalmente, explica Orlando García, “el desarrollo de Iber + fue fundamental en la creación de Midas, un sistema de alerta temprana de inundaciones para el río Miño. Este sistema es capaz de predecir con precisión eventos de inundación en áreas urbanas a partir de datos de precipitación (modelos de predicción y / o pluviómetros) y el flujo previo de las estaciones de control. El sistema, agrega, “es capaz de proporcionar a las autoridades pertinentes mapas de riesgo detallados en poco tiempo. Además, se puede adaptar fácilmente a otras regiones. Todos los componentes del sistema de alerta temprana desarrollado en esta tesis están disponibles de forma gratuita en la web de Iber.
Fuente: Universidade de Vigo
