[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

说明书

本发明提供一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法，包括以下步骤：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；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；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；对主河网子流域和外层子流域进行状态标注；对外层子流域和主河网子流域进行串并耦合动态模拟。本发明提供一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法，使用多处理器的硬件并行处理能力，运用计算机的并行技术，实现顾及串联特征的水文过程的并行模拟，有效提高水文过程模拟的效率。

技术领域

本发明属于水文过程模拟技术领域，具体涉及一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法。

背景技术

水文模拟，是采用物理水文模型对流域发生的水文过程进行模拟，例如，模拟一次暴雨的整个水文过程；其中，整个水文过程包括：降水过程、植被截留过程、土壤下渗过程、降水填洼过程、产流过程和汇流过程等。

物理水文模型进行水文过程模拟时，需要考虑流域的空间差异性和水文过程的时间特性。空间分布上，将流域离散为像元阵列，每个像元的水文数据各不相同，包括：降雨强度不同，下渗率不同，水深和流量等都不同。因此，在模拟流域一次暴雨过程时，从降雨开始，每个时间步长模拟流域像元阵列上每个像元位置的降雨量、截溜量、下渗量、产流量、汇流量等。

因此，物理水文模型可以模拟整个流域的详细水文过程。在物理水文模型进行水文过程模拟时，以时间步长为迭代周期，对流域的水文要素(流量、流速和水深等)进行迭代模拟，通常以秒为单位，下一个时间步长的模拟以上一个时间步长的数据为基础进行，因此存在时空上的依赖性。

现有物理水文模型进行水文过程模拟时，由于时空依赖性，多采用串行模拟方法，需要重复迭代多次，具有水文过程模拟效率低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于物理模型的水文过程串并耦合动态模拟方法，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：