OpenMP在CO2地质储存数值模拟并行计算中的应用

2018-10-15杨艳林许天福

水文地质工程地质 2018年5期

杨艳林，许天福，靖晶

(1.武汉地质调查中心，湖北武汉 430205；2.吉林大学环境与资源学院，吉林长春 130021；3.中国地质大学(武汉)环境学院, 湖北武汉 430074)

CO2地质封存作为CO2减排的重要方式，受到世界各国政府与大量学者的广泛关注。数值模型在CO2地质封存场地选择、封存能力与安全性评估等方面发挥了重要作用[1～6]。TOUGH2-ECO2N程序是专门用于CO2地质储存的数值模拟器，模拟结果准确可靠，得到了广泛应用[7～9]；但随着研究的不断深入，其对场地级精细模拟和长时间跨度的高仿真数值模拟提出了迫切需求。基于此，国内外学者提出了OpenMP、PVM、MPI和GPU等并行计算技术[10]，同时开发出一些通用的并行求解器，如AZTEC、PETSc、Hypre[11]；以及区域分解工具，如Metis、ParMETIS。在CO2地质封存领域也取得了一些成果，如国外PFLOTRAN、AM、HBGC123D以及PARSWMS等并行模拟器，成功应用于CO2地质封存；以及国内张可霓等[12]基于MPI开发了TOUGH2-MP，可快速地完成CO2地质封存数值模拟；朱彤[13]利用GPU，米东等[14]利用MPI加速TOUGHREACT，完成了注入CO2的水岩相互作用模拟。这些研究在加快计算速度和提高求解规模方面取得了一定的进展，同时也为本文的研究提供了参考。

OpenMP是共享编程的典型编程模型，是计算机硬件、软件厂商联合发表的共享内存编程应用程序接口，具有编程简单、灵活、开发周期短、并行效率高、支持多种语言和多种操作系统等特点。本文在Windows PC机上，提出了利用OpenMP并行化TOUGH2-ECO2N模拟器的方法，大大增强了其计算规模及效率的能力。