[发明专利]基于流向的分布式水文模型并行计算方法

权利要求书

1.基于流向的分布式水文模型并行计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、分布式水文模型其特征是考虑了过程、输入、边界条件及流域几何特征的空间变性。在空间划分上将流域划分为很多模拟单元，须保证模型输入及计算过程的统一化。针对分布式水文模型普遍存在的问题，提出基于NetCDF(Network Common Data Format)的参数描述方法，根据水文过程机理对模型构件、计算过程进行定义，预测可并行模块，实现对分布式水文模型的标准化构建；

步骤S2、实现流域离散化与网格构建，将分布式水文模型的最小计算单位定义为模拟单元，根据汇流关系找出单元间依赖特征，提出一种依赖于网格流向划分的离散化与网格构建方法。首先根据DEM对流域特征进行提取，基于D8法确定网格边界与流量参数。其次对流域进行建模，构建网格化任务追踪树，即模拟单元间依赖关系可视化，形成流域并行化网格的组合；

步骤S3、构建网格流向矩阵，累积汇水面积矩阵，水系矩阵的三维关系矩阵。提出网格流向划分算法(GFD)，根据河道关系、汇流关系，提取并行演算次序序列，实现分布式水文模型并行计算。

2.根据权利要求1所述的基于流向的分布式水文模型并行计算方法，其特征在于：所述步骤S1中对模型进行统一构建，将分布式水文模型的参数基于NetCDF进行描述。针对模块计算功能，对构件进行划分，针对不同类型的构件，对其计算过程进行分解表示。

其中，基于过程对模型进行分解描述的具体步骤为：

步骤S1.1、对模型参数进行提取；

步骤S1.2、针对分布式水文模型计算过程中模拟单元之间的关系，将构件划分为两种类型，分别为：独立型构件和依赖型构件；

步骤S1.3、依据栅格间的上下游顺序，将产流量按照Muskingum法逐栅格地演算至流域出口，得到流域总出流。独立型构件不需要考虑网格单元之间的数据依赖，依赖型构件根据当前演算网格对上游的输出进行整合作为下游的输入，描述过程。

3.根据权利要求1所述的基于流向的分布式水文模型并行计算方法，其特征在于：所述步骤S2中对流域进行离散化并构建网格关系，依赖于高分辨率的DEM流域栅格单元、地形分析提取流域栅格单元流向，划分流域空间，进而计算得到该流域的流向图和坡度图，据此以确定栅格单元离散化流域网络：

步骤S2.1、用DEM提取流域的基本水文特征；

步骤S2.2、根据D8法确定流域流向图；

步骤S2.3、根据出口单元向上游流域遍历，直到所有网格确认完毕，得出上下游模拟单元依赖关系；

步骤S2.4、按照依赖关系得到网格离散化后的任务追踪树。

4.根据权利要求1所述的基于流向的分布式水文模型并行计算方法，其特征在于：所述步骤S3中利用网格流向划分(GFD)算法实现对分布式水文模型并行计算的具体过程为：

步骤S3.1、根据集水面积搜索出具有最大集水面积的栅格点，赋值当前计算次序；

步骤S3.2、根据网格流向判断当前栅格点的上游网格，按照顺时针方向依次扫描所有前一赋值点周围8个邻点，如果邻点流入前赋值点，则邻点计算次序加1。不断重复上述步骤直到找不到邻点；

步骤S3.3、将演算次序倒序排列。判断当前网格点是否为水系，若为水系，则次序保留，若不是水系，则计算次序初始化；

步骤S3.4、若当前网格点为非水系网格，则根据集水面积，初始化当前网格点计算次序；

步骤S3.5、根据网格流向，依次向下寻找下游网格，网格的计算次序根据所有上游网格的最大计算次序加1；

步骤S3.6、完成上述所有步骤，得到不同模拟单元计算次序序列，同序列单元分配到不同线程实现并行计算。