Resolución de la ecuación de transporte en arquitecturas many-cores evaluando esquemas explícitos e implícitos

En este trabajo se aborda la ecuación del transporte advectiva-difusiva lineal en 3D, ecuación en derivadas parciales con términos parabólicos e hiperbólicos. Uno de los paradigmas numéricos más utilizados para la discretización (y posterior resolución) de este tipo de sistemas de ecuaciones es el método de las diferencias finitas. Este método permite hacer un abordaje con diversos esquemas, de forma tal que se pueden especificar métodos explícitos o implícitos en el tiempo o un promedio de ambos. En este trabajo se comparan diferentes esquemas de resolución (explícito y Crank-Nicolson) y diferentes métodos de resolución (SIP y predictor-corrector para el esquema no explicito), desde el punto de vista de la precisión numérica (mediante la comparación con aproximaciones analíticas) y la escalabilidad de rendimiento en el uso de plataformas masivamente paralelas. Cada esquema se implementó en dos códigos paralelos (C + CUDA y C + OpenMP). Para cada implementación se evaluó el desempeño, en precisión y tiempo de cálculo, considerando diferentes tamaños de maya, discretización temporal y criterios de convergencia, llegando a resolver casos de hasta 223.495.688 celdas. Los resultados obtenidos muestran que para el caso estudiado los métodos explícitos permiten obtener resultados con el mismo nivel de precisión que los implícitos y con tiempos de cálculo menores, cuando los primeros son implementados en GPU.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 11Facultad de Ingenierí

Resolución de la ecuación de transporte en arquitecturas many-cores evaluando esquemas explícitos e implícitos

En este trabajo se aborda la ecuación del transporte advectiva-difusiva lineal en 3D, ecuación en derivadas parciales con términos parabólicos e hiperbólicos. Uno de los paradigmas numéricos más utilizados para la discretización (y posterior resolución) de este tipo de sistemas de ecuaciones es el método de las diferencias finitas. Este método permite hacer un abordaje con diversos esquemas, de forma tal que se pueden especificar métodos explícitos o implícitos en el tiempo o un promedio de ambos. En este trabajo se comparan diferentes esquemas de resolución (explícito y Crank-Nicolson) y diferentes métodos de resolución (SIP y predictor-corrector para el esquema no explicito), desde el punto de vista de la precisión numérica (mediante la comparación con aproximaciones analíticas) y la escalabilidad de rendimiento en el uso de plataformas masivamente paralelas. Cada esquema se implementó en dos códigos paralelos (C + CUDA y C + OpenMP). Para cada implementación se evaluó el desempeño, en precisión y tiempo de cálculo, considerando diferentes tamaños de maya, discretización temporal y criterios de convergencia, llegando a resolver casos de hasta 223.495.688 celdas. Los resultados obtenidos muestran que para el caso estudiado los métodos explícitos permiten obtener resultados con el mismo nivel de precisión que los implícitos y con tiempos de cálculo menores, cuando los primeros son implementados en GPU.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 11Facultad de Ingenierí

Resolución de la ecuación de transporte en arquitecturas many-cores evaluando esquemas explícitos e implícitos

En este trabajo se aborda la ecuación del transporte advectiva-difusiva lineal en 3D, ecuación en derivadas parciales con términos parabólicos e hiperbólicos. Uno de los paradigmas numéricos más utilizados para la discretización (y posterior resolución) de este tipo de sistemas de ecuaciones es el método de las diferencias finitas. Este método permite hacer un abordaje con diversos esquemas, de forma tal que se pueden especificar métodos explícitos o implícitos en el tiempo o un promedio de ambos. En este trabajo se comparan diferentes esquemas de resolución (explícito y Crank-Nicolson) y diferentes métodos de resolución (SIP y predictor-corrector para el esquema no explicito), desde el punto de vista de la precisión numérica (mediante la comparación con aproximaciones analíticas) y la escalabilidad de rendimiento en el uso de plataformas masivamente paralelas. Cada esquema se implementó en dos códigos paralelos (C + CUDA y C + OpenMP). Para cada implementación se evaluó el desempeño, en precisión y tiempo de cálculo, considerando diferentes tamaños de maya, discretización temporal y criterios de convergencia, llegando a resolver casos de hasta 223.495.688 celdas. Los resultados obtenidos muestran que para el caso estudiado los métodos explícitos permiten obtener resultados con el mismo nivel de precisión que los implícitos y con tiempos de cálculo menores, cuando los primeros son implementados en GPU.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 11Facultad de Ingenierí

