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并行化洪水演进模拟研究综述

2021-07-14张大伟姜晓明向立云

计算机工程与应用 2021年13期
关键词:效率结构模型

李 健,张大伟,姜晓明,向立云

1.中国地质大学(武汉)海洋学院,武汉430074

2.中国水利水电科学研究院防洪减灾所,北京100038

3.水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心,北京100038

洪水风险图编制是防汛减灾非工程措施的重要手段,对降低洪水灾害至关重要。但在实际应用中,洪水、降雨和地形条件复杂多变,实际汛情与计算方案情景差别很大,制约了洪水风险图的实际应用效果[1]。实施可针对多种情景、任意边界条件、实时演示和人机交互式计算的洪水演进模拟,为防汛决策等提供动态、实时的洪水淹没信息,具有重要的现实意义。但是,基于水动力计算的洪水演进模拟计算量较大时,模拟耗时延长,将妨碍洪水淹没的实时演示和防洪决策,并行化计算可解决此类问题[1]。

洪水演进模拟是计算水力学领域的一个重要研究方向,涉及繁杂的数值算法、研究手段和编程技术等,目前已几乎不可能对其进行全面详尽的综述。然而,实际应用中多采用基于Godunov 型有限体积算法和网格计算的洪水演进模型,涉及到复杂地形处理、干湿前锋追踪、通量格式和谐性、模型鲁棒性等问题[2],对此国内外学者从不同角度撰写了大量综述性论文,包括:洪水模拟的不同物理机制[3]、洪水演进模型的复杂度分析[4]、洪水淹没的不确定性分析[5]、城市洪水淹没模拟[6]。近年来计算机硬件和软件的发展,尤其异构并行计算技术的发展,极大地推动了洪水演进模型的研发。但是,目前仅有覃金帛等[7]介绍GPU并行优化在水文计算和水库调度研究中的应用,未见有系统性介绍并行化洪水演进模拟的综述性论文。……

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