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基于多GPU数值框架的流域地表径流过程数值模拟
被引量：
1
1
作者
冯新政
张大伟
+1 位作者
徐海卿
鞠琴
《南水北调与水利科技（中英文）》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期48-55,共8页
与传统概念性水文模型相比,二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息,但是计算耗时太长的问题限制其推广应用,提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体...
与传统概念性水文模型相比,二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息,但是计算耗时太长的问题限制其推广应用,提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体积法离散完整二维浅水方程组建立模型,通过消息传递接口(message passing interface,MPI)与统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)相结合的技术实现了基于多图形处理器(graphics processing unit,GPU)的高性能加速计算,采用理想算例和真实流域算例验证模型具有较好的数值计算精度,其中,理想算例中洪峰的相对误差为0.011%,真实流域算例中洪峰的相对误差为2.98%。选取宝盖寺流域为研究对象,分析不同单元分辨率下模型的加速效果,结果表明:在5、2、1 m分辨率下,使用8张GPU卡计算获得的加速比分别为1.58、3.92、5.77,单元分辨率越高,即单元数越多,多GPU卡的加速效果越明显。基于多GPU的水动力模型加速潜力巨大,可为数字孪生流域建设提供有力技术支撑。
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关键词
水动力模型
地表径流
多GPU
Godunov格式
加速比
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职称材料
国内外不同GPU用于洪水模拟时加速性能对比分析
2
作者
张大伟
冯新政
+3 位作者
林文青
毕吴瑕
王玮琦
王帆
《中国水利水电科学研究院学报（中英文）》
北大核心
2024年第5期530-538,共9页
由于GPU硬件技术快速发展,同时具有性价比高,可方便实现高密度并行的优点,其已成为当下实现二维洪水高性能加速模拟的主要手段。鉴于国外先进GPU芯片进口遇阻的现状,及时开展基于国产GPU的二维洪水动力学模型的计算性能研究工作是非常...
由于GPU硬件技术快速发展,同时具有性价比高,可方便实现高密度并行的优点,其已成为当下实现二维洪水高性能加速模拟的主要手段。鉴于国外先进GPU芯片进口遇阻的现状,及时开展基于国产GPU的二维洪水动力学模型的计算性能研究工作是非常必要的。对已有的与国外NVIDIA公司GPU硬件适配的二维洪水动力学模型代码进行改造,使其能够适配国产的GPU,同时选取了NVIDIA公司的两款GPU(P100和V100)和一款国产GPU(Z100)进行了性能测试。选取三个典型洪水案例进行三款GPU性能的对比分析,结果表明:(1)国产GPU(Z100)可实现二维洪水动力学模型的高性能加速计算,其计算性能与NVIDIA公司的P100性能整体相当,但是计算性能弱于V100;(2)随着计算网格数的增大,国产Z100相较于P100表现出更优越的加速性能;(3)随着GPU数量增加,单节点条件下国产GPU的加速比略低于NVIDIA的两款产品。研究成果可为洪水动力学模型的国产化环境移植提供参考。
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关键词
GPU
洪水模拟
国产化
高性能计算
对比分析
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职称材料
基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析
被引量：
10
3
作者
王帆
王晓童
+3 位作者
庄玲
王玮琦
冯新政
张大伟
《中国防汛抗旱》
2023年第9期19-24,55,共7页
在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日...
在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日照市傅疃河流域为研究对象,采用暴雨移置和洪水模拟的方式,拟定暴雨中心位于傅疃河上游三庄镇和下游日照街道两种方案,基于分布式水文模型和二维水动力模型分析了其在“7·20”特大暴雨情景下的洪水形势,并对比分析了两种方案的洪水过程影响。结果表明,两种方案下流域内的日照水库、马陵水库入库洪峰均超过其历史最大入库洪峰,下游社会经济区整体受灾范围分别为151.96 km2、166.02km2;暴雨中心位于城区时,下游区域平均淹没水深从0.46 m上涨至0.73 m,社会经济区受灾范围增加了9.3%。在现状工程条件下,山东日照市傅疃河流域在遭遇极端暴雨时,将有较大范围的居民聚集区、重要社会机构和基础设施受到洪水的侵袭,因而参考极端暴雨情景分析进行应急预案的编制和汛前演练尤为必要。
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关键词
郑州“7·20”特大暴雨
暴雨移置
傅疃河流域
洪水模拟
洪水风险图
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职称材料
题名
基于多GPU数值框架的流域地表径流过程数值模拟
被引量：
1
1
作者
冯新政
张大伟
徐海卿
鞠琴
机构
中国水利水电科学研究院
河海大学水灾害防御全国重点实验室
水安全与水科学协同创新中心
出处
《南水北调与水利科技（中英文）》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期48-55,共8页
基金
国家重点研发计划项目(2022YFC3005501)
水利部重大科技项目(SKS-2022007)
+2 种基金
中国水科院科研专项(WH0145B022021
WH0145B042021
JZ110145B0022023)。
文摘