A code for multiphase reactive transport modeling of concentrated solutions under extreme dry conditions

La modelació del transport reactiu multifàsic (TRMF) involucra la simulació del flux de fases fluïdes, el transport de compostos químics i energia, i les reaccions químiques. La majoria dels codis de transport reactiu desacoblen els càlculs de flux de fases del transport reactiu. Aquesta metodologia que s'utilitza per resoldre diversos problemes de TRMF resulta inadequada per adreçá problemes com ara l'evolució de piles de deixalles mineres o la salinització de sòls a on poden trobar-se solucions concentrades o condicions d'extrema sequedat. En aquests casos la quantitat d'aigua líquida pot ser tan petita que tant el vapor com la precipitació mineral poden afectar el seu balanç. Wissmeier i Barry (2008) han desenvolupat un codi que acobla el terme font químic i els càlculs de flux, però solament serveix per a casos on el transport està limitat a la fase líquida. Tot i això, sota aquestes condicions, el transport de gas pot ser important i l'activitat de l'aigua que controla la pressió de vapor es pot veure afectada tan per efectes capil·lars com ara de la salinitat. A més, certes paragènesis (les que produeixen punts invariants) poden fixar l'activitat de l'aigua, produint que la geoquímica controli la pressió de vapor, la qual és una variable clau per simular correctament el flux de gas. Per tant, una solució que acobli el flux de fases i el transport reactiu és necessària.El principal objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar un codi de TRMF capaç de representar la influència de la geoquímica sobre els fluxes i el transport en solucions concentrades i condicions d'extrema sequedat. Com objectiu secundari s'estudien alguns casos sota aquestes condicions.En primer lloc, es discuteix l'acoblament de la salinitat i la pressió de vapor (i per tant l'evaporació), i es presenta un mètode per calcular l'evolució de sistemes altament salins. Es fa especial èmfasi en la valoració de punts invariants, on l'activitat de l'aigua és controlada pel conjunt de minerals precipitats. El mètode és contrastat contra un experiment d'evaporació d'una salmorra natural rica en MgSO4 i amb un model simplificat d'una llacuna salobre perenne. Els resultats obtinguts indiquen que la paragènesis mineral pot tenir una influència considerable sobre l'evolució de sistemes salobres en fixar la composició química durant un interval considerable de temps.En segon lloc, es discuteix l'evolució d'una solució concentrada en un mitjà porós. En aquestes condicions l'evaporació es veu afectada no solament per efectes de la salinitat sinó també per capil·lars, i per processos de transport. Es presenta una formulació composicional per TRMF que considera els efectes de l'acoblament entre processos geoquímics i hidrodinàmics, i es discuteixen alguns aspectes en relació a la seva solució numèrica. Els avantatges d'aquesta formulació són il·lustrades mitjançant la simulació de l'efecte de la deshidratació mineral en els processos hidrodinàmics en una columna de guix en condicions d'extrema sequedat. Els resultats indiquen que els efectes acoblats poden tenir una influència significativa en l'evolució de sistema.Finalment, presentem la implementació del codi. Es discuteix la importància de la flexibilitat en el desenvolupament de codis de transport reactiu mitjançant la programació orientada a objectes. Es presenten les principals classes que utilitza el codi i com interaccionen entre elles. El codi s'utilitza per modelar un experiment d'evaporació d'una columna de sorra saturada en una solució de MgSO4. La interacció entre processos hidrodinàmics i geoquímics és analitzada. Els resultats obtinguts mostren que l'aparició de punts invariants en l'extrem superior de la columna té un efecte apreciable en la valoració de la sortida de vapor i en la precipitació de sals en la columna. De fet, els