view in publisher's site

Hydrodynamic modeling of flash flood in mountain watersheds based on high-performance GPU computing

Numerical accuracy and computational efficiency are the two key factors for flash flood simulation. In this paper, a two-dimensional fully hydrodynamic model is presented for the simulation of flash floods in mountain watersheds. A robust finite volume scheme is adopted to accurately simulate the overland flow with wet/dry fronts on highly irregular topography. A graphics processing unit-based parallel method using OpenACC is adopted to realize high-performance computing and then improve the computational efficiency. Since the finite volume scheme is explicit which involves many computationally intensive loop structures without data dependence, the parallel flash flood model can be easily realized by using OpenACC directives in an incremental developing way based on the serial model codes, except that data structure and transportation should be optimized for parallel algorithm. Model accuracy is validated by benchmark cases with exact solutions and experimental data. To further analyze the performance of the model, we considered a real flash flooding-prone area in China using a NVIDIA Tesla K20c card and three grid division schemes with different resolution. Results show that the proposed model can fast simulate the rainfall−runoff process related to the rapid mountain watersheds response, and a higher speedup ratio can be achieved for finer grids resolution. The proposed model can be used for real-time prediction of large-scale flash flood on high-resolution grids and thus has bright application prospects.

مدلسازی hydrodynamic از سیلاب فلاش در نواحی کوهستانی براساس محاسبات GPU با عملکرد بالا

دقت عددی و بازده محاسباتی دو عامل کلیدی شبیه‌سازی سیلاب فلاش هستند. در این مقاله ، یک مدل دینامیک دو بعدی برای شبیه‌سازی سیلاب‌های فلاش در حوزه کوهستانی ارایه شده‌است. یک طرح حجم محدود قوی برای شبیه‌سازی دقیق جریان زمینی با نماهای مرطوب / خشک بر روی توپوگرافی بسیار نامنظم مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش موازی پردازش موازی با استفاده از OpenACC برای تحقق محاسبات محاسباتی بالا و سپس بهبود کارایی محاسباتی استفاده می‌شود. از آنجا که طرح حجم محدود روشن است که شامل بسیاری از ساختارهای حلقه فشرده محاسباتی بدون وابستگی داده‌ها است ، مدل سیلاب فلاش موازی به راحتی با استفاده از دستورالعمل‌های OpenACC در یک روش توسعه در حال توسعه مبتنی بر کده‌ای مدل سریال ، به جز ساختار داده‌ها و حمل و نقل باید برای الگوریتم موازی بهینه‌سازی شود. دقت مدل توسط موارد بنچ‌مارک با راه‌حل‌های دقیق و داده‌های تجربی تایید می‌شود. برای تحلیل بیشتر عملکرد مدل ، ما یک منطقه سیل‌زده واقعی در چین را با استفاده از کارت K۲۰c تسلا K۲۰c و سه طرح تقسیم شبکه با رزولوشن متفاوت در نظر گرفتیم. نتایج نشان می‌دهند که مدل پیشنهادی می‌تواند به سرعت فرآیند رواناب - رواناب مربوط به واکنش سریع mountain کوهستان را شبیه‌سازی کند. مدل پیشنهادی می‌تواند برای پیش‌بینی بلادرنگ سیل در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرد و در نتیجه دارای چشم اندازه‌ای کاربردی روشن است.
ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.