与传统概念性水文模型相比,二维水动力模型可提供更丰富的流域地表水力要素信息,但是计算耗时太长的问题限制其推广应用,提升二维水动力模型的计算效率成为当前数字孪生流域建设工作中的关键技术难题之一。采用基于Godunov格式的有限体积法离散完整二维浅水方程组建立模型,通过消息传递接口(message passing interface,MPI)与统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)相结合的技术实现了基于多图形处理器(graphics processing unit,GPU)的高性能加速计算,采用理想算例和真实流域算例验证模型具有较好的数值计算精度,其中,理想算例中洪峰的相对误差为0.011%,真实流域算例中洪峰的相对误差为2.98%。选取宝盖寺流域为研究对象,分析不同单元分辨率下模型的加速效果,结果表明:在5、2、1 m分辨率下,使用8张GPU卡计算获得的加速比分别为1.58、3.92、5.77,单元分辨率越高,即单元数越多,多GPU卡的加速效果越明显。基于多GPU的水动力模型加速潜力巨大,可为数字孪生流域建设提供有力技术支撑。
关键词
水动力模型
地表径流
多GPU
Godunov格式
加速比
Keywords
hydrodynamic model
surface runoff
multi-GPU
Godunov scheme
speedup ratio
分类号
TV131.2 [水利工程—水力学及河流动力学]
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职称材料
题名
国内外不同GPU用于洪水模拟时加速性能对比分析
2
作者
张大伟
冯新政
林文青
毕吴瑕
王玮琦
王帆
机构
中国水利水电科学研究院
出处
《中国水利水电科学研究院学报（中英文）》
北大核心
2024年第5期530-538,共9页
基金
国家重点研发计划项目(2022YFC3005501)
水利部重大科技项目(SKS-2022007)
中国水科院科研专项(WH0145B022021)。
文摘
由于GPU硬件技术快速发展,同时具有性价比高,可方便实现高密度并行的优点,其已成为当下实现二维洪水高性能加速模拟的主要手段。鉴于国外先进GPU芯片进口遇阻的现状,及时开展基于国产GPU的二维洪水动力学模型的计算性能研究工作是非常必要的。对已有的与国外NVIDIA公司GPU硬件适配的二维洪水动力学模型代码进行改造,使其能够适配国产的GPU,同时选取了NVIDIA公司的两款GPU(P100和V100)和一款国产GPU(Z100)进行了性能测试。选取三个典型洪水案例进行三款GPU性能的对比分析,结果表明:(1)国产GPU(Z100)可实现二维洪水动力学模型的高性能加速计算,其计算性能与NVIDIA公司的P100性能整体相当,但是计算性能弱于V100;(2)随着计算网格数的增大,国产Z100相较于P100表现出更优越的加速性能;(3)随着GPU数量增加,单节点条件下国产GPU的加速比略低于NVIDIA的两款产品。研究成果可为洪水动力学模型的国产化环境移植提供参考。
关键词
GPU
洪水模拟
国产化
高性能计算
对比分析
Keywords
GPU
flood simulation
localization
high performance computing
comparative analysis
分类号
TV131.2 [水利工程—水力学及河流动力学]
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职称材料
题名
基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析
被引量：
10
3
作者
王帆
王晓童
庄玲
王玮琦
冯新政
张大伟
机构
中国水利水电科学研究院
水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心
水发规划设计有限公司
出处
《中国防汛抗旱》
2023年第9期19-24,55,共7页
基金
水灾害防御全国重点实验室“一带一路”水与可持续发展科技基金资助项目(2021491511)
水利部重大科技项目(SKS-2022007)
中国水利水电科学研究院科研专项(WH0145B022021、WH0145B042021)。
文摘
在气候变化和快速城市化扩张的背景下,我国的极端暴雨洪涝灾害风险呈增加趋势。2021年,河南郑州市“7·20”特大暴雨造成了重大人员伤亡和财产损失,暴露出对特大灾害认识准备不足、防范组织不力、应急处置不当等诸多问题。以山东日照市傅疃河流域为研究对象,采用暴雨移置和洪水模拟的方式,拟定暴雨中心位于傅疃河上游三庄镇和下游日照街道两种方案,基于分布式水文模型和二维水动力模型分析了其在“7·20”特大暴雨情景下的洪水形势,并对比分析了两种方案的洪水过程影响。结果表明,两种方案下流域内的日照水库、马陵水库入库洪峰均超过其历史最大入库洪峰,下游社会经济区整体受灾范围分别为151.96 km2、166.02km2;暴雨中心位于城区时,下游区域平均淹没水深从0.46 m上涨至0.73 m,社会经济区受灾范围增加了9.3%。在现状工程条件下,山东日照市傅疃河流域在遭遇极端暴雨时,将有较大范围的居民聚集区、重要社会机构和基础设施受到洪水的侵袭,因而参考极端暴雨情景分析进行应急预案的编制和汛前演练尤为必要。
关键词
郑州“7·20”特大暴雨
暴雨移置
傅疃河流域
洪水模拟
洪水风险图
Keywords
“7·20”extreme rainstorm
rainstorm transplantation
Futuan River Basin
flood simulation
flood risk map
分类号
TV87 [水利工程—水利水电工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于多GPU数值框架的流域地表径流过程数值模拟
冯新政
张大伟
徐海卿
鞠琴
《南水北调与水利科技（中英文）》
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
国内外不同GPU用于洪水模拟时加速性能对比分析
张大伟
冯新政
林文青
毕吴瑕
王玮琦
王帆
《中国水利水电科学研究院学报（中英文）》
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
基于郑州“7·20”特大暴雨移置的山东省傅疃河流域洪水形势分析
王帆
王晓童
庄玲
王玮琦
冯新政
张大伟
《中国防汛抗旱》
2023
10
在线阅读
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职称材料
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