[发明专利]一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法

说明书

本发明公开了一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法，包括计算流域内各栅格流向和汇流累积量，基于河网阈值提取模拟河网；设定平原单元长度，对平原区及其周边栅格进行N*N大小聚合，对每片N*N区域设置平原单元标记序号；从流域出口开始，以模拟河网栅格为主干，向上溯源遍历，根据遇到的栅格类型进行计算单元划分，对划分后的单元赋值唯一的子流域编号；确定相邻平原单元和山区单元之间的流向；根据流向关系，从河流出口单元开始溯源遍历，生成子流域上下游拓扑关系表。优点是：更好、更全面地刻画流域内不同地貌的地表、地下水流动机制，提高分布式水文模型的水文模拟精度，为分布式水文模型在大尺度流域的构建和应用提供理论和实践支撑。

技术领域

本发明涉及子流域单元划分技术领域，尤其涉及一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法。

背景技术

在大尺度流域分布式水文模型构建应用中，采用子流域进行计算单元划分是常用的方法。相比于纯栅格单元划分，该方法具有能够保持各计算单元间的水文过程相对独立，且减少计算单元数量的优点。子流域划分方法假定地表汇流过程和地下汇流过程有着相同的分水岭，且其内地表、地下产流由分水岭向河道汇集，最终流出子流域。由于山区地表地下分水岭明显，因此比较适用于山区。但是，对平原区而言，由于地势平坦，各单元之间无明显的分水岭划分边界以及恒定的地表地下水流向，表现为地表水系散乱，地下水流动方向不固定，而且地表和地下各单元之间也存在比较活跃的水量交换过程，因此平原区是不适合采用子流域进行计算单元划分。对于大尺度流域而言，流域内既存在山区又存在平原区，如果只采用单一的子流域对整个流域进行计算单元划分，将无法准确描述流域内平原区水循环过程；如果只采用栅格单元进行划，则计算单元数量会变得非常多，会导致计算维度灾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法，包括如下步骤，

S1、以DEM数据为基础，计算流域内各栅格流向和汇流累积量，并基于设定的河网阈值提取模拟河网；

S2、设定平原单元长度，对平原区及其周边栅格进行N*N大小聚合，并对每片N*N区域设置平原单元标记序号；

S3、从流域出口开始，以模拟河网栅格为主干，向上溯源遍历，根据遇到的栅格类型进行计算单元划分，并对划分后的各单元赋值一个唯一的子流域编号，该编号为从1开始的自然数；划分出的单元包括平原单元和山区单元；

S4、利用栅格流向信息，确定相邻平原单元和山区单元之间的流向；

S5、根据平原单元和山区单元之间的流向关系，从河流出口单元开始溯源遍历，生成子流域上下游拓扑关系表。

优选的，栅格流向采用D8算法计算得出，即将该栅格流向周边8个栅格中坡度最陡的栅格的流向作为该栅格的流向；栅格的汇流累积量即为上游所有流入当前栅格的栅格数量之和。

优选的，河网阈值用于定义各个栅格是属于河网栅格或坡面栅格，当栅格的汇流累积量大于河网阈值，则将该栅格定义为河网栅格，否则将该栅格定义为坡面栅格；所有的所述河网栅格构成模拟河网，所述河网阈值须保证提取的模拟河网在源头区与实际河网源头一致。

优选的，步骤S2具体包括如下内容，

S21、将平原单元长度设定为栅格长度的整数倍，以确保划分的平原单元和山区单元边界吻合；