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水 利 学 报

２０２３年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０６ － ０６５４ － １２

城市洪涝模型及 ＣＰＵ － ＧＰＵ异构并行计算技术研究进展

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黄国如 １，２，３ ，陈志威 ，曾博威 １
（１．华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 ５１０６４０；
２．华南理工大 学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 ５１０６４０；
３．广东省水利工程安全与绿色水利工程技术研究中心，广东 广州 ５１０６４０）

摘要：在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失，提高
城市对突发性强降雨事件的应急处理水平，开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪
涝精细化和高效模拟角度出发，综述了城市洪涝模型、ＣＰＵ － ＧＰＵ异构并行计算的研究进展，系统总结了产汇流
模型、一维河道?管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和 ＣＰＵ － ＧＰＵ异构并行计算
的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处，需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究，深入分析
全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率；还需基于异构并行计算技术，实现城市洪涝模型一维河
道?管网、二维地表淹没的快速模拟，为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。
关键词：城市洪涝；产汇流模型；河道?管网模型；地表模型；耦合模型；异构并行计算
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｐ３３３．２ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０９０１

１ 研究背景

全球气候变暖，导致极端暴雨和洪涝灾害发生概率增加，使城市的防洪排涝问题面临着更大压
力。此外，随着社会经济的不断发展，全球城市化进程持续推进，尤其是我国，近 ４０年来建城区面
积成倍扩张。据统计，１９７８—２０２１年，我国城市化率从约 １７％增加到超过 ６４％ ［１］ ，且未来还将继续提
高。城市化进程的不断推进造成地表径流系数增加，洪涝风险增大；同时，城市化发展导致热岛效
应、凝结核效应以及微地形阻碍效应增强，进一步增加城区的降水概率和强度 ［２］ 。城市洪涝问题日益
突出，洪涝灾害事件显著增加，济南 ２００７年 “７．１８” 暴雨、北京 ２０１２年 “７．２１” 暴雨、郑州 ２０２１年
“ ７．２０” 暴雨等均对城市造成巨大影响，引起社会各界的广泛关注。
在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝灾害呈现出新的特点，如何把握城市洪涝特性的变化
趋势，利用新技术提高城市洪涝风险的预测分析能力，建立一种人与自然良性互动的洪涝管理模式以
满足愈加严格的防洪排涝需求，已经成为迫在眉睫的科学问题，需要社会各界学者的共同努力 ［３］ 。作
为城市洪涝灾害防控中重要的非工程措施，城市洪涝数值模拟既可为不同城市洪涝治理方案的优化比
选和应急预案的合理编制提供技术支撑，也可提高洪涝灾害发生过程中政府及相关工作人员的应急处
理水平，为防灾减灾工作的快速响应决策提供重要参考，是城市洪涝管理、减少城市洪涝灾害损失的
重要手段。此外，城市洪涝数值模拟技术是洪涝预警预报系统的核心组成部分，一个精确高效的预报
结果对城市的防洪减灾工作尤为关键 ［４］ 。在日益增长的城市洪涝数值模拟计算精度与效率需求下，开
展城市洪涝高精度和快速模拟研究至关重要。鉴于此，本文综述了城市洪涝模型和异构并行计算的研

收稿日期：２０２２ － １１ － ０２；网络首发日期：２０２３ － ０５ － １８
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０５１７．１１０８．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２２７９０１５）
作者简介：黄国如（１９６９ － ），教授，博士生导师，主要从事水文学及水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｇｒ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
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