[发明专利]基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法

权利要求书

1.基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、收集水库及其下游的基础数据；

S2、对地形与土地利用数据进行预处理，建立数字高程模型；

S3、选定工况，并根据该工况对应的水库库容、溃决水深、溃口宽度及溃决方式推求溃口流量过程；

S4、在使用图形管理器并行计算的WCA2D模型中输入步骤S2以及步骤S3中处理好的地形和流量过程数据文件，并设置WCA2D模型的模拟参数后进行模拟；

S5、将模拟结果进行水量平衡、流态分析，并验证、率定、优化数值模型，根据水量平衡、流态分析的结果与经验值进行对比分析计算结果可靠性和合理性；

S6、输出WCA2D模型模拟结果，并基于地理信息系统的空间分析工具和R语言对结果进行处理，实现溃坝洪水演进过程的可视化。

2.根据权利要求1所述基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，所述预处理包括对地形数据进行修正并叠加建筑和河道数据。

3.根据权利要求1所述基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，步骤S2包括基于地理信息系统，并结合土地利用数据、卫星图对建筑物、河道、街道、公路的地形，建立包括建筑物的形状、实际高程的数字高程模型，以模拟建筑物对溃坝洪水的延缓作用以及因建筑物之间的空间与间隙的涌水作用。

4.根据权利要求1所述基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，水库溃决方式包括大坝瞬间溃决和逐渐溃决两种溃坝形式。

5.根据权利要求4所述基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，所述瞬间溃决根据溃口宽度不同，分为瞬间全部溃决和瞬间部分溃决，以模拟包括因恐怖袭击、地震的突发事件造成的水库溃决洪水演进过程；

逐渐溃决模拟溃口由小到大的发育发展过程。

6.根据权利要求4所述基于GPU并行加速的水库溃坝洪水演进快速模拟方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

S31、根据要模拟工况，选定对应的参数，包括水库溃决方式、溃口宽度、溃决水深及对应水库库容；

S32、计算最大溃决流量，其中，瞬间溃决的最大溃决流量为：

式中Q_max、g、B 、b_m、H₀分别表示大坝溃决最大流量、重力加速度、坝长、最终溃口宽度、溃决水深；

逐渐溃决的大坝先渗透变形破坏再瞬间溃塌，渗透变形破坏流量为：

式中：H为水库水位，即水库计算水位高程；A为水流所流过的管道的断面面积；H_P为管道中心线高程；f 为达西摩擦系数，L 为管道沿水流方向的长度；D为管道的直径或宽度；

S33、溃口洪水流量过程

假设大坝最大溃决流量为Q_max，溃决洪量为已知的水库库容W，洪水历时T_n待求，则t 时刻流量Q为：

。