MODFLOW 6 Ontwikkelingen

Transcriptie

1 MODFLOW 6 Ontwikkelingen Jarno Verkaik met bijdrage van Peter Vermeulen

2 Inhoud Over MODFLOW 6 Deltares Strategisch Onderzoek ( ) Lopende ontwikkelingen Mijn toekomstvisie

3 Inleiding MODFLOW 6 Deltares heeft in periode verkenning uitgevoerd van MODFLOW voor ongestructureerde (flexibele) roosters MODFLOW 6 is de nieuwe hoofd versie (per ) Vanaf scratch opgebouwd (!) Object georienteerd Gericht op ongestructureerde roosters Sterk gekoppelde modellen (Multi-Model raamwerk)

4 Over MODFLOW 6 Ongestructureerd = cel heeft variabel aantal buren Nauwkeurige modelering nabijcomplexe geometrieen Veel gebruikt binnen Computational Fluid Dynamics Belangrijk is orthogonaliteit waarbij de stroming van cel-naar-cel zo loodrechtmogelijk moet zijn Populaire smaken: quadtree, Delaunay (driehoeken), Voronoi, quads stroming loodrecht

5 Over MODFLOW 6 (Gebalanceerde) quadtree

6 Over MODFLOW 6 Delaunay Voronoi (duaal rooster van Delaunay)

7 Over MODFLOW 6 MODFLOW-2005 Structured rooster Quasi-3D Enkel Model Nummer-gedreven invoer Enkele precisie data opslag Enkele precisie uitvoer Procedureel programma MODFLOW-88 style MODFLOW-6 Structured en unstructured rooster Fully 3D Multi Model Key-word gedreven invoer Dubbele precisie data opslag Dubbele precisie uitvoer Object-georienteerd programma Vanaf scratch opgebouwd Conclusies: MODFLOW 6 vergt meer rekentijd en geheugengebruik (CPU, RAM) Programmeren binnen MODFLOW 6 is een stuk moeilijker Op voorhand duidelijk dat direct vervangen van imodflow door MODFLOW 6 niet zomaar mogelijk is

8 Strategisch Onderzoek ( ) Belangrijke aanleiding: contact met USGS over verwachte ontwikkelingen MODFLOW 6 In 2014 gestart met voorloper MODFLOW-USG Belangrijkste onderzoeksonderwerpen: 1. Ervaring opdoen met quadtree roosters 2D: verkenning USGS GRIDGEN software 2D/3D: ontwikkeling DISQ-package voor MODFLOW-USG 3D: verkenning 3D-octree met REGIS 2. Ontwikkeling PKS parallelle solver voor MODFLOW-USG à met imod 4.0 vrijgegeven als belangrijkste nieuwe functionaliteit 3. Ontwikkeling 3-clicks prototype en verbetering solver (i.s.m. M.Sc student bij prof. Kees Vuik)

9 MODFLOW-USG: ervaring quadtrees (1) Ontwikkeling van DISQ opschalings module voor MODFLOW-USG (2014) MODFLOW-USG structured, DIS MODFLOW-USG, unstructured DISQ + GNC vergroven Simulated head Biscayne aquifer stress period 100 Constant head = 0

10 MODFLOW-USG: ervaring quadtrees (1) Ontwikkeling van DISQ opschalings module voor MODFLOW-USG (2014) MODFLOW-USG structured, DIS MODFLOW-USG, unstructured DISQ + GNC vergroven Conclusies: (1) opschalen vanuit fijne rasters geeft teveel data en rekentijd; (2) quadtrees kunnen onnauwkeurigheden geven en verbetering hiervan met ghost nodes is lastig qua invoer. Simulated head Biscayne aquifer stress period 100 Constant head = 0

11 MODFLOW-USG: ervaring quadtrees (2) Stationair testmodel beheersgebied HDSR 3D-octree lagenmodel gebaseerd op REGIS (2015/1016)

12 MODFLOW-USG: ervaring quadtrees (2) Stationair testmodel beheersgebied HDSR 3D-octree lagenmodel gebaseerd op REGIS (2015/1016) Conclusie: 3D grid generatie op basis van REGIS heeft potentieel maar de uitwerking hiervan is erg complex.

