基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能 被引量：1

1

作者 庞超 周祖昊 +4 位作者 刘佳嘉 石天宇 杜崇 王坤 于新哲 《南水北调与水利科技（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期33-38,共6页

针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳... 针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明:提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数(计算任务量)时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。 展开更多

关键词 基于GPU的并行算法 物理机制 分布式水文模型 WEP-l模型 计算性能

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三川河流域水资源演变个例研究 被引量：12

2

作者 仇亚琴 周祖昊 +5 位作者 贾仰文 秦大庸 王浩 严登华 姜乃迁 王国庆 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期865-872,共8页

以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程。在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响。... 以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程。在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响。在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟8种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,1980-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景8;1980-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水。情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少18.4%,地下与地表水资源不重复量15.8%,狭义水资源量18.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%。情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%。情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.8%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%。情景8和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.8%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%。研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值。 展开更多

关键词 三川河流域 水资源演变 分布式水文模型 WEP-l模型 水资源调配模型 二元水循环模型

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北京清水河流域水循环垂直地带性研究 被引量：5

3

作者 徐飞 贾仰文 +2 位作者 牛存稳 刘佳嘉 韩春苗 《水电能源科学》 北大核心 2017年第8期1-5,共5页

为明确山区地形及下垫面对水循环过程的影响,以北京市清水河流域为例,采用分布式水文模型WEP-L对清水河流域水文过程进行模拟,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析清水河流域不同海拔和下垫面的水循环要素通量变化情况。... 为明确山区地形及下垫面对水循环过程的影响,以北京市清水河流域为例,采用分布式水文模型WEP-L对清水河流域水文过程进行模拟,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析清水河流域不同海拔和下垫面的水循环要素通量变化情况。结果表明,降水和入渗量随海拔的升高而增加,蒸散发量和径流深则随海拔的升高而减少;山区水文过程呈现出在海拔较高处降水形成大量入渗,但主要在海拔较低处形成径流;不同下垫面情况的蒸散发量和径流深呈现出常绿针叶灌木林>落叶阔叶林>草甸,而入渗量则表现为草甸>落叶阔叶林>常绿针叶灌木林;海拔的差异对水循环要素的影响较下垫面对水循环要素的影响更大。该结果对于山区水循环过程的深入理解和植被生态建设具有重要意义。 展开更多

关键词 清水河流域 水循环 垂直地带性 分布式水文模型WEP-l

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“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”研究成果简介 被引量：22

4

作者 贾仰文 王浩 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2006年第2期45-52,共8页

简要介绍了在国家重点基础研究发展规划“973”项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”第二课题(G1999043602)中取得的三项主要成果:(1)流域水资源二元演化模型;(2)黄河流域水资源全口径层次化动态评价;(3)人类活动影响下的... 简要介绍了在国家重点基础研究发展规划“973”项目“黄河流域水资源演变规律与可再生性维持机理”第二课题(G1999043602)中取得的三项主要成果:(1)流域水资源二元演化模型;(2)黄河流域水资源全口径层次化动态评价;(3)人类活动影响下的黄河流域水资源演化规律。首先,将分布式流域水文模型(WEP-L)和集总式水资源调配模型(WARM)相耦合,建立了流域水资源二元演化模型。然后,在界定“广义水资源”与“狭义水资源”概念的基础上,提出了水资源全口径层次化动态评价方法,并给出了黄河流域评价成果。最后,通过比较2000年现状下垫面条件下与历史系列条件下的评价结果,以及考虑与不考虑人工取用水条件下的模拟结果,初步发现:(1)黄河流域在强烈的人类活动影响下,水资源量及其构成均发生了显著变化,地表水资源量衰减,而不重复地下水量增加;(2)在狭义水资源量衰减的同时,伴随着有效蒸散即降水有效利用的增加,流域广义水资源量有一定幅度增加。研究成果对客观评价水土保持生态建设、农田基本建设等土地利用变化的水文水资源效应,对黄河的治理规划和水安全战略具有重要参考应用价值。 展开更多

