在全球气候变化与城市化快速发展的双重挑战下，极端洪涝灾害的频次与强度持续增加，对国家水安全与社会经济稳定构成严重威胁。近年来，这一问题在黄土高原尤为突出，严重威胁这一区域的人居安全、生态安全和经济社会可持续发展。陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站聚焦黄土高原洪涝灾害频发的紧迫需求，努力发展具有自主知识产权的高性能数值模拟技术，积极响应国家关于强化“四预”（预报、预警、预演、预案）措施和攻关核心模型的战略部署。

在此背景下，野外站金钊研究员课题组韩浩博士和西安理工大学侯精明教授团队共同研发了一套基于多GPU并行加速框架的雨洪过程高性能模拟技术。该技术通过耦合水文与水动力多过程，并引入先进的多GPU并行计算，有效解决了算得慢、精度低、范围小等难题，实现了对大规模区域洪涝过程的高分辨率、高精度动态仿真与精准预报。该成果可作为实现洪涝精准预报、支撑科学防洪决策的有力工具，为全面提升流域及城市的安全韧性、保障区域可持续发展提供了重要的科技支撑。

基于该技术研究成果，韩浩博士建立了高效高精度的暴雨洪水过程预报模型，并系统应用于黄土高原典型区域的洪涝风险评估。在北洛河及志丹城区，野外站针对2024年8月发生的强降雨洪涝事件开展实地调研，系统收集了多处洪痕位置等关键现场数据，为模型验证提供了重要依据。利用高性能模拟技术，韩浩博士重建了志丹区域暴雨洪水的淹没空间分布，模拟了该次灾害的演进过程，并进一步对不同降雨情景下的洪涝风险进行了量化评估。模拟结果凸显了沟谷型城市在面对极端降雨时的高脆弱性，建议进一步加强对该类城市洪水形成机制与防控策略的研究。在庆阳董志塬区，开展了塬面暴雨洪水过程的精细模拟与风险评估。通过开展模拟建议在极端暴雨情景下，通过适度增加涝池与蓄水池的数量与有效容积，可显著提升塬区径流调控与蓄滞能力，为优化黄土塬区防洪体系布局、提升雨洪资源化利用水平提供了科学依据。上述工作验证了该雨洪高性能模拟技术的可靠性，为实现复杂地形条件下的洪涝风险防控与韧性城乡建设提供了技术支撑。

目前，上述技术成果已成功获得中国国家发明专利与卢森堡国家发明专利的授权，标志着其创新性获得了国内外的双重认可。该项技术研究得到了国家重点研发计划（2023YFC3008404）、国家自然科学基金（42407493）及陕西省重点研发计划（2025SF-YBXM-290）等国家及省部级项目的联合资助。地球环境研究所的主要发明人为韩浩助理研究员与金钊研究员。

韩浩,金钊,侯精明,龚佳辉,罗达. 基于多 GPU 的水文水动力过程模拟方法,2024-9-24,中国,CN202111674002.5.

Han Hao,Jin Zhao,Wu huifeng,Feng keting. Numerical Simulation Method for River Sediment Transport Processes Based on Multi-GPU Parallel Framework,2025-10-22,Luxembourg,LU601270.

多GPU并行计算的计算域分解

黄土高原流域暴雨洪水淹没过程分布

庆阳董志塬塬面暴雨洪水模拟及径流调控优化

延安志丹暴雨洪涝模拟（2024.8）