Математическое моделирование почвенных процессов с использованием открытого программного обеспечения

В настоящее время задача построения цифровых двойников различных природных и технических объектов является актуальной задачей. В работе рассматриваются возможности открытого ПО для разработки цифровых двойников почвенных процессов. Облачная платформа для проведения научных исследований может быть спроектирована и создана на базе аппаратно-программного комплекса, куда входят такие компоненты как сервера, система хранения данных, сетевое оборудование, стек системного программного обеспечения, виртуальные машины, микросервисы и другие элементы. Облачная платформа может быть выступать основной для проектов разработки цифровых двойников. В качестве исходных данных для построения цифрового двойника почвенных полей могут выступать метеорологические данные, данные по цифровому рельефу местности, данные по физико-химическому составу почвы, данные по сельскохозяйственным культурам, синтетические данных. В статье рассматриваются возможности открытых программных комплексов ParFlow, OpenFOAM, Paraview для моделирования почвенных процессов с использованием уравнения Ричардса для однофазной среды. Физическое моделирование проведено для случаев задания модельных почвенных полей с заданной проницаемостью и пористостью среды. В результате расчета получены поля влагонасыщенности, гидростатического напора, скорости движения влаги. В одной из модельных задач также исследовалось влияние наличия скважины на поле давления. Базовая расчетная сетка включала в себя 288 000 расчетных ячеек. Типовые расчеты проведены на вычислительном кластере ИСП РАН. Один типовой расчет запускался на 12 ядер и выполнялся по времени около 20 минут. Визуализация результатов расчета выполнена в пакете Paraview с использованием технологии фильтров и программных скриптов на языке программирования Python.