SEI+II (GEO): An IT-Enabled, Hierarchical and Patch Dynamic Environment for Modeling Complex, 3D Groundwater Systems Across Multiple Spatial Scales

SEI II (GEO):一个 IT 支持的分层动态环境,用于跨多个空间尺度的复杂 3D 地下水系统建模

基本信息

  • 批准号:
    0430987
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2004-09-01 至 2008-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Despite the recent dramatic growth of computational capability, our ability to model complex, 3D groundwater systems is still severely limited because of a number of tough computational and conceptual challenges including: the machine bottleneck; the algorithmic bottleneck; and the data assimilation problem. This research addresses systematically these fundamental difficulties in large-scale groundwater modeling using an interdisciplinary approach. In particular, the research takes advantage of hierarchy theory and develops: a hierarchical and patch dynamic framework for modeling complex groundwater systems across multiple scales; and a new modeling paradigm that resolves a significant computer science problem - a barrier to the practical implementation of hierarchical modeling. Specifically, the new, IT-enabled, and hierarchical patch dynamic framework will: (a) allow modeling complex groundwater systems without having to solve large, ill-conditioned matrix systems and thus eliminate or substantially alleviate the infamous "curse of dimensionality" and the associated computational bottlenecks in 3D groundwater modeling; (b) provide a systematic "scaling ladder" to link data and models across multiple scales and assimilate information from disparate sources; and (c) provide on the fly integration of hierarchical computations and visualizations, free users from having to interact with each subscale modeling patches, and eliminate the associated human bottlenecks. The proposed hierarchical modeling environment may potentially change the way computational modeling is done in groundwater hydrology and substantially improve our ability to understand subsurface systems, processes, and scale interactions and to develop model-based tools for integrated water resources management and environmental cleanup.
尽管最近的计算能力急剧增长,我们的能力,复杂的三维地下水系统建模仍然是严重受限的,因为一些坚韧的计算和概念的挑战,包括:机器瓶颈;算法瓶颈;和数据同化问题。 本研究系统地解决了这些基本困难,在大规模地下水模拟使用跨学科的方法。特别是,该研究利用层次理论和开发:一个层次和补丁动态框架,在多个尺度上模拟复杂的地下水系统;和一个新的建模范式,解决了一个重要的计算机科学问题-层次建模的实际实施的障碍。 (a)允许模拟复杂的地下水系统,而不必求解大的病态矩阵系统,从而消除或大大减轻3D地下水模拟中臭名昭著的“维数灾难”和相关的计算瓶颈;(B)提供一个系统性的“阶梯”,将多个尺度的数据和模型联系起来,并吸收不同来源的信息;以及(c)提供分层计算和可视化的动态集成,使用户不必与每个子尺度建模块交互,并消除相关的人力瓶颈。所提出的分层建模环境可能会改变地下水水文计算建模的方式,并大大提高我们理解地下系统,过程和尺度相互作用的能力,并开发基于模型的工具,用于综合水资源管理和环境清理。

项目成果

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