[发明专利]一种大尺度复杂地形区分布式水文模型的子流域划分方法

摘要

本发明公开一种大尺度复杂地形区分布式水文模型的子流域划分方法，包括：最大和最小集水面积阈值的确定、流域出水口的确定、多阈值虚拟河网融合与子流域划分。本发明可实现流域出水口的自动识别，高效快速。另外，初步解决了内流区河网提取失真问题，可准确描述所划分子流域间的拓扑关系。在准确拟合研究区范围的同时有效控制了子流域的数量，兼顾了模型模拟的精度和效率需求。该方法在大尺度、复杂地形区的子流域划分上适用性良好，相关结果可对宏观尺度区域分布式水文模型构建给予有力支持。

主权项

1.一种大尺度复杂地形区分布式水文模型的子流域划分方法，其特征在于，所述子流域划分方法包括三个部分：确定最大和最小集水面积阈值、确定流域出水口、多阈值虚拟河网融合与子流域划分；其具体步骤是；确定最大和最小集水面积阈值：步骤一：基于研究区范围裁剪DEM数据，得到裁剪后的DEM数据A；步骤二：利用实测河网对DEM数据A进行烧录处理，得到河道烧录后的DEM数据B；步骤三：逐一排查内流区的实测河网，选择每条内流水系的末端作为该水系所在流域的潜在出口，将该潜在出口所在DEM栅格的高程值设置为NoData，得到设置后的DEM数据C；步骤四：对DEM 数据C进行洼地填充处理，得到无洼地的DEM数据D；步骤五：采用D8算法，对无洼地的DEM 数据D求取水流方向矩阵，得到水流方向数据E；步骤六：对水流方向数据E求取汇流累积量矩阵，得到汇流累积量数据F；步骤七：初设一个集水面积阈值G，对汇流累积量数据F进行重分类处理，生成单值的虚拟河网栅格数据H，使得大于该阈值的栅格值为1，小于该阈值的栅格值设定成NoData；将虚拟河网栅格转为矢量数据，计算虚拟河网密度I；步骤八：设置不同的集水面积阈值，重复步骤七，统计虚拟河网密度I随集水面积阈值G的变化关系曲线，找出虚拟河网密度I随集水面积阈值G的增大变化不再显著的点，选择该点对应的集水面积阈值作为最大集水面积阈值J；步骤九：调小最大集水面积阈值J，重复步骤七，生成虚拟河网栅格数据H；步骤十：根据虚拟河网栅格数据H，划分研究区的子流域K，计算研究区模拟范围的面积；步骤十一：当研究区模拟范围吻合程度小于99.9%时，重复步骤九和步骤十，直至研究区模拟范围吻合程度达到或超过99.9%，选择此时对应的集水面积阈值作为最小集水面积阈值L，所述研究区模拟范围吻合程度为研究区模拟面积与实际面积之比；确定流域出水口的具体步骤：步骤Ⅰ：基于水流方向数据E，按照D8流向编码，遍历研究区外边界以及内流区流域潜在出口栅格的周围8个栅格的流向，如果某栅格流向的下一个栅格无流向值，则将此栅格标记为“备选”流域出水口，生成“备选”流域出水口数据M；步骤Ⅱ：利用汇流累积量数据F，确定“备选”流域出水口数据所在栅格的汇流累积量，若得到的汇流累积量大于最小集水面积阈值L，则选择该出水口作为最终的流域出水口；遍历所有的“备选”流域出水口，生成流域出水口数据N；对每一个流域出水口设定唯一值；多阈值虚拟河网融合与子流域划分的具体步骤：1）：以流域出水口数据N所在栅格为起点O，根据水流流向栅格判断识别数据N所在栅格的上游河道汇入栅格，可能有一个或多个；若为一个，则将此上游河道汇入栅格直接作为干流汇入栅格P，赋值为1；若为多个，比较其汇流累积数大小，选择其中最大值所在栅格作为干流汇入栅格P；2）：将步骤1）得到的干流汇入栅格P作为起点O，重复步骤1），继续向上游追溯，直至河道源头；最终提取所有的干流汇入栅格P，生成干流虚拟河网Q；3）：利用最大集水面积阈值J和汇流累积量数据F，提取生成虚拟河网R；4）：将干流虚拟河网Q和虚拟河网R融合，生成新的虚拟河网S；5）：基于水流方向数据E和汇水交汇点，对虚拟河网S进行分割，并对每一段河网设定唯一值，得到分割后的汇水网格数据T；6）：基于分割后的汇水网络数据T和水流方向数据E，划分得到研究区的子流域U。