并行模拟技术在苏锡常地区地下水流模型建立中应用.pdf

2006年6月，第 12卷，第2期，210—215页 高 校 地 质 学 报 June2006，Vo1．12，No．2，P．210—215 GeologicalJournal ofChinaUniversities 并行模拟技术在苏锡常地 区地下 水流模型建立中的应用 王晓梅 ，于 军 ，朱国荣 ，王浩然。 (1．江苏省地质调查研究院，南京210018；2．南京大学地球科学系，南京210093；3．南京大学 软件学院，南京210093) 摘要：在苏锡常地区建立了一般意义上的重叠型多个不规则子域FEM并行模型，利用区域分解法在MPI环境中实 现了并行求解算法，并使用 C一完成了MPI环境中的混合编程设计。通过在常州、无锡两地实际并、串行的应用结 果比较表明，并行模拟具有数据资料准备相对简单且精度高的特点，是解决大型化、复杂化地下水流问题的一种可 行方案。 关键词 ：并行模拟；FEM并行结构模型；地下水 ；数值计算；苏锡常地区 中图分类号：P641．2 文献标识码 ：A 文章编号：1006—7493(2006)02—0210—06 个有效方法(王浩然等，2003)。目前国际上并行模 1 引言 拟研究都是在高性能并行计算机系统上寒现的，基 多年来的地下水流模型研究实践表明，建立正 于 Intranet计算机群上的实用型应用研究成果并不 确的、符合客观实际的水文地质概念模型是地下水 多见，本文在这方面进行了一些初步研究。 数值模型准确性的基本保证，而边界条件的合理概 2 并行模拟技术方法 化则更是关键 。模型建立时应充分考虑相对完整的 水文地质单元，尽可能利用地下水系统的天然边界。 并行模拟技术起源于上世纪末，它需通过并行 然而，实际应用中却较难做到。例如，20世纪90年 计算机来实现，为了能够高效地并行求解现实世界 代末，在江苏省南部的苏锡常地区，就曾先后开展了 的问题，必须首先建立并行求解模型，并针对该模型 各市县的地下水资源调查评价工作，因受客观条件 设计并行算法。并行算法可通过特定的并行语言设 的限制，所建模型均是以各市县行政边界作为模拟 计并行程序实现，在不改变原串行语言、仅为原串行 区边界，人为地将原本统一的地下水流场分割开来， 语言提供可供调用并行库的编程方法是最经济有效 由此导致补排量重复计算，加大了评价误差，降低 了 的手段 。 模拟精度。 目前并行编程模型中消息传递是十分流行的， 解决上述问题必须从地下水含水系统的角度 出 它是指各个并行执行的程序部分之间通过消息传递 发，在评价区建立统一的模型，以避免人为影响因素 来交换信息、协调步伐、控制执行。其灵活性和控制 使模型失真，但这样一来又会遇到地下水模型的 手段的多样化，可 以实现数据并行很难表达的并行 “大型化”、“复杂化”问题，给建模计算带来不便。 算法，能够提供非常高的执行效率，其应用范围相对 基于区域分解算法的并行模拟技术是解决地下 较广。 水模拟中 “完整统一”与 “分散独立”之间矛盾的一 MPI(MessagePassingInterface消息传递并行编 收稿 日期 ：2006一O3—18；修 回日期 ：2006—03—29 基金项目：国土资源部中自地质调查局全额资助项目“长江三角洲苏锡常地区环境地质调查评价”(199916000121) 作者简介 ：王晓梅 ，女，1968年出生，吉林省公主岭市人，硕士，高工，主要从事水文地质、环境地质研究。E—m