关键词 分布式水文模型 WEP-l 二元模型 水资源动态评价 水资源演变规律 人类活动影响 黄河流域

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变化环境下北京清水河流域径流响应研究 被引量：1

5

作者 徐飞 贾仰文 +1 位作者 牛存稳 刘佳嘉 《水电能源科学》 北大核心 2019年第1期17-20,共4页

为辨析北京市清水河流域在变化环境下径流量的变化情况,利用分布式水文模型(WEP-L)模拟流域水文过程,利用模型计算结果分析气候(气温、降水)和土地利用类型发生变化的情况下清水河流域径流响应情况。结果表明,汛期降水减少和气温升高导... 为辨析北京市清水河流域在变化环境下径流量的变化情况,利用分布式水文模型(WEP-L)模拟流域水文过程,利用模型计算结果分析气候(气温、降水)和土地利用类型发生变化的情况下清水河流域径流响应情况。结果表明,汛期降水减少和气温升高导致年径流量显著减少;气候变化是流域径流量减少的主要原因;在气温不变的情况下,随着降水的减少,径流量减少的量逐渐变小,但减少率增大;降水不变的情况下,径流量随着气温升高先增加后减少,减少率变化不明显;降水减少是径流量减少的主因。研究成果可为水资源开发管理和土地利用的合理规划提供依据。 展开更多

关键词 清水河流域 变化环境 径流量 分布式水文模型WEP—l

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白洋淀流域分布式水文模型开发与验证

6

作者 吕彩霞 牛存稳 +1 位作者 贾仰文 仇亚琴 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2012年第4期1-4,共4页

针对白洋淀流域水资源保护工作开发了分布式水文模型WEP-L模型。WEP-L模型是对流域水循环过程与能量循环过程的综合模拟,具有较高的模拟精度。对白洋淀流域1956～2000年的径流模拟计算表明:主要水文站的相对误差在5%以内,Nash-Sutcliff... 针对白洋淀流域水资源保护工作开发了分布式水文模型WEP-L模型。WEP-L模型是对流域水循环过程与能量循环过程的综合模拟,具有较高的模拟精度。对白洋淀流域1956～2000年的径流模拟计算表明:主要水文站的相对误差在5%以内,Nash-Sutcliffe效率系数在0.8以上,可以用于白洋淀流域的水文循环分析。 展开更多

关键词 白洋淀流域 分布式水文模型 WEP-l

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分布式水文模型时空离散化并行计算方法研究 被引量：4

7

作者 秦泽宁 周祖昊 +2 位作者 刘明堂 向东 刘佳嘉 《人民黄河》 CAS 北大核心 2020年第8期15-20,共6页

时空离散化并行计算是一种效率较高的并行计算方法,但以往的研究主要基于MPI框架和多树编码规则。为了使应用广泛的Pfafstetter编码的分布式水文模型实现时空并行计算,采用OpenMP编程模型,为WEP⁃L分布式水文模型汇流过程设计了基于Pfafs... 时空离散化并行计算是一种效率较高的并行计算方法,但以往的研究主要基于MPI框架和多树编码规则。为了使应用广泛的Pfafstetter编码的分布式水文模型实现时空并行计算,采用OpenMP编程模型,为WEP⁃L分布式水文模型汇流过程设计了基于Pfafstetter编码的分层模拟单元方法和时空离散化方法。首先分层模拟单元方法根据Pfafstetter编码规则建立子流域拓扑表,使子流域按照从上游到下游的顺序进行分层,然后在此基础上考虑时间因素重新分层实现时空离散化,最后将同一层中时间及空间上互不影响的子流域模拟任务分配给不同的线程实现并行计算。选取黄河流域作为研究区域,在不同线程条件下对并行效果进行了测试,结果表明,汇流并行化提高了模型模拟效率。基于20核的CPU,仅考虑分层模拟单元方法时,加速比最大为4.14,而采用时空离散化方法时,加速比能够达到8.17。 展开更多

关键词 OPENMP Pfafstetter 时空离散化 并行计算 WEP⁃l 分布式水文模型

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分布式水文模型区域分解并行计算方法及其应用 被引量：4

8

作者 秦泽宁 黎曙 +4 位作者 周祖昊 刘明堂 牟舵 刘佳嘉 向东 《水电能源科学》 北大核心 2020年第10期1-4,12,共5页

针对区域分解并行计算方法中存在任务分配负载不均衡、通信时间长的问题,采用OpenMP编程模型,以WEP-L分布式水文模型汇流过程为例,设计了区域分解并行方法,首先通过子流域拓扑关系表确定子流域属于干流或支流,然后将每一条支流划分为一... 针对区域分解并行计算方法中存在任务分配负载不均衡、通信时间长的问题,采用OpenMP编程模型,以WEP-L分布式水文模型汇流过程为例,设计了区域分解并行方法,首先通过子流域拓扑关系表确定子流域属于干流或支流,然后将每一条支流划分为一个水文区域,并保证水文区域中子流域按上游到下游的顺序排序,同时,为了实现分配的负载均衡,设计了基于贪心算法的优化调度,最后将支流任务分配给不同的线程计算,干流子流域采用串行计算。对黄河流域在不同线程条件下并行效果的测试结果表明,基于贪心调度的区域分解并行计算方法能有效提高汇流过程运算效率。 展开更多

