[发明专利]一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法

权利要求书

1.一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对被研究流域的DEM数据进行水文分析，提取得到多个子流域；根据多个子流域的汇流过程，将具有空间依赖关系的多个子流域合并，得到一个主河网子流域，表示为：W_m；对于剩余的不具有空间依赖关系的子流域，作为外层子流域，假设共有n个外层子流域，表示为：W₁,W₂,…,W_n；

步骤2，预估外层子流域W₁,W₂,…,W_n的运算时间，分别为：S₁,S₂,…,S_n,假设S₁S₃…S_n-1S_n…S₄S₂；

预估主河网子流域W_m的运算时间为S_m；

设参与模拟运算的处理器总数为p个，表示为：处理器C₁,C₂,…,C_p；pn；

步骤3，n个外层子流域W₁,W₂,…,W_n以及主河网子流域W_m均进行状态标注；其中：标注的状态包括：未分配处理器状态、某个时间步长模拟进行中状态和某个时间步长模拟完成状态；

初始时，标注的状态均为：未分配处理器状态；

步骤4，进行第1个时间步长的水文过程模拟：

步骤4.1，根据n个外层子流域的运算时间，将n个外层子流域，按运算时间从小到大的顺序，加入外层子流域队列；按从外层子流域队列头部到尾部的顺序，依次为：W₁,W₃,…,W_n-1,W_n,…,W₄,W₂；

步骤4.2，从外层子流域队列的头部，依次读取p个外层子流域，即：W₁,W₃,…,W_p；将外层子流域W₁,W₃,…,W_p，分别分配给处理器C₁,C₂,…,C_p，使处理器C₁,C₂,…,C_p，分别对读取的p个外层子流域进行第1个时间步长的并行水文过程模拟；

对于读取的p个外层子流域，当被分配处理器进行第1个时间步长的水文过程模拟时，将其状态均标注为：第1个时间步长模拟进行中状态；

步骤4.3，对于任意处理器C_i，i＝1,2,…,p，当完成对步骤4.2所分配的外层子流域的第1个时间步长的水文过程模拟时，将完成第1个时间步长的水文过程模拟的外层子流域的状态标注为：第1个时间步长模拟完成状态；同时，处理器C_i空闲；

当出现空闲的处理器C_i时，判断外层子流域队列中是否存在状态为未分配处理器状态的外层子流域，如果有，则在当前未分配处理器状态的外层子流域中，选择运算时间最长的外层子流域，并分配给处理器C_i进行第1个时间步长的水文过程模拟，同时将所选择的外层子流域的状态标注为：第1个时间步长模拟进行中状态；

如果没有，执行步骤4.4；

步骤4.4，表明当前的n个外层子流域，不存在未分配处理器状态的外层子流域；

对于出现空闲的处理器C_i，判断当前n个外层子流域中，是否存在第1个时间步长模拟进行中状态的外层子流域，如果存在，则立即执行步骤5；如果不存在，表明自身是最后一个完成对n个外层子流域进行第1个时间步长模拟的处理器，执行步骤4.5；

步骤4.5，将主河网子流域W_m分配给处理器C_i，由处理器C_i对主河网子流域W_m进行第1个时间步长的水文过程模拟，当模拟结束时，表明完成对n个外层子流域和1个主河网子流域的第1个时间步长的水文过程模拟，即：第1个时间步长的水文过程模拟全部结束；

对于处理器C_i，转为空闲状态，执行步骤5；

步骤5，令j＝2；

步骤6，进行第j个时间步长的水文过程模拟：

步骤6.1，判断是否存在状态为第j-1个时间步长模拟完成状态的外层子流域，如果有，则执行步骤6.2；如果没有，进一步判断是否存在状态为第j个时间步长模拟进行中状态的外层子流域，如果有，表明自身不是最后一个完成对n个外层子流域进行第j个时间步长模拟的处理器，则执行步骤7；否则，表明自身是最后一个完成对n个外层子流域进行第j个时间步长模拟的处理器，执行步骤6.3；

步骤6.2，更新外层子流域队列，仅将状态为第j-1个时间步长模拟完成状态的外层子流域加入队列，并按运算时间进行排序；其中，按从队头到队尾方向，外层子流域的运算时间逐渐增加；

在更新后的外层子流域队列中，选择运算时间最长的外层子流域，表示为：外层子流域W_k，其中，k＝1,2,…,n，将外层子流域W_k分配给处理器C_i，由处理器C_i对外层子流域W_k进行第j个时间步长的水文过程模拟，并将外层子流域W_k状态标注为：第j个时间步长模拟进行中状态；当处理器C_i完成对外层子流域W_k的第j个时间步长的水文过程模拟时，将外层子流域W_k的状态标注为：第j个时间步长模拟完成状态；同时，处理器C_i空闲；返回执行步骤6.1；

步骤6.3，将主河网子流域W_m分配给处理器C_i，由处理器C_i对主河网子流域W_m进行第j个时间步长的水文过程模拟，当模拟结束时，表明完成对n个外层子流域和1个主河网子流域的第j个时间步长的水文过程模拟，即：第j个时间步长的水文过程模拟全部结束；

对于处理器C_i，转为空闲状态，执行步骤7；

步骤7，判断当前第j个时间步长是否为最后一个时间步长；如果不是，则令j＝j+1，返回执行步骤6；如果是，则使处理器C_i保持空闲状态，直到所有处理器均为空闲状态时，结束流程；

还包括：

建立共享数据表；对于每个外层子流域W₁,W₂,…,W_n和主河网子流域W_m，记录其每个时间步长的模拟结果；

对于任意外层子流域W_a，a＝1,2,…,n，当需要对外层子流域W_a进行当前时间步长的模拟时，通过读取共享数据表，获得外层子流域W_a上一个时间步长的模拟结果，并以该模拟结果为输入，对外层子流域W_a进行当前时间步长的模拟；

当需要对主河网子流域W_m进行当前时间步长的模拟时，通过读取共享数据表，获得主河网子流域W_m上一个时间步长的模拟结果，同时，获得n个外层子流域在当前时间步长的模拟结果，然后，以主河网子流域W_m上一个时间步长的模拟结果和n个外层子流域在当前时间步长的模拟结果为输入，对主河网子流域W_m进行当前时间步长的模拟。