立项情况
国家重点研发计划，高性能计算专项，对应指南4.7流域水系分级嵌套耦合大规模高性能水文模拟软件系统(重大共性关键技术与应用示范类)。
由中国科学院地理科学与资源研究所牵头，北京科技大学承担“流域水系分级嵌套耦合大规模水文模拟软件开发与部署”课题。
项目背景
水是“生命之源、生产之要、生态之基”，事关防洪、供水与粮食等国家安全。近年我国水灾害频发，造成重大生命财产损失。破解水问题关键在于水循环基础研究，其中复杂水循环过程的准确模拟是研究的核心难题。目前，国际上水循环模拟研究呈现出向微观精细化、宏观规模化，跨尺度多过程耦合集成的发展趋势。
项目介绍
项目拟突破大规模高性能水文模拟的理论障碍与技术瓶颈，攻克高分辨率三维异质单元产流精准计算与大规模非规则河网汇流演算的技术难题，打造自主知识产权的面向E级计算水文模拟软件系统，实现跨越山洪沟-中小河 流-大江大河的洪水/径流精准快速模拟预报，提升国家水安全保障技术支撑能力。通过项目实施，拟研制大规模高性能水文模拟软件系统，不仅满足水利行业对跨尺度、大规模、精准快速水文模拟共性支撑技术的国家需求，而且对促进水文学科的理论创新，提升水文模拟技术水平与国际影响力，提高流域一体化防洪和跨区域水资源调配的科学决策能力，实现行业重大科技创新，具有重要的战略意义。项目建设思路如图1所示。
图1 项目建设思路
项目进展
面向项目需求，团队完成了以下成果：
- 流域水系分级嵌套耦合大规模水文模拟软件系统的总体架构设计，开发基于异构多核的地理水文大规模并行模拟核心构件；
- 研究了多模型接口，设计实现了高性能水文模拟系统模块间的耦合互馈机制，集成多套水文产汇流模型；
- 建立了一套适用于流域水系复杂拓扑结构的非结构化网格划分、数据描述与数据结构设计技术；
- 设计实现了一套面向百万核量级的并行算法，任务动态调度技术和高效负载均衡技术；
- 集成、开发了一套流域水系分级嵌套耦合大规模高性能水文模拟软件系统，并在国家典型超算环境中进行部署和验证，并行水文模拟程序强扩展性和弱扩展性均达到百万核级别，并行效率超60%。如图2、图3所示。
图2 大规模并行水文模拟软件强扩展性测试