punts invariants expliquen les fluctuacions espacials observades en la precipitació de sals.Multiphase Reactive Transport (MPRT) modelling involves simulating flow of fluid phases, transport of species and energy, and reactions between species within the same or different phases. Reactive transport codes decouple phase flow calculations from reactive transport. This approach has been successfully applied to a wide range of MPRT problems, but it may be unsuitable for problems like the chemical evolution of unsaturated tailings or the salinization of soils, where concentrated solutions or extremely dry conditions are be reached. The amount of liquid water in these cases can be so small that both vapor and water in hydrated minerals can be significant for the water balance. Wissmeier and Barry (2008) developed a code which couples chemical sink-sources and water flow, but only for cases where transport is limited to unsaturated liquid phase. However, under these extreme conditions gas transport becomes important and water activity, which controls vapor pressure, is affected by capillary and salinity effects. Moreover, certain mineral paragenesis (the ones that produce invariant points) fix water activity, causing the geochemistry to control vapor pressure, which is a key gas flow variable. Thus, a fully coupled solution of phase fluxes and reactive transport is required for these conditions.The main objective of this thesis is to develop a general MPRT code capable of representing the effect of geochemistry on flow and transport for concentrated solutions under extreme dry conditions. As a secondary objective, the behavior of some cases under such conditions is studied. Different aspects of this code and different cases are discussed through the chapters of this thesis. First, coupling of salinity and vapor pressure (and thus evaporation rate) is discussed, and a method for computing the evolution of high salinity systems is presented. Special emphasis is placed on the treatment of invariant points, that are sets of minerals that fix water activity. The method is applied to a natural MgSO4-rich brine evaporation experiment and to a simplified model of a perennial saline playa lake. The results indicate that mineral paragenesis can have a considerable influence on the evolution of shallow brine systems by fixing chemical composition for a significant portion of time. Second, the evolution of concentrated solution in porous media is discussed. In this scenario evaporation is affected not only by salinity but also by capillary effects. Also transport is considered. A generalized compositional formulation for MPRT, which considers coupling effects between geochemical and hydrodynamic process problems, is presented. Some aspects related to its numerical solution are discussed as well. The advantages of the formulation are illustrated by simulating the effect of mineral dehydration on the hydrodynamic processes in a gypsum column that reaches extremely dry conditions. The results indicate this significantly affects the evolution of the system.Finally, implementation of the code is presented. The importance of flexibility for reactive transport codes and the way how objects oriented programming can facilitate this feature is discussed. The code's main classes and their interactions are presented. The code is used to model a laboratory experiment where a sand column saturated with an MgSO4 solution is subject to evaporation. Extreme dry conditions and high salinity content are reached in this experiment. The interaction between hydrodynamic and geochemical processes on the model is analyzed. Model results shows that the occurrence of invariant points on the top of the domain can have an appreciable effect on the outlet of vapor from the column and on the distribution of salt precipitates along the column. In fact, invariant points explain spatial fluctuation of salt precipitates

