1.2　Hydro MPM数学模型体系

Hydro MPM（Hydro Multi-Process Modelling）旨在利用数值计算手段对水流、泥沙、水质、咸潮等水动力及其伴生过程进行模拟分析。Hydro MPM计算模式见表1.1。

表1.1　Hydro MPM计算模式

从计算模式分类，Hydro MPM包括一维（Hydro MPM1D）、二维（Hydro MPM2D）和一维-二维耦合（Hydro MPM12D）等。本文主要介绍Hydro MPM2D二维水动力及其伴生过程耦合数学模型，包括以下数学模型：

（1）Hydro MPM2D_FLOW（二维浅水流动数学模型）。该模型能适用于河道、洪泛区、城市、河口及近海区等实际地形上的二维浅水动力学模型，包括河道洪水演进、具有干河床的溃坝（堤）洪水演进、弯道水流、暴雨山洪、风生流模拟等。

（2）Hydro MPM2D_SWAN（二维波流耦合数学模型）。该模型实现了非结构三角形、四边形混合网格上潮流、波浪模型耦合计算，突破了原SWAN代码非结构计算模式仅适用三角网格的局限，实现了非结构三角形、四边形混合网格上的波浪计算；考虑了水流-波浪的相互作用，实现了波流耦合计算，为沿岸流模拟提供技术手段。

（3）Hydro MPM2D_AD（二维对流-扩散数学模型）。该模型针对一般物质组分，考虑对流、扩散、降解等过程，结合MUSCL-Hancock预测-校正格式，实现了复杂条件下水流-物质对流扩散过程的高精度数值模拟，为盐度数学模型、水质水生态数学模型、泥沙数学模型提供基础。

（4）Hydro MPM2D_ECOLOGY（二维水生态多过程耦合数学模型）。该模型在非结构网格水流模型基础上，考虑了溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、有机氮、无机磷、有机磷、碳生化需氧量、叶绿素a等8个水质变量及其相互作用的溶解氧平衡子系统、氮循环子系统、磷循环子系统和浮游植物动力学子系统，较为全面地概化了水体中各相污染物迁移转化过程。

（5）Hydro MPM2D_SED［水（潮）流-盐度-波浪-泥沙耦合数学模型］。该模型可模拟波生流、波浪破碎带及沿岸流等输沙过程，解决受波浪影响的河口区发育演变、砂质岬间弧形海湾体系演变等复杂过程模拟难题；此外，在挟沙力模式基础上，增加了切应力模式，起动条件更直接，且回归到力学问题，便于进一步探讨泥沙起动机理。

（6）Hydro MPM2D_GPU（并行计算模型）。选取Open ACC并行编程模式，实现了二维水动力及其伴生过程耦合数学模型的CPU-GPU异构并行计算，显著提高了模型计算效率。