Millora del rendiment computacional de WaterpyBal mitjançant tècniques de programació paral·lela per a l'avaluació horària de la recàrrega d'aigües subterrànies
Year: 2026
Type: dissertation
Abstract: Els models de balanç hídric són essencials per a una gestió sostenible dels recursos hídrics, però les simulacions d'alta resolució i de llarg termini comporten reptes computacionals significatius. La biblioteca de codi obert en Python WaterpyBal (Hassanzadeh et al., 2024) proporciona eines completes per a l'avaluació de la recàrrega d'aqüífers i la modelització del balanç hídric del sòl, incloent-hi el processament de dades espaiotemporals, els càlculs d'infiltració, escorrentia i evapotranspiració potencial (PET), així com la integració del cicle urbà de l'aigua. Tanmateix, el seu mode d'execució serial presenta dificultats amb conjunts de dades a gran escala, especialment el mòdul de PET, que representa més del 60 % del temps total de càlcul. Aquest estudi integra WaterpyBal amb el marc de programació paral·lela basada en tasques PyCOMPSs per optimitzar els càlculs de PET i permetre una computació distribuïda eficient. Es van dissenyar i implementar cinc variants de càlcul de PET, que van des de bucles serials fins a enfocaments paral·lels basats en tasques, mecanismes per blocs, encapsulació d'arrays i algoritmes vectoritzats. Les avaluacions es van dur a terme a la plataforma de supercomputació MareNostrum utilitzant un conjunt de dades que abasta 4 anys × 760 × 430 punts de graella. Els resultats mostren que la versió òptima (v5) assoleix una acceleració de 35,1 vegades respecte a la implementació original de WaterpyBal (v1), millorant de manera notable l'eficiència de les simulacions. Aquesta recerca estableix un camí tècnic viable i un marc de validació per a la paral·lelització de models hidrològics, ampliant l'aplicabilitat de WaterpyBal a càlculs a escala massiva. A més, ofereix eines eficients per a simulacions d'escenaris de canvi climàtic i per a la gestió dels recursos hídrics en temps real.
Author: Li, Junjie
Institution: Universitat Politècnica de Catalunya
Language: English
Subfield: Hardware and Architecture
Field: Computer Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7154821386