2.2 模型空間單元劃分方法

2.2.1 子流域劃分

EasyDHM模型子流域劃分方法采用通用復雜流域、區域子流域劃分方法PGSDM（Pfafstetter Coding System Based General Sub-Basin Delineation Method），其核心是對Pfafstetter編碼的改進。該方法不僅支持各種河網特征的Pfafstetter編碼和多個入口點、多個出口點，而且能考慮流域中水文站和水庫準確位置，并能對無分叉河段和狹長子流域進行自動加密等。

由于Pfafstetter規則只能對河道支流數大于等于4的情況進行編碼［圖2-4（a）］，如果某一已編碼河道的支流數小于4，則不能對此河道的下一級支流及河段進行更低一級的編碼，這也阻礙了對此河道所在子流域的進一步細分，可能會導致最終劃分的子流域的面積分布不均勻。因此，需要對Pfafstetter規則進行改進。PGSDM方法對Pfafstetter編碼的改進內容主要包括：

（1）若某河道只有3條支流，則從上游到下游，3條支流的低一級編碼依次為6、4、2，3條支流與河道的交匯點把河道分為4個河段，從上游到下游，4個河段的低一級編碼依次為7、5、3、1［見圖2-4（b）］。

（2）若某河道只有2條支流，則同理，2條支流的低一級編碼為4、2，3個河段的低一級編碼為5、3、1［圖2-4（c）］。

（3）若某河道只有1條支流，則支流的低一級編碼為2，2個河段的低一級編碼為3、1［圖2-4（d）］。

2.2.2 子流域內部單元劃分

EasyDHM模型為了更好地描述下墊面的情況，對子流域內部進行了二級單元劃分，包括依據高程劃分的等高帶（EEB，Equal Elevation Band），依據匯流到出口點的時間劃分的等流時帶（EFB，Equal Flow interval Band）及依據水文響應機制劃分的水文響應單元（HRU，Hydrological Response Unit）。本研究對子流域內部進行了等高帶劃分。根據高程，EasyDHM模型將山區的子流域進一步劃分為若干個等高帶（1～10個不等），平原區的子流域則視作一個等高帶。其劃分方法為：①逐網格判斷子流域涉及的山區或平原區，山區屬性值為1，平原區默認屬性值為0，依次記錄山區子流域內所有柵格的高程及相應行列坐標，并計算每個子流域的網格數和面積；②依據高程把山區子流域內柵格由高到低進行排序，設定各子流域等高帶數目，劃分等高帶；③按高程值從高到低給每個等高帶從1到10進行編碼。

2.2.3 參數分區和計算分區劃分

EasyDHM模型盡管通過引入“子流域內的計算單元”的思想，解決了采用小網格單元帶來的計算負擔過重問題，但由于對水循環過程描述詳細，將導致計算過程非常耗時。為此，該模型引入了參數分區與計算分區的概念，從而實現了參數的快速自動優化。

2.2.3.1 參數分區

參數分區是基于子流域劃分與水文控制站而生成的流域拓撲關系。參數分區可以滿足資料缺乏地區的水文模擬，根據輸入有資料的水文站點信息進行分區，確保每個參數分區可以進行參數敏感性分析、率定及模擬結果和實測結果的評價比較等。

由于分布式水文模型通常要把整個流域劃分為很多的計算單元，且每個計算單元都有自己的一套默認參數，但并不是每個計算單元出口處都有水文站可以對該計算單元的參數進行率定。為便于模型參數的調整，通常是劃分適當的參數分區。在對某個參數分區調參時，整體改變該參數分區內所有計算單元的參數，而不改變模型中各類下墊面間參數的相對關系。基于不同的參數調整目的，將參數分區劃分分為兩種方法：①按照水文站、出口點的控制范圍，把子流域劃分到不同的參數分區，該方法使得根據水文站的徑流過程進行參數率定更具有針對性；②將行政分區、水資源分區等既定的分區作為參數分區，這種參數分區能夠很好地反映人類活動的影響。本研究的參數分區劃分采用第一種方法。

2.2.3.2 計算分區

計算分區是為了方便地進行模型計算而提出的。其劃分方法和第一種參數分區劃分方法完全一樣，即按照水文站、出口點的單獨控制范圍進行劃分，因此，在這種情況下，參數分區和計算分區等同。其劃分的目的是，可直接按照水文站、出口點的實測流量對計算分區內的水文模擬結果進行驗證，并依次對分區內的參數進行率定，且各計算分區能保持相對獨立，模擬結果不會對其他計算分區產生影響。由于各計算分區可獨立進行計算，因此，可極大地縮短模型計算時間。在對計算分區進行模擬及參數優化時，需按照從上游到下游的順序進行。

2.2.4 水庫分區劃分

為了精確描述水利工程對流域水循環的影響，在EasyDHM中又引入了水庫分區的概念。在該模型中，水庫分為兩種類型：一種是有著實測資料的水庫，這種水庫可視為水文站，劃分為參數分區或計算分區；另一種是缺乏實測資料的水庫，為考慮這些水庫的調蓄能力，模擬這些水庫的入庫出庫過程，則將其劃分為參數分區內的水庫分區。

模型中，以水文站、有實測資料的水庫及出口點為依據劃分的參數分區或計算分區仍是最大的分區，水庫分區則為參數分區中的一部分。水庫均在其控制的水庫分區的最下游出口點上，水庫分區的上游控制站可以為水文站也可以為水庫，但水庫分區都包含在其下游最近的水文站的控制分區內。對圖2-5所示流域來說，當前分區為水文站2所控制的計算分區，其中包括水庫2所控制的水庫分區及另外2個子流域；其上游有2個計算分區，其中一個是水文站1所控制的計算分區，一個是水庫1所控制的計算分區。這里水庫1劃分為計算分區，是因為該水庫有入庫、出庫資料，可以對該水庫所在分區的子流域進行調參，所以該分區稱為參數分區。而水庫2由于沒有入庫出庫資料（如無資料的水庫、塘壩等），所以無法對該分區進行調參。但是，在該水庫處通過劃分子流域可以計算該水庫的入庫徑流過程，并對該水庫進行水庫調度模擬，其出庫過程即可匯入下游河道進行匯流演進模擬。為了使用分區計算的需求，在每個分區計算時，首先要判斷各個上游分區所在子流域是否有水庫，如果無水庫則直接讀取子流域出口流量過程，如果有水庫則直接讀取水庫的出庫過程。