2.2 模型空间单元划分方法

2.2.1 子流域划分

EasyDHM模型子流域划分方法采用通用复杂流域、区域子流域划分方法PGSDM（Pfafstetter Coding System Based General Sub-Basin Delineation Method），其核心是对Pfafstetter编码的改进。该方法不仅支持各种河网特征的Pfafstetter编码和多个入口点、多个出口点，而且能考虑流域中水文站和水库准确位置，并能对无分叉河段和狭长子流域进行自动加密等。

由于Pfafstetter规则只能对河道支流数大于等于4的情况进行编码［图2-4（a）］，如果某一已编码河道的支流数小于4，则不能对此河道的下一级支流及河段进行更低一级的编码，这也阻碍了对此河道所在子流域的进一步细分，可能会导致最终划分的子流域的面积分布不均匀。因此，需要对Pfafstetter规则进行改进。PGSDM方法对Pfafstetter编码的改进内容主要包括：

（1）若某河道只有3条支流，则从上游到下游，3条支流的低一级编码依次为6、4、2，3条支流与河道的交汇点把河道分为4个河段，从上游到下游，4个河段的低一级编码依次为7、5、3、1［见图2-4（b）］。

（2）若某河道只有2条支流，则同理，2条支流的低一级编码为4、2，3个河段的低一级编码为5、3、1［图2-4（c）］。

（3）若某河道只有1条支流，则支流的低一级编码为2，2个河段的低一级编码为3、1［图2-4（d）］。

图2-4 Pfafstetter规则改进示意图

2.2.2 子流域内部单元划分

EasyDHM模型为了更好地描述下垫面的情况，对子流域内部进行了二级单元划分，包括依据高程划分的等高带（EEB，Equal Elevation Band），依据汇流到出口点的时间划分的等流时带（EFB，Equal Flow interval Band）及依据水文响应机制划分的水文响应单元（HRU，Hydrological Response Unit）。本研究对子流域内部进行了等高带划分。根据高程，EasyDHM模型将山区的子流域进一步划分为若干个等高带（1～10个不等），平原区的子流域则视作一个等高带。其划分方法为：①逐网格判断子流域涉及的山区或平原区，山区属性值为1，平原区默认属性值为0，依次记录山区子流域内所有栅格的高程及相应行列坐标，并计算每个子流域的网格数和面积；②依据高程把山区子流域内栅格由高到低进行排序，设定各子流域等高带数目，划分等高带；③按高程值从高到低给每个等高带从1到10进行编码。

2.2.3 参数分区和计算分区划分

EasyDHM模型尽管通过引入“子流域内的计算单元”的思想，解决了采用小网格单元带来的计算负担过重问题，但由于对水循环过程描述详细，将导致计算过程非常耗时。为此，该模型引入了参数分区与计算分区的概念，从而实现了参数的快速自动优化。

2.2.3.1 参数分区

参数分区是基于子流域划分与水文控制站而生成的流域拓扑关系。参数分区可以满足资料缺乏地区的水文模拟，根据输入有资料的水文站点信息进行分区，确保每个参数分区可以进行参数敏感性分析、率定及模拟结果和实测结果的评价比较等。

由于分布式水文模型通常要把整个流域划分为很多的计算单元，且每个计算单元都有自己的一套默认参数，但并不是每个计算单元出口处都有水文站可以对该计算单元的参数进行率定。为便于模型参数的调整，通常是划分适当的参数分区。在对某个参数分区调参时，整体改变该参数分区内所有计算单元的参数，而不改变模型中各类下垫面间参数的相对关系。基于不同的参数调整目的，将参数分区划分分为两种方法：①按照水文站、出口点的控制范围，把子流域划分到不同的参数分区，该方法使得根据水文站的径流过程进行参数率定更具有针对性；②将行政分区、水资源分区等既定的分区作为参数分区，这种参数分区能够很好地反映人类活动的影响。本研究的参数分区划分采用第一种方法。

2.2.3.2 计算分区

计算分区是为了方便地进行模型计算而提出的。其划分方法和第一种参数分区划分方法完全一样，即按照水文站、出口点的单独控制范围进行划分，因此，在这种情况下，参数分区和计算分区等同。其划分的目的是，可直接按照水文站、出口点的实测流量对计算分区内的水文模拟结果进行验证，并依次对分区内的参数进行率定，且各计算分区能保持相对独立，模拟结果不会对其他计算分区产生影响。由于各计算分区可独立进行计算，因此，可极大地缩短模型计算时间。在对计算分区进行模拟及参数优化时，需按照从上游到下游的顺序进行。

2.2.4 水库分区划分

为了精确描述水利工程对流域水循环的影响，在EasyDHM中又引入了水库分区的概念。在该模型中，水库分为两种类型：一种是有着实测资料的水库，这种水库可视为水文站，划分为参数分区或计算分区；另一种是缺乏实测资料的水库，为考虑这些水库的调蓄能力，模拟这些水库的入库出库过程，则将其划分为参数分区内的水库分区。

模型中，以水文站、有实测资料的水库及出口点为依据划分的参数分区或计算分区仍是最大的分区，水库分区则为参数分区中的一部分。水库均在其控制的水库分区的最下游出口点上，水库分区的上游控制站可以为水文站也可以为水库，但水库分区都包含在其下游最近的水文站的控制分区内。对图2-5所示流域来说，当前分区为水文站2所控制的计算分区，其中包括水库2所控制的水库分区及另外2个子流域；其上游有2个计算分区，其中一个是水文站1所控制的计算分区，一个是水库1所控制的计算分区。这里水库1划分为计算分区，是因为该水库有入库、出库资料，可以对该水库所在分区的子流域进行调参，所以该分区称为参数分区。而水库2由于没有入库出库资料（如无资料的水库、塘坝等），所以无法对该分区进行调参。但是，在该水库处通过划分子流域可以计算该水库的入库径流过程，并对该水库进行水库调度模拟，其出库过程即可汇入下游河道进行汇流演进模拟。为了使用分区计算的需求，在每个分区计算时，首先要判断各个上游分区所在子流域是否有水库，如果无水库则直接读取子流域出口流量过程，如果有水库则直接读取水库的出库过程。

图2-5 水文模拟内增加水库元素示意图