机群环境下基于PCG法的有限元并行算法

在机群系统下进行有限元并行算法的研究是工程领域的前沿课题之一。文章讨论了将有限元产生的线性方程组在机群环境下使用预处理共轭梯度算法求解,由于其与有限元法的最小化过程非常相似,因此在大规模并行结构中能被有效实现。     

基于参数灵敏度分析的地下水数值模拟研究--以黑龙江桦南县为例

采用正交试验法对地下水流数值模拟中的参数灵敏度进行分析,以黑龙江省桦南县为例,根据研究区实际的水文地质条件选取了潜水的降水入渗补给系数、渗透系数、给水度、弱透水层的垂向渗透系数以及承压水的渗透系数和弹性释水系数6个参数进行研究,每个参数选取5个水平值。结果表明:潜水含水层的渗透系数对模型计算水位的影响最大,因此在利用Visual MODFlow做水资源评价前查明研究区的水文地质参数特别是潜水的渗透系数对于正确建立模型十分必要。     

基于FEFLOW的地下水源地数值模拟研究

对朝阳市建平地区地下水水源区水文地质条件进行分析、概化,建立研究区的数学模型,并对数学模型参数进行识别与验证,计算各种水均衡项,以为水资源论证提供水资源量数据支撑。     

地下水数值模拟中河流的处理方法及存在的问题

对河流在地下水数值模拟中的处理方法及存在的问题进行了探讨。特别针对河流作为定(或给定)水头边界处理过程中出现问题的原因进行了剖析,并提出改进方法。     

瞬变电磁响应计算的并行算法研究

在MPI的分布式网络并行编程环境下,以电磁场理论为背景,对瞬变电磁响应计算中的问题进行了研究,并编程实现了一维水平层状大地的并行计算。计算结果证明了该算法的正确性、可行性和高效性。     

基于ArcGIS Engine的地下水数值模拟平面三角网格自动剖分系统设计与实现研究

为有效地模拟地下水水流和溶质运移,快速、准确评价地下水资源,针对地下水数值模拟中空间离散与平面三角网格自动剖分问题,提出了一种基于ArcGIS Engine的平面三角网格自动剖分方法,并利用当前流行的.NET框架和C#语言设计实现了地下水数值模拟三角剖分系统。系统不仅能自动输出剖分所得三角形顶点与位置信息,同时可以进行手动校正与局部加密,最后结合实例对模拟区做了剖分分析,结果能较好地满足地下水数值模拟的要求。     

蒸发条件下地下水对1 m土体水分补给的数值模拟

采用数值方法,模拟分析了6种典型土壤的1m主体在不同蒸发强度条件下地表下20,50,100cm处土壤水分通量与地下水理深之间的关系。研究结果表明：若以5d或10d为平均时段,在一定的地下水理深条件下,土壤剖面中各深度的水分通量与土壤质地及水面蒸发强度间的关系可用土壤水分包络线图来表示。应用该包络线图,可分析计算裸地不同地下水埋深、不同蒸发条件下地下水对1m主体的补给量。在同样的水面蒸发强度下,地下水埋深起大,则谷深度的水分通量越小,当地下水理深大于3m时,地下水对1m主体已基本没有补给。     

基于MPI的LEDAPS遥感影像预处理并行化方法研究

LEDAPS(Landsat生态系统干扰自适应处理系统)通过对Landsat影像进行定标、云掩模、精确配准和正射纠正、大气校正等预处理,为森林生态系统固碳能力及碳储量研究提供地表反射率产品.随着遥感数据的几何增长,传统串行使用LEDAPS进行影像预处理计算所费周期长,使得LEDAPS在实际森林碳储量研究应用中不能满足海量遥感数据的处理需求.针对这一问题,提出了一种基于MPI的LEDAPS高性能粗粒度数据并行计算方法.通过实例验证,当MPI进程数为8时,加速比最高达到7.37.该方法在大幅提高计算速度,节省计算时间的基础上,实现了计算节点的负载均衡及可扩展,有效地提高了LEDAPS处理海量遥感数据的能力,缩短了利用遥感影像进行森林碳储量计算的周期.     

地下水浅埋区稻田土壤水分运动模拟

以土壤水动力学原理为基础,对地下水浅埋区稻田土壤水分运动进行了田间试验和理论分析,并建立了地下水浅埋区稻田土壤水分运动数学模型。根据试验结果并参考有关资料确定土壤水分运动的有关参数,采用有限差分法对数学模型进行求解。结果表明,试验实测值和模拟值比较吻合,同时说明了所建模型的可靠性,对实际应用有重要的指导意义,具有一定的实用价值。     

作物生育期模拟并行调度算法的研究与设计

探明作物生育期模拟在PC集群环境下的并行调度算法,有助于提高模型的计算效率。该研究综合应用划分策略和流水线技术,具体分析了已有作物的生长发育和物候期模拟算法的输入输出参数特性,确定了作物生育期模拟通用算法框架,包括热效应、光周期效应、春化效应、有效积温、生理发育时间和物候期共6个计算单元;进一步明确了具有独立、自依赖和相互依赖关系的作物模型的计算任务划分和数据分解方法。为达到数据通讯和同步开销最小的目标,设计了多节点混合调度的优化模型。该研究提出了基于OpenMP的多处理机并行调度算法和基于MPI/OpenMP混合的多节点并行调度算法,并在Windows Compute Cluster Server2003组成的PC集群环境下,在加速比、计算缓冲区大小和计算节点个数等方面进行了性能度量与比较。结果表明:两种并行调度算法均可有效提高小麦生育期模拟的计算效率,第1种算法简单易行,平均加速比为1.55,对集群计算资源的利用率有限;第2种算法的平均加速比是3.37,当计算量较大时,具有更好的计算性能。     

