Под защитой «НИМФЫ»

В Российском федеральном ядерном центре – ВНИИЭФ активно ведутся работы в интересах гражданских отраслей промышленности. Программный комплекс «НИМФА» для моделирования в области гидрогеологии может положить конец монополии импортного программного продукта на российском рынке.

О разработке ядерного центра рассказывают руководители работ начальник лаборатории Олег Бутнев и старший научный сотрудник Игорь Горев.

– Кому принадлежит идея создания и кто основные разработчики программного комплекса «НИМФА»?

– Идея родилась в процессе общения на одной из конференций сотрудника ВНИИЭФ Игоря Васильевича Горева и профессора Казанского университета Александра Васильевича Костерина. Было это в середине 1990-х, когда появился Международный научно-технический центр (МНТЦ) для поддержки работников атомной отрасли, и многие активные сотрудники ВНИИЭФ стали подавать свои предложения. Тема разработки программного обеспечения для гидрогеологии получила поддержку от зарубежных ученых (например, профессора Адлер, Франция), и в 1998 году был выделен грант. С первого же гранта в МНТЦ (а всего их было семь) сложился уникальный коллектив из представителей двух университетов, института РАН и ВНИИЭФ:

– НИИ математики и механики им. Н. Г. Чеботарева Казанского государственного университета: Чекалин А. Н., Храмченков М. Г., Савельев А. А.;

– Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (геологический факультет): Лехов А. В., Поздняков С. П.;

– Санкт-Петербургское отделение Института геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН: Румынин В. Г., Румянцев В. А., Хархордин И. Л., Коносавский П. К.

– РФЯЦ-ВНИИЭФ: Базин А. А., Гаврилов Н. В., Горев В. В., Горев И. В., Дерюгин Ю. Н., Панов А. И., Селин В. И., Субботин А. Н.

Университеты и ИГЭ РАН привнесли в проект теоретические и практические знания о предметной области, до тех пор нам не знакомой. Сотрудники ВНИИЭФ вложили свой опыт разработки численных схем, алгоритмов, программирования. За прошедшие годы коллектив участников проекта сильно менялся, и сейчас основные разработчики от ВНИИЭФ – это молодые сотрудники Машенькин П. А., Сидоров М. Л., Пронин В. А., Кузнецов В. Ю., Колесников С. С., Яруллин А. Д. Руководителями работ являются Бутнев О. И. и Горев И. В. Методическое сопровождение проекта сейчас осуществляют сотрудники ФГУГП «Гидроспецгеология» Куваев А. А. и Семенов М. Е.

– Почему разработка получила такое название?

– Изначально предлагалось множество названий. Слово «НИМФА» постепенно вытеснило все прочие и стало официальным. Можно рассматривать его как аббревиатуру, например, Научные Исследования в области Миграции и Фильтрации. Для нас это слово символизирует ручей, родник, чистую воду, то есть все то, что можно и нужно беречь с помощью «НИМФЫ».

– Когда комплекс «НИМФА» стал применяться в гражданских отраслях?

– Первым применением программы в гражданской отрасли стало выполнение в 2006 году проекта МНТЦ по оценке влияния Токтогульского водохранилища на качество воды в реке Нарын в Киргизии. В горных породах присутствуют соли урана и тяжелых металлов, и во время таяния снегов они попадают в водохранилище, а летом, во время полива – и на поля. Поэтому перед институтом водных проблем в Бишкеке стояла задача понять режимы работы водохранилища и расхода воды, чтобы как можно меньше загрязнений попадало в поливную воду. Работа была комплексной. С помощью «НИМФЫ» была создана модель района Токтогульского водохранилища. Это было хорошим стимулом и хорошей проверкой для программы, поскольку создать расчетную сетку для такого сложного рельефа было непросто. «НИМФА» получила на этом хорошее развитие. МНТЦ признал работу успешной. Правительству Киргизии были выданы рекомендации по режиму работы водохранилища.

Затем в 2009 году решались задачи по выбору оптимального режима работы нефтедобывающих скважин на залежи 303 Протвинского горизонта и моделированию внеконтурного заводнения на Степноозерском месторождении (Республика Татарстан).

Чтобы увеличить объем добываемой нефти из месторождения, в скважину нагнетают воду, чтобы нефть «растолкать». При этом работа скважины может быть циклической: как «откачивающая», когда из нее выкачивается вода, и как «нагнетательная», когда нагнетается вода для поступления нефти в другие скважины. Эта технология помогает добыть дополнительные объемы нефти.

Заказчиком работ выступило ОАО «Татнефтеотдача», которому еще в 2009 году были переданы необходимые для дальнейшего сотрудничества материалы. К сожалению, экономический кризис повлиял на перспективы взаимодействия. Ведь для проверки апробируемых методов необходимо останавливать нефтедобычу в мелких скважинах, на что нефтяники не пойдут. В итоге контакты с потенциальными заказчиками были потеряны, но был приобретен ценный опыт развития «НИМФЫ» и для решения задач в области нефтедобычи – гидродинамическое моделирование, моделирование работы скважин, движения жидкости в пластах.

До 2013 года наш программный комплекс применялся в ГУП «Геоцентр РТ», ОАО «НИИИ Энергоизыскания», ОАО «ВНИМИ», сейчас он используется во ФГУГП «Гидроспецгеология».

– Каковы перспективы сотрудничества с «Гидроспецгеологией»?

