基于GPU并行的厦门附近海域潮波传播数值模拟研究

孟江山，路川藤，罗小峰，丁 伟

（1.中交广州航道局有限公司，广东 广州 510000；2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3.河海大学，江苏 南京 210024）

1 研究背景

厦门周边海域岛屿众多，潮汐汊道交错，水流运动较为复杂。厦门海域潮汐属于正规半日潮［1］，潮波主要受来自台湾海峡的潮波传播影响，水动力强度相对较弱，且主要由潮汐作用引起［2］。由于厦门附近海域近年来围垦较多，因此众多学者研究厦门海域潮流泥沙运动较多，而系统性的潮波传播研究成果相对较少，如谢森扬［3］、陆荣华［4］均系统研究了厦门历史围填海的水动力、水环境问题，许婷［5］、陈纯等［6］还针对具体工程问题研究了局部海域水沙环境问题。潮波传播理论体系目前已相对成熟［7］，研究方法以实测资料分析和数学模型模拟两种手段为主，实测资料分析以调和分析［8-9］、神经网络［10］等方法为主，数学模型模拟可以弥补实测资料时段短及区域覆盖面局限等缺点，因此被广泛应用［11-12］，近年来，随着计算机科学的发展，数学模型计算正朝着高分辨率、高计算效率方向发展［13］，特别是GPU（Graphics Processing Unit）并行计算，大幅度节省了数学模型的计算时间，使得数学模型可以快速实现精细化、实时化模拟预报，如龚佳辉等［14］在城市雨洪模拟中，认为GPU并行可提速23.88～158.72倍。本文在前人研究的基础上，采用GPU并行算法模拟厦门周边海域潮波传播，深入研究厦门附近海域潮波传播特征，为相关工程建设和规划提供技术支撑。

2 GPU并行算法

2.1 离散方法 数学模型采用具有自主知识产权的数值模拟系统CJK3D-WEM计算，该系统于2014年取得国家软件著作权登记，适用于江河湖泊、河口海岸等涉水工程中的水动力、泥沙、水质、温排和溢油模拟预测研究。……