基于ArcGIS的地下水资源数值模拟——以迁安市滦河平原区为例

为解决地下水数值模拟过程中的空间离散和后处理难题,快速、准确评价地下水资源,在ArcGIS平台上,采用Delaunay三角剖分算法进行空间离散,通过ArcGIS的3D分析模块生成地下水流场图,采用组件对象模型（COM）技术,开发了基于ArcGIS的地下水资源数值模拟评价系统,并应用到滦河平原20％、50％和75％频率年的地下水资源评价。结果表明,迁安市滦河平原区地下水位明显受降水量、河水流量和开采量的控制,其中,滦河径流对地下水位变化影响最大。     

一类非单调三参数共轭梯度算法研究

虽然求解无约束优化问题共轭梯度方法的算法程序便于计算机上实现,但难于建立算法的全局收敛性理论.为弥补其不足,研究了一类新的共轭梯度算法.该算法搜索方向的构造中引入了3个参数,且通过合适地选取这些参数保证了所得搜索方向不依赖于线搜索技术,是目标函数的恒充分下降方向.以此为基础,提出了一种求解无约束优化问题的非单调三参数共轭梯度法,并在一定的假设条件下建立了算法的全局收敛性理论.数值实验进一步验证了这种算法比同类算法更有效.     

渗灌土壤水分运动数值模拟软件设计方法研究

数值模拟是认识渗灌条件下土壤水分运动规律的重要方法之一,其可为渗灌工程的实施提供理论指导。为降低渗灌条件下土壤水分运动数值模拟研究的成本,在渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的设计方法上进行了探讨,分析了软件实现的功能,提出了一种渗灌条件下土壤水分运动数值模拟软件的开发模型,并采用面向对象的方法和迭代-增量式的开发过程实现了该软件。本软件能够应用于渗灌条件下土壤水分运动数值模拟,能够模拟土壤初始条件、灌水压力、渗灌管特性和计算区域边界条件对土壤水分运动的影响,能模拟渗灌条件下土壤水分的再分布过程。软件运行可靠、操作方便,具有一定的通用性。     

基于不同风场的台风浪数值模拟

为了检验FVCOM海洋模式模拟台风浪的效果,分别以CCMP风场和WRF模式模拟风场构建驱动台风浪的海面风场模型,基于FVCOM海洋模式,以2010年的"凡比亚"台风为例进行台风浪数值模拟,并用站点浮标资料进行了模拟结果检验。结果表明,FVCOM海洋模式模拟的水位、有效波高结果与实际观测结果的整体误差较小,模拟效果较好;受到风场与地形的影响,最大增水与减水的区域分别位于台风中心的左侧沿岸和右侧沿岸;风场与表面流场的模拟结果也符合台风过程中的风生流分布特征,即风场与表面流场方向、大小存在一致性。此外,对比分析2种不同海面风场模型下的台风浪模拟结果发现,二者均能较好地模拟此次台风过程,但存在一定的差异,增加WRF模式模拟风场作为强迫驱动风场模拟的有效波高更接近观测值。     

基于GMS的黑龙江某取水工程地下水数值模拟优化开采方案

根据黑龙江某取水工程水文地质情况,采用GMS软件,运用地下水数值模拟方法对该取水工程地下水流场进行模拟,预测在两种不同开采方案下研究区地下水流场水位变化。结果表明,在开采量相同的情况下,方案二通过优化调整拟建取水工程开采井的位置和布局,减少蒸发量并增加河流补给,在保证供给水量的同时,尽量减少取水工程对地下水环境带来的不良影响,是较好的开采方案。     

涉县东风湖泉域地下水开采数值模拟及分析

根据涉县东风湖泉域地下水含水介质特征、水动力条件、边界条件以及水位动态变化规律,采用三维流数值模型进行评价预测,采用了数值模拟法等方法建立泉域地下水开采数值模型,进行评价分析,并在此基础上提出涉县东风湖泉域地下水资源开发利用最佳方案及保护措施建议.     

一种基于小波的并行算法及其在大型数值计算中的应用

提出了一种基于小波变换的并行算法,可以把一个大型的数值计算过程分成若干部分进行并行计算,为实现数据的实时处理提供了一种有力工具。数据仿真结果表明,这种方法是可行的。     

细河污染物在地下水中运移规律的模拟研究

为了研究河水中污染物在地下水中运移规律,分析了细河污染对地下水的影响,根据细河水文地质条件建立了污染物在地下水中运移的2区动力学模型,对河水中氨氮、总硬度等组分在地下水中的运移规律进行了模拟研究。结果表明,随运移距离的增加,污染物浓度逐渐降低;地下含水层对河流中部分污染物具有较强的去除能力,如对氨氮、耗氧量的去除率可达98%以上;水分蒸发对部分污染物具有浓缩作用,地下水中总硬度等组分浓度逐渐升高,并高于污染源浓度。     

LM算法的神经网络在灌区地下水位预测中的应用研究

在气候干旱的宁蒙引黄灌区,控制地下水位是防治土壤盐碱化、保证农业健康发展的重要途径。采用相关分析的方法确定了影响灌区地下水位变化的主要因素,建立了基于LM算法的灌区神经网络地下水位预测模型,并以宁夏河东灌区为实例进行了研究。研究结果表明:模型能够较好地模拟灌区地下水系统的变化特征,对地下水位做出较准确的预测。