[發(fā)明專利]一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法

有效

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• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114707325B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張傳才;馬艷艷;秦奮;楊康;劉亞靜
• 申請（專利權(quán)）人: 洛陽師范學(xué)院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F9/50;G06F15/163
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

本發(fā)明提供一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法，包括以下步驟：對被研究流域的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行水文分析，提取得到多個子流域；將具有空間依賴關(guān)系的多個子流域合并，得到一個主河網(wǎng)子流域；對于剩余的不具有空間依賴關(guān)系的子流域，作為外層子流域；對主河網(wǎng)子流域和外層子流域進(jìn)行狀態(tài)標(biāo)注；對外層子流域和主河網(wǎng)子流域進(jìn)行串并耦合動態(tài)模擬。本發(fā)明提供一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法，使用多處理器的硬件并行處理能力，運用計算機的并行技術(shù)，實現(xiàn)顧及串聯(lián)特征的水文過程的并行模擬，有效提高水文過程模擬的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水文過程模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法。

背景技術(shù)

水文模擬，是采用物理水文模型對流域發(fā)生的水文過程進(jìn)行模擬，例如，模擬一次暴雨的整個水文過程；其中，整個水文過程包括：降水過程、植被截留過程、土壤下滲過程、降水填洼過程、產(chǎn)流過程和匯流過程等。

物理水文模型進(jìn)行水文過程模擬時，需要考慮流域的空間差異性和水文過程的時間特性。空間分布上，將流域離散為像元陣列，每個像元的水文數(shù)據(jù)各不相同，包括：降雨強度不同，下滲率不同，水深和流量等都不同。因此，在模擬流域一次暴雨過程時，從降雨開始，每個時間步長模擬流域像元陣列上每個像元位置的降雨量、截溜量、下滲量、產(chǎn)流量、匯流量等。

因此，物理水文模型可以模擬整個流域的詳細(xì)水文過程。在物理水文模型進(jìn)行水文過程模擬時，以時間步長為迭代周期，對流域的水文要素(流量、流速和水深等)進(jìn)行迭代模擬，通常以秒為單位，下一個時間步長的模擬以上一個時間步長的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行，因此存在時空上的依賴性。

現(xiàn)有物理水文模型進(jìn)行水文過程模擬時，由于時空依賴性，多采用串行模擬方法，需要重復(fù)迭代多次，具有水文過程模擬效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種基于物理模型的水文過程串并耦合動態(tài)模擬方法，包括以下步驟：

步驟1，對被研究流域的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行水文分析，提取得到多個子流域；根據(jù)多個子流域的匯流過程，將具有空間依賴關(guān)系的多個子流域合并，得到一個主河網(wǎng)子流域，表示為：W_m；對于剩余的不具有空間依賴關(guān)系的子流域，作為外層子流域，假設(shè)共有n個外層子流域，表示為：W₁,W₂,…,W_n；

步驟2，預(yù)估外層子流域W₁,W₂,…,W_n的運算時間，分別為：S₁,S₂,…,S_n,假設(shè)S₁S₃…S_n-1S_n…S₄S₂；

預(yù)估主河網(wǎng)子流域W_m的運算時間為S_m；

設(shè)參與模擬運算的處理器總數(shù)為p個，表示為：處理器C₁,C₂,…,C_p；pn；

步驟3，n個外層子流域W₁,W₂,…,W_n以及主河網(wǎng)子流域W_m均進(jìn)行狀態(tài)標(biāo)注；其中：標(biāo)注的狀態(tài)包括：未分配處理器狀態(tài)、某個時間步長模擬進(jìn)行中狀態(tài)和某個時間步長模擬完成狀態(tài)；

初始時，標(biāo)注的狀態(tài)均為：未分配處理器狀態(tài)；

步驟4，進(jìn)行第1個時間步長的水文過程模擬：