– В 2013 году генеральным директором Госкорпорации «Росатом» Сергеем Кириенко была подписана программа доработки и внедрения инновационного отечественного программного продукта «Программный комплекс «НИМФА» на 2013–2016 годы. Она успешно выполнялась в 2014 году, ее реализация продолжается в настоящее время. В сентябре 2015 года была подписана актуализированная программа. По сути, это пролонгация нашей работы до 2017 года. То есть «НИМФА» будет функционально развиваться и дальше. Кроме того, гидрогеологами осуществляется мониторинг потенциально опасных объектов Росатома в рамках программы развития объектного мониторинга состояния недр (ОМСН), утвержденной Госкорпорацией «Росатом».

– «Гидроспецгеология» использует также и импортные коды. Вы проводили сравнение?

– Плюсом программного комплекса «НИМФА» в сравнении с зарубежными аналогами является то, что он разрабатывался для ведения расчетов в параллельном режиме, и это значительно увеличивает скорость расчетов.

По функциональным возможностям «НИМФА» сравнима с последней версией программы ModFlow. Львиная доля расчетов в гидрогеологии ведется с применением этой программы, и результаты признаются Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых. Мы специально дорабатывали алгоритм нашего программного комплекса в сторону углубления. В 2016 году ожидается аттестация «НИМФЫ» в Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности, и в будущем она должна стать отраслевым стандартом, по крайней мере, для Росатома.

– Как ведется сотрудничество с конечными пользователями?

– Пока у нас еще нет коммерческих продаж программного продукта. До сих пор заключались договоры на совместную разработку и проведение расчетов. Гидрогеологи формулируют задачу, готовят геологическую модель. Наши сотрудники строят расчетную модель, совместно с геологами калибруют ее и затем получают результат (обычно это оценка водных запасов или прогноз распространения загрязнений в подземных водах).

– Где планируется использовать комплекс в средне- и долгосрочной перспективе?

– В первую очередь это ФГУГП «Гидроспецгеология», а также предприятия Росатома и Минприроды, которые занимаются вопросами создания постоянно действующих моделей для ведения мониторинга сред на техногенно нагруженных территориях, создания экспертных систем для принятия обоснованных управленческих решений в условиях интенсивного техногенного воздействия на природную среду, прогноза последствий штатной эксплуатации и аварийного воздействия предприятий на поверхностные объекты и подземное пространство, оценки эффективности мер по предотвращению загрязнения поверхности и подземного пространства (например, при сооружении миграционных завес), оптимизации технологического цикла и т. п., обоснования выбора площадок для АЭС, разработки адаптированных сценариев штатного и аварийного воздействия предприятий ЯТЦ на окружающую среду, прогнозирования воздействия (в том числе долгосрочного) на природную среду при захоронении (окончательной изоляции) радиоактивных и токсичных отходов в поверхностных и подземных хранилищах (могильниках).

– Какова конкурентоспособность продукта?

– В настоящий момент на российском рынке программного обеспечения для моделирования в области гидрогеологии доминируют импортные программные продукты производства США, а отечественное ПО практически не представлено. При этом импортные программные продукты являются закрытыми кодами и имеют ряд недостатков, ограничивающих возможности их применения. Это ориентировка на персональные компьютеры и связанное с этим значительное время счета, ограничения по использованию на современных высокопараллельных суперЭВМ, невозможность оперативной адаптации программных кодов к новым задачам, лицензионные ограничения по использованию, невозможность обеспечения требований по защите информации.

Наша программа лишена указанных недостатков. По наиболее важному для пользователей параметру – быстрому решению объемных и сложных задач – пакет «НИМФА» имеет очень серьезные преимущества. Время решения таких задач в параллельном режиме уменьшается в сотни и тысячи раз.

– На каких компьютерах работает программный комплекс?

– На суперЭВМ производства РФЯЦ-ВНИИЭФ. Одним из основных принципов с самого начала создания кода был принцип независимости от сторонних библиотек. Поэтому при переходе на наши суперЭВМ потребовалась доработка только для возможности параллельного счета.

Кроме того, мы опирались на идею комплексного подхода к внедрению суперкомпьютерных технологий. Наши предложения включали в себя технологии использования удаленных вычислений на суперЭВМ РФЯЦ-ВНИИЭФ, поставки аппаратно-программных комплексов на базе компактных суперЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ, а также разработки отечественного системного и прикладного программного обеспечения. Например, мы осуществили поставку во ФГУГП «Гидроспецгеология» пакета программ «НИМФА», установленного на компактной суперЭВМ, чтобы обеспечить возможность проведения в параллельном режиме по программе «НИМФА» тех расчетов, которые невозможно выполнить в скалярном режиме на персональном компьютере с помощью импортного ПО.

Важнейшей проблемой дальнейшего развития атомной отрасли страны является обеспечение безопасного обращения с радиационно опасными отходами. В этой связи актуальным вопросом, имеющим значительный общественный резонанс, является получение достоверной информации о воздействии ядерных радиационно опасных объектов на грунты, грунтовые и поверхностные воды. Созданный нами пакет программ «НИМФА» позволил фактически совершить прорыв в вопросах численного моделирования сложных физико-химических процессов подземной гидродинамики и обеспечить существенные преимущества перед зарубежными пакетами программ.

Пресс-отдел РФЯЦ-ВНИИЭФ

Читайте также
Комментарии