Pular para o conteúdo principal

Validação da malha Voronoi

Os produtos Voronoi são gerados pelo HydroBathyDEM e consumidos por meio do contrato de malha compartilhado descrito em Arquitetura do ecossistema. O HydroPolMesh é um protótipo de migração, e não uma dependência de execução.

O caminho de volumes finitos em malha Voronoi é um modo de malha separado do fluxo de produção raster D4. Ele usa as áreas exatas dos polígonos e a topologia das arestas, e pode combinar o escoamento 2D resolvido com um grafo de canais subgrade no estilo de Neal para rios mais estreitos que a malha.

Dois painéis comparam a grade regular D4 e a malha Voronoi: células e ligações, métodos de roteamento e módulos opcionais; abaixo, as opções de subgrade de cada uma, com o roteamento que cada opção exige

Figura 1. A grade regular e a malha Voronoi, que também roda quadtrees. Na malha, os módulos opcionais rodam no motor de CPU (NumPy), sem a classificação do modo 3.

Escopo suportado atualmente​

Modo de roteamentoPolígonos 2D resolvidosGrafo de canais de NealEstado da execução
Inercial localsimsimValidação em CPU aprovada
CinemáticosimnãoValidação preliminar (smoke) em CPU aprovada
Difusivo explícitosimnãoValidação preliminar (smoke) em CPU aprovada
Momento completosimnãoValidação por benchmark em CPU aprovada

Esses resultados vêm de execuções em CPU. No HydroPol2D-Python, um motor de malha em JAX também roda casos em malha numa GPU CUDA; o HydroPol2D-MATLAB ainda interrompe uma simulação Voronoi que pede a GPU. As malhas na escala da Índia também ainda não foram validadas. Nem os resultados em GPU nem o comportamento na escala da Índia devem ser inferidos a partir dos resultados controlados em CPU.

As opções públicas de subgrade distinguem o canal de Neal na grade estruturada, as tabelas de consulta estruturadas e as relações subgrade Voronoi. Ativar uma delas não ativa silenciosamente nenhuma das outras.

O que é verificado​

Os testes da malha e do solver cobrem a validade da geometria, a conservação, o lago em repouso, o molhamento e a secagem, a contabilidade das forçantes e das águas subterrâneas, as transições entre o escoamento resolvido e o subgrade e as comparações com referências em resolução fina. O passo de tempo é limitado pela soma das capacidades de sinal sobre todas as faces incidentes. Em um grafo de Neal, ele também usa o limite de percurso de cada trecho de canal e de cada transição, e o limite de armazenamento em cada nó de canal.

O teste autônomo de CFL dos canais usa dois trechos de 100 m que se encontram em um nó e uma transição entre o escoamento resolvido e o subgrade. O seu primeiro passo adaptativo é de 7,821 s, contra um limite de onda de 15,641 s para um único trecho, e a massa fecha exatamente. Isso confirma que o limitador do grafo considera todos os caminhos incidentes.

Módulos opcionais​

No motor de CPU, o HydroPol2D-Python roda os módulos opcionais da grade regular nas células da malha, cada um com as próprias equações da grade. Os testes rodam cada módulo na grade e em uma malha formada pelas próprias células quadradas da grade, e comparam:

MóduloO que é comparado na malha quadrada
Instabilidade humanaÍndice final e máximo, mapas do índice; a velocidade na célula da malha contra a da grade em campos aleatórios
NeveMapas de SWE, profundidade e infiltração, com o esquema de solo padrão e o em camadas
ReservatóriosVazão liberada, armazenamento e todas as séries dos contornos internos
Drenagem urbanaCargas e armazenamento nos nós, vazão nos condutos e nas bocas de lobo, volume nos exutórios da rede, número de subpassos
Qualidade da águaMassa, exportação e concentração do poluente; a lavagem pelas arestas contra a da grade em campos aleatórios
Infraestrutura verdeArmazenamento, captação, extravasamento, exfiltração e dreno de fundo por unidade, os três mapas de infraestrutura verde, com o esquema de solo padrão e o em camadas
Bacias de detençãoNível, armazenamento, vazão lateral de entrada e vazões dos dispositivos, com e sem águas subterrâneas, com o esquema de solo padrão e o em camadas

Cada par concorda até 1e-10 ou melhor, e toda simulação na malha fecha o seu balanço hídrico até 1e-9 m³. As comparações usam escoamento suave, em que os dois solvers de superfície concordam até o arredondamento; Limitações lista o que ainda está em aberto.

Interpretação​

Esses resultados estabelecem que os caminhos numéricos testados se comportam de forma conservativa nos seus casos controlados. Eles não validam previsões de inundação em escala de campo, escolhas de geração de malha para uma bacia específica, a execução em GPU nem o desempenho de produção na Índia. Isso exige QA dedicado da malha, benchmarks de tempo de execução e comparação com observações ou com uma referência defensável.

O registro executável do lado do modelo é mantido no repositório em Validation/Voronoi/README.md e Validation/Voronoi/VALIDATION_RESULTS.md.