应用并行PEST算法优化地下水模型参数(3)

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ＭＯＤＦＬＯＷ的计算结果，从而进行最优化组合的求解（图１ａ）。

ＰＥＳＴ算法中对目标函数的极小值的计算是比

较快的，然而由于在每次求解模拟值时都要调用ＭＯＤＦＬＯＷ进行计算，使整个优化时间大大增加。

在整个优化时间中，ＭＯＤＦＬＯＷ计算所花的时间往往占整个时间的９９％以上，并且随着模型的增大，所占比例也大大增加。因此将ＰＥＳＴ调用ＭＯＤＦ－Ｌｏｗ计算的部分进行并行化，并在高性能计算机上运算将会大大缩短优化时间。

ＯｐｅｎＭＰ是用于共享存储编程的一套可移植、可扩展的应用程序接口（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ＰｒｏｇｒａｍＩｎｔｅｒ－

ｆａｃｅ），通过一系列编译指示、运行时函数库和环境变量来描述程序的并行特性，支持Ｃ、Ｃ＋＋和Ｆｏｒｔｒａｎ（７７，９０和９５）语言。ＯｐｅｎＭＰ是共享存储平台的并行编程标准，为其建立了一套简单的编译指示。有时仅仅使用３、４种编译指示就可以得到显著的并行效果。ＯｐｅｎＭＰ支持增量并行，对于一个串行程序，可以每次只对一部分代码并行化，最终将整个程序

并行化，这也是共享存储模型相对于消息传递模型

的优点。同时，不管是粗粒度还是细粒度，ＯｐｅｎＭＰ都提供了很好的支持。

在研究中使用ＯｐｅｎＭＰ对ＭＯＤＦＬＯＷ的ＰＣＧ¨ｕ算法进行了并行化，并与ＰＥＳＴ进行连接（图ｌｂ）。经过并行化的ＭＯＤＦＬＯＷ—ＡＳＰ可以在共享存储并行计算机或多核电脑上进行并行参数优化计算。

初始参数Ｉｌ初始参数

．．．．．．．．．．．［

坚茎至茎１

０ＤＦＬＯｗ计算

ＯＤＦＬＯｗ计算

二二工二二

得到模拟值

得到模拟值

优化结果优化结果

ｂ

图１

ＭＯＤＦＬＯＷ—ＡＳＰ参数优化流程图

Ｆｉｇ．１

Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆ

ＭＯＤＦＬＯＷ—ＡＳＰｐｒｏｃｅｓｓｅｓ

ａ．ＭＯＤＥＬＯＷ—ＡＳＰ流程；ｂ．优化ＭＯＤＥＬＯＷ—ＡＳＰ流程

４

应用实例

北山地区位于甘肃省西部，北纬４０。３０’一４２。

１０’，东经９６。３０’一９９。５０’，总面积约２００００ｋｍ２。北万方数据

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１０

山地区是我国高放废物地质处置库预选场地，对该地区的区域地下水流动系统的认识和准确刻画是一项重要的研究内容，它将为处置库的最终确定提供参考依据‘１２，１３］。４．１地下水流动模型

由于研究区面积很大，水文地质边界较难确定，因此首先使用ＳＲＴＭＤＥＭ数据进行水文空间分析，及数字河网的提取及流域划分，以此从流域整体对边界进行把握。从分析结果（图２）可以看出，北山地区大部分位于黑河流域的西北角，南部一部分地区属于疏勒河流域。

图２水文空间分析结果

Ｆｉｇ．２

Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ

地下水模拟区域选取相对完整的北山子流域。

区域东北部边界为北山地区对黑河流域的补给边

界，其他边界则是流域间的分水岭。由于空间分析获得的是地表水分水岭，补给及地形的不对称会引

起地下水与地表水的分水岭不一致，但是对于大区域地下水的模拟来说影响是可以接受的。

北山地区地下水主要有松散岩类孔隙水、碎屑

岩类孔隙一裂隙水和基岩裂隙水３种主要类型¨４Ｉ。

研究中使用ＭＯＤＦＬＯＷ建立地下水流动模型，并假设其能够代表区域地下水流动。在裂隙发育强烈的区域，模型中将其渗透系数进行显著的放大或缩小来满足要求。模型在平面上离散为１８０行和２７５

列，垂向上剖分为三层，模型有效计算单元共计７５８９１个。研究中使用ＳＲＴＭ３ＤＥＭ数据来构建模型，精细的地表高程刻画有助于提高潜水蒸发的计

算精度㈣。