Un modelo hidrológico-hidrodinámico integrado basado en aceleración por GPU para la simulación de inundaciones por lluvia a escala de cuenca
Autores: Ma, Ruixiao; Han, Hao; Zhang, Zhaoan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Tormentas de lluvia extremas
Inundaciones por lluvia a escala de cuenca
Modelos de inundación
Tecnología de GPU
Modelo hidrológico-hidrodinámico
Eficiencia computacional
Licencia
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Consultas: 9
Citaciones: Sin citaciones
Las tormentas de lluvia extremas son difíciles de predecir y a menudo resultan en inundaciones a escala de cuenca, lo que lleva a pérdidas económicas sustanciales a nivel mundial. Mejorar la eficiencia computacional numérica de los modelos de inundación es esencial para mejorar las capacidades de pronóstico de inundaciones. Este estudio presenta un modelo hidrológico-hidrodinámico integrado acelerado mediante tecnología GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) para realizar simulaciones de inundaciones por lluvia de alta eficiencia y alta precisión a escala de cuenca. El modelo acopla procesos hidrológicos y hidrodinámicos al resolver las ecuaciones de agua poco profundas bidimensionales (2D SWEs), incorporando computación paralela acelerada por GPU. El modelo logra simulaciones de inundaciones por tormentas aceleradas a través de su implementación en GPUs con tecnología de computación paralela, mejorando significativamente su eficiencia computacional y manteniendo su estabilidad numérica. Se realizan validaciones utilizando una cuenca idealizada en forma de V y un banco de pruebas experimental, seguido de la aplicación a una pequeña cuenca en la Meseta Loess de China. Los experimentos computacionales revelan una fuerte correlación positiva entre el número de celdas de la cuadrícula y la eficiencia de aceleración de la GPU. Los resultados también demuestran que el modelo propuesto ofrece mejor precisión computacional y rendimiento de aceleración que el modelo de una sola GPU. Este marco de modelado hidrológico-hidrodinámico acelerado por GPU permite simulaciones rápidas y de alta fidelidad de inundaciones por lluvia y proporciona un apoyo crítico para la toma de decisiones de emergencia ante inundaciones de manera oportuna y efectiva.
Descripción
Las tormentas de lluvia extremas son difíciles de predecir y a menudo resultan en inundaciones a escala de cuenca, lo que lleva a pérdidas económicas sustanciales a nivel mundial. Mejorar la eficiencia computacional numérica de los modelos de inundación es esencial para mejorar las capacidades de pronóstico de inundaciones. Este estudio presenta un modelo hidrológico-hidrodinámico integrado acelerado mediante tecnología GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) para realizar simulaciones de inundaciones por lluvia de alta eficiencia y alta precisión a escala de cuenca. El modelo acopla procesos hidrológicos y hidrodinámicos al resolver las ecuaciones de agua poco profundas bidimensionales (2D SWEs), incorporando computación paralela acelerada por GPU. El modelo logra simulaciones de inundaciones por tormentas aceleradas a través de su implementación en GPUs con tecnología de computación paralela, mejorando significativamente su eficiencia computacional y manteniendo su estabilidad numérica. Se realizan validaciones utilizando una cuenca idealizada en forma de V y un banco de pruebas experimental, seguido de la aplicación a una pequeña cuenca en la Meseta Loess de China. Los experimentos computacionales revelan una fuerte correlación positiva entre el número de celdas de la cuadrícula y la eficiencia de aceleración de la GPU. Los resultados también demuestran que el modelo propuesto ofrece mejor precisión computacional y rendimiento de aceleración que el modelo de una sola GPU. Este marco de modelado hidrológico-hidrodinámico acelerado por GPU permite simulaciones rápidas y de alta fidelidad de inundaciones por lluvia y proporciona un apoyo crítico para la toma de decisiones de emergencia ante inundaciones de manera oportuna y efectiva.