关键词 分布式水文模型 汇流过程 区域分解 并行计算 WEP-l OPENMP

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拒马河流域水循环过程的多时空尺度特征 被引量：3

9

作者 徐飞 贾仰文 +1 位作者 牛存稳 刘佳嘉 《水电能源科学》 北大核心 2022年第1期18-20,167,共4页

为明晰崇陵小流域和拒马河流域水循环过程的多时空尺度特征,分别构建崇陵小流域和拒马河流域WEP-L分布式水文模型,模拟流域水循环过程,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析水循环要素时空尺度变化特征。结果表明,年、季、... 为明晰崇陵小流域和拒马河流域水循环过程的多时空尺度特征,分别构建崇陵小流域和拒马河流域WEP-L分布式水文模型,模拟流域水循环过程,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析水循环要素时空尺度变化特征。结果表明,年、季、月尺度降水、蒸散发、入渗、径流深的变差系数、极值比、偏差系数空间变化,均呈现崇陵小流域最大,而三个大尺度的相互关系呈现出随流域空间尺度增大而增大的变化趋势。水循环要素特征值崇陵小流域相对三个大尺度反映出空间尺度效应,小流域相对大尺度变化更为剧烈,三个大尺度间的空间尺度关系呈现出随流域面积增大特征值变大的现象。研究结果有助于全面细致地理解水循环过程,可为山区水资源高效利用提供理论依据。 展开更多

关键词 水循环 多尺度 分布式水文模型WEP-l 拒马河流域 崇陵小流域

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分布式水文模型在流域水资源量趋势演算中的应用 被引量：1

10

作者 管延海 高树文 +1 位作者 王春喜 李钦 《节水灌溉》 北大核心 2014年第3期62-65,共4页

采用SWAT分布式水文模型分析计算流域水资源量变化趋势,并以伊通河流域为例,分析伊通河流域1993-2008年在水资源量变化情况及演变趋势。并得出以下结论:从1993-2001年,研究区域地表水资源量有减少趋势,减小幅度为12%左右,由于地下水开... 采用SWAT分布式水文模型分析计算流域水资源量变化趋势,并以伊通河流域为例,分析伊通河流域1993-2008年在水资源量变化情况及演变趋势。并得出以下结论:从1993-2001年,研究区域地表水资源量有减少趋势,减小幅度为12%左右,由于地下水开采量逐年增加,地下水水位下降,疏干面积增加,降水入渗补给量及地表水体补给量增加,地下水资源量有增加趋势,这9年间是伊通河流域地下水资源情势变化较大的时期,2001年以后,伊通河流域地表及地下水资源变化幅度较小,趋于平稳。 展开更多

关键词 分布式水文模拟模型 SWAT模型 水资源量演变趋势

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缺资料地区降水系列的插补及验证 被引量：1

11

作者 姬世保 杜军凯 +2 位作者 仇亚琴 刘欢 吕向林 《人民黄河》 CAS 北大核心 2021年第5期42-47,共6页

针对部分地区降水资料缺乏的问题,以德清县为研究对象,提出了日尺度降水资料的插补方法,该方法通过对已有降水数据进行时间尺度转换和空间插值的方式插补出缺资料地区日降水数据。结果表明:①德清站插补结果中日降水强度、强降水量及连... 针对部分地区降水资料缺乏的问题,以德清县为研究对象,提出了日尺度降水资料的插补方法,该方法通过对已有降水数据进行时间尺度转换和空间插值的方式插补出缺资料地区日降水数据。结果表明:①德清站插补结果中日降水强度、强降水量及连续有雨天数的误差均小于3%,与直接用周边站点的逐日数据对数据缺失站进行插值相比,各站月降水数据与实测值的相关系数平均提高0.11,均方根误差降低了42.3%;②将降水插补结果作为分布式水文模型的降水输入时,径流模拟效果得到了有效改善,1960—2018年模拟径流量和实测径流量系列的纳什效率系数由0.62提高到0.87,相对误差由-4.2%降至-2.3%;③日尺度降水插补结果的相关系数、5 d最大降水量及强降水量对研究区分布式水文模拟效果影响较大。 展开更多

关键词 降水插补 缺资料地区 降水极端事件 交叉验证 WEP-l模型 分布式水文模型

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