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摘要
目的:暴雨山洪灾害会对人类的生命安全和经济活动产生巨大影响。此类洪水事件会破坏化工厂或污水处理厂等可能释放有害溶质的设施,使释放的溶质随洪水向洪泛区或地势低洼处输移,进而严重影响公共卫生安全,加剧洪水对人类造成的危害。因此,需要一个高效稳健的数值模型来对其进行快速预警和评估。创新点:1.提出了一种基于图形处理器(GPU)加速的急变流驱动溶质运移的稳健数值模型;2.探讨不同型号GPU和中央处理机(CPU)的计算性能和加速比。方法:1.采用Godunov格式的有限体积法求解二维浅水方程和溶质输移方程,利用HLLC近似黎曼求解器计算单元网格界面通量,并应用MUSCL限坡线性重建和龙格-库塔时间积分法实现二阶精度。2.引入GPU加速计算技术提高模型计算效率。结论:1.通过理想算例和经典算例对模型精度和稳定性的验证,表明该模型能够有效地抑制数值阻尼和虚假的数值振荡,并且具有较好的和谐性;2.采用不同型号的GPU和CPU计算模型模拟相同的事件,表明GPU加速技术在保证模拟精度的同时可实现大规模高效率计算;3.该模型能够快速准确地模拟暴雨山洪或溃坝洪水引起的大规模突然性溶质输移过程,可以为水污染事故提供可靠的理论依据和有力的数据支撑。