Modeling the hydrogeochemical evolution of brine in saline systems: case study of the Sabkha of Oum El Khialate in South East Tunisia

We studied the effects of evaporation and groundwater flow on the formation of salt minerals in the Sabkha of Oum El Khialate in South East Tunisia, which contains large amounts of sulfate sodium mineral deposits. Due to the fact that there are no important surface water bodies present in this sabkha, transport of solutes is dominated by advection rather than mixing in lakes. For our study we used both analytical conservative and numerical reactive transport models. Results showed that salinity varies with distance and may reach very high levels near a watershed where the groundwater flux is zero. As a consequence, reactive transport simulations results showed that more minerals precipitate and water activity decreases values near this watershed. Model results also showed that a sequence of precipitating minerals could be deduced after 140,000 years. From the boundary of the sabkha towards the watershed the mineral sequence was dolomite, gypsum, magnesite, bloedite, halite and mirabilite. It was found that the amounts as well as the mineral precipitation distribution strongly depend on salinity and rates of inflowing water. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.Peer ReviewedPostprint (author’s final draft

Descripción del archivo Ramón Ortiz Fornaguera

It describes the digital archive of the Spanish physicist and mathematician Ramon Ortiz Fornaguera (1916-1974), whose documents are in different archives, mostly in the Ortiz family’s. Most of the documents are correspondence between Ortiz and leading national and international scientists. It also contains most of his originalteworks, records of universities and other institutions in which he studied and worked, and AGA (General Archives of Spain Administration) documents for the Education Fund (concerning to the exams he took when attemping to become a professor of Mathematical Physics) and Industry (corresponding to the Nuclear Energy Board, where he worked).Se describe el archivo digital del físico y matemático español Ramón Ortiz Fornaguera (1916-1974), cuyos soportes físicos se encuentran en diversos archivos, principalmente en el de la familia Ortiz. La mayor parte de los documentos son correspondencia entre Ortiz y destacados científicos nacionales e internacionales. También se incluyen la mayoría de sus trabajos originales, los expedientes de las universidades y otras instituciones a las que perteneció, así como documentos del AGA (Archivo General de la Administración) correspondientes al fondo de Educación (relativos a las oposiciones a cátedra en las que participó) y al de Industria (correspondiente a la Junta de Energía Nuclear, donde trabajó)

Full or Weak annotations? An adaptive strategy for budget-constrained annotation campaigns

Annotating new datasets for machine learning tasks is tedious, time-consuming, and costly. For segmentation applications, the burden is particularly high as manual delineations of relevant image content are often extremely expensive or can only be done by experts with domain-specific knowledge. Thanks to developments in transfer learning and training with weak supervision, segmentation models can now also greatly benefit from annotations of different kinds. However, for any new domain application looking to use weak supervision, the dataset builder still needs to define a strategy to distribute full segmentation and other weak annotations. Doing so is challenging, however, as it is a priori unknown how to distribute an annotation budget for a given new dataset. To this end, we propose a novel approach to determine annotation strategies for segmentation datasets, whereby estimating what proportion of segmentation and classification annotations should be collected given a fixed budget. To do so, our method sequentially determines proportions of segmentation and classification annotations to collect for budget-fractions by modeling the expected improvement of the final segmentation model. We show in our experiments that our approach yields annotations that perform very close to the optimal for a number of different annotation budgets and datasets

SanAntonioApp: visualização interativa e repositório de curvas de duração de vazão espacialmente distribuídas do arroio San Antonio - Uruguai