13 MODFLOW-USG: parallelle solver Parallellisatie van MODFLOW-USG (2016/2017) AGU Fall Meeting 2016: First Applications of the New Parallel Krylov Solver for MODFLOW on a National and Global Scale Jarno Verkaik, Joseph D. Hughes, Edwin H. Sutanudjaja, Paul E.V. van Walsum EGU 2017: Advanced parallel computing for the coupled PCR-GLOBWB-MODFLOW model Jarno Verkaik, Oliver Schmitz, Edwin Sutanudjaja

14 MODFLOW-USG: parallelle solver Parallellisatie van MODFLOW-USG (2016/2017) AGU Fall Meeting 2016: First Applications of the New Parallel Krylov Solver for MODFLOW on a National and Global Scale Jarno Verkaik, Joseph D. Hughes, Edwin H. Sutanudjaja, Paul E.V. van Walsum EGU 2017: Advanced parallel computing for the coupled PCR-GLOBWB-MODFLOW model Jarno Verkaik, Oliver Schmitz, Edwin Sutanudjaja Conclusies: met ongestructureerde roosters kunnen (1) eenvoudig alle inactieve cellen worden weggelaten; (2) efficient subdomeinen worden gemaakt voor parallel rekenen.

15 MODFLOW-USG: parallelle solver à solver gemigreerd naar imodflow-metaswap en vrijgegeven met imod 4.0

16 Lopende ontwikkelingen 1. Verkenning MODFLOW 6 voor imod 2. Prototype 3-clicks modellering voor Malaysie 3. Parallellisatie van MODFLOW 6 voor USGS

17 Verkenning MODFLOW 6 Visualisatievan grote ongestructureerde roosters Cruciaal hierin is snelle cell localisering Verkende oplossing: 2D-trees Slim structureren van puntdata

18 Verkenning MODFLOW 6 Werknaam nieuw imod file format: U(structured) D(ata) F(ile) Eerste visualisatie test binnen imod-gui

19 Verkenning MODFLOW 6 Snelle, hybride, rooster generatie gebaseerd op quadtree en geneste ongestructureerde roosters Quadtree als basis want gridgeneratie van driehoeken (Delaunay) is erg traag!

20 Prototype Kluang Malaysie MODFLOW 6 case voor Kimberly-Clark

21 Parallellisatie MODFLOW 6 Betaald project vanuit USGS-Deltares MOU Mijlpaal: eerste samenwerking Deltares-USGS voor MODFLOW Reeds gestart, verwachte oplevering half 2018 Samen met hoofdontwikkelaars Joe Hughes en Chris Langevin Toepassing #1: USA Groundwater Model (Wes Zell, USGS)

22 Mijn toekomstvisie 1 parallel gekoppeld MODFLOW 6 model voor heel Nederland! Die geschikt is voor kwantiteit, zoet-zout en kwaliteit Die voor alle schalen toepasbaar (landelijk, regionaal, lokaal) Die met lokale nesting (ongestructureerde roosters) en op/neerschaling nauwkeurig rekent op de lokaties die er hydrologisch toe doen (topsysteem, onttrekkingen, breuken, etc) Die de weg vrij maakt voor kalibratie op hoog resolute schaal, operationeel water management, etc. Die draait op een eigen super computer, verglijkbaar met Harmonie van het KNMI KNMI BullX B500-cluster

23 Mijn toekomstvisie 1 parallel gekoppeld MODFLOW 6 model voor heel Nederland! Die geschikt is voor kwantiteit, zoet-zout en kwaliteit Die voor alle schalen toepasbaar (landelijk, regionaal, lokaal) Die met lokale nesting (ongestructureerde roosters) en op/neerschaling nauwkeurig rekent op de lokaties die er hydrologisch toe doen (topsysteem, onttrekkingen, breuken, etc) Die de weg vrij maakt voor kalibratie op hoog resolute schaal, operationeel water management, etc. Die draait op een eigen super computer, verglijkbaar met Harmonie van het KNMI We (moeten gaan) werken aaneengezamenlijke toekomstvisie voor MODFLOW 6! KNMI BullX B500-cluster

24 Bedankt voor uw aandacht!