Agricultural irrigation projects require information on the quantity and frequency of streamflow to design irrigation systems. On the one hand, this information is obtained from gauging stations or hydrologic models. On the other hand, there are few gauging stations, and hydrologic models are expensive to implement, especially for small irrigation projects. This work proposes a method for estimating spatially distributed Flow Duration Curves (FDC), and describes the SanAntonioApp interactive application with open access and repository, which is used to share the results of this work. The proposed framework uses three years of records of a rich hydrometeorological network to implement, optimise and cross-validate the WFLOW-HBV distributed hydrologic model in San Antonio Creek (Salto, Uruguay). Then, FDC are generated by extending the simulation period with the long records of an agro-climatological station (30 years). The results of this work contribute to evaluate the water availability of the San Antonio catchment and provide information on how often this availability is guaranteed. In addition, the application allows estimating the probability of exceedance of the daily streamflow for a given month and location. This function could be used to estimate the environmental flow established in the current water regulation in Uruguay.Los proyectos de riego necesitan información sobre la cantidad y la frecuencia del caudal de los ríos para el diseño y el dimensionamiento del sistema de riego. Por un lado, esta información se obtiene a través de estaciones de aforo o modelos hidrológicos. Por otro lado, las estaciones de aforo son escasas y la implementación de modelos hidrológicos es costosa, especialmente para proyectos de riego pequeños. Este trabajo propone una metodología para estimar las curvas de duración de caudales (FDC, por sus siglas en inglés) espacialmente distribuidas, y describe la aplicación interactiva y el repositorio de acceso abierto SanAntonioApp, que es utilizado para compartir los resultados de esta investigación. El marco propuesto utiliza tres años de registros de una red hidrometeorológica densa para implementar, optimizar y validar de forma cruzada el modelo hidrológico distribuido WFLOW-HBV en el arroyo San Antonio (Salto, Uruguay). Luego, las FDC se generan extendiendo el período de simulación con una estación agroclimatológica de largo registro (30 años). Los resultados de este trabajo ayudan a evaluar la disponibilidad de agua de la cuenca de San Antonio y brindan información sobre la frecuencia con la que se garantiza esa disponibilidad. Además, la aplicación permite estimar la probabilidad de excedencia del caudal diario para un mes y el sitio determinado. Esta característica podría usarse para estimar el caudal ambiental definido por la actual regulación de usos de aguas públicas de Uruguay.Os projetos de irrigação precisam de informações sobre a quantidade e frequência da vazão do rio para o projeto e dimensionamento do sistema de irrigação. Por um lado, essas informações são obtidas por meio de estações hidrográficas ou modelos hidrológicos. Por outro lado, as estações hidrográficas são escassas e a implementação de modelos hidrológicos é cara, principalmente para pequenos projetos de irrigação. Este trabalho propõe uma metodologia para estimar curvas de permanência de vazão espacialmente distribuídas (FDC, por sua sigla em inglês) e descreve a aplicação interativa e o repositório de acesso aberto SanAntonioApp, que é utilizado para compartilhar os resultados desta pesquisa. A estrutura proposta usa 3 anos de registros de uma rede hidrometeorológica densa para implementar, otimizar e validar o modelo hidrológico distribuído WFLOW-HBV no arroio San Antonio (Salto - Uruguai). Em seguida, os FDCs são gerados estendendo o período de simulação com uma estação agroclimatológica com uma longa série de dados (30 anos). Os resultados deste trabalho ajudam a avaliar a disponibilidade de água na bacia de San Antonio e fornecem informações sobre a frequência com que essa disponibilidade é garantida. Além disso, o aplicativo permite estimar a probabilidade de superação da vazão diária para um determinado mês e local. Esta característica poderia ser usada para estimar a vazão ambiental definida pela atual regulamentação do uso público da água no Uruguai

PROOST: object-oriented approach to multiphase reactive transport modeling in porous media

Reactive transport modeling involves solving several nonlinear coupled phenomena, among them, the flow of fluid phases, the transport of chemical species and energy, and chemical reactions. There are different ways to consider this coupling that might be more or less suitable depending on the nature of the problem to be solved. In this paper we acknowledge the importance of flexibility on reactive transport codes and how object-oriented programming can facilitate this feature. We present PROOST, an object-oriented code that allows solving reactive transport problems considering different coupling approaches. The code main classes and their interactions are presented. PROOST performance is illustrated by the resolution of a multiphase reactive transport problem where geochemistry affects hydrodynamic processes.Postprint (author's final draft

Predicting OCT biological marker localization from weak annotations.

Recent developments in deep learning have shown success in accurately predicting the location of biological markers in Optical Coherence Tomography (OCT) volumes of patients with Age-Related Macular Degeneration (AMD) and Diabetic Retinopathy (DR). We propose a method that automatically locates biological markers to the Early Treatment Diabetic Retinopathy Study (ETDRS) rings, only requiring B-scan-level presence annotations. We trained a neural network using 22,723 OCT B-Scans of 460 eyes (433 patients) with AMD and DR, annotated with slice-level labels for Intraretinal Fluid (IRF) and Subretinal Fluid (SRF). The neural network outputs were mapped into the corresponding ETDRS rings. We incorporated the class annotations and domain knowledge into a loss function to constrain the output with biologically plausible solutions. The method was tested on a set of OCT volumes with 322 eyes (189 patients) with Diabetic Macular Edema, with slice-level SRF and IRF presence annotations for the ETDRS rings. Our method accurately predicted the presence of IRF and SRF in each ETDRS ring, outperforming previous baselines even in the most challenging scenarios. Our model was also successfully applied to en-face marker segmentation and showed consistency within C-scans, despite not incorporating volume information in the training process. We achieved a correlation coefficient of 0.946 for the prediction of the IRF area