本发明专利技术公开了一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，包括以下步骤：S1、基于DEM数据，计算其坡向数据并将流域划分成子流域；S2、判断子流域是否需要考虑山坡的不对称性，并将其划分出源头、左坡和右坡；S3、判断山坡是否需要考虑高程带，并将山坡划分出高程带；S4、判断高程带是否需要考虑坡向，并将高程带基于不同坡向划分为计算单元；S5、分别对子流域、山坡、高程带和计算单元进行编号。本发明专利技术通过自适应考虑子流域的划分要素，将流域逐步划分计算单元，保持了不同单元的空间连续性，能用于表征下垫面和气象属性的空间异质性，进一步提高了水文模拟的计算效率；该方法仅依据容易获得的高程数据进行划分，划分过程与机制简单明确，适用于山区大流域。适用于山区大流域。适用于山区大流域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法
[0001]本专利技术涉及水文水利的计算方法，尤其涉及一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法。
技术介绍
[0002]山区大流域作为众多河流的发源地，为大自然和人类生活提供了重要的水资源，对山区大流域进行水文模拟，理解山区大流域的水文过程，具有十分重要的意义。
[0003]在山区大流域的水文模拟中，划分出合理的计算单元，能够对模拟的有效性和准确性起到重要的作用。山区地形复杂多变，计算单元需要同时满足空间代表性强和划分效率高两大要求。
[0004]目前对于山区大流域计算单元划分的主要方法有基于网格划分和基于子流域划分。
[0005]基于网格划分的方法，划分单元多，计算量过大，效率不高。
[0006]基于子流域划分的方法，能够提高计算效率。子流域内部划分又包括基于水文响应单元划分和基于山坡属性划分。基于水文响应单元划分无法保持空间连接性，不能反映真实水文过程。而基于山坡属性的划分方法虽然提高了计算效率，并保持了空间连接性，但是，现有的基于山坡划分方法较为复杂，且未考虑不同坡向的异质性，不能完全反映流域的空间异质性。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，充分考虑划分因素，将流域逐步划分计算单元，既能够保持空间连接性与反映空间异质性，又能够提高计算效率，所需数据容易获得且稳定可靠，方法机制简单明确。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，具体包括以下步骤：
[0009]S1、基于流域的DEM数据，计算流域的坡向数据，并将流域划分成子流域；
[0010]S2、判断子流域是否需要考虑山坡的不对称性，基于河网和陆面栅格位置对需要考虑山坡不对称性的子流域划分出源头、左坡和右坡；
[0011]S3、判断山坡是否需要考虑高程带，基于高程差阈值对需要考虑高程带的山坡划分高程带；
[0012]S4、判断高程带是否需要考虑坡向，基于坡向数据将需要考虑坡向的高程带划分为阴坡、阳坡和半阳坡，每一个坡向为一个计算单元；
[0013]S5、基于空间位置分别对子流域、山坡、高程带和计算单元进行编号。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S1的具体操作步骤为：
[0015]S1-1、获取流域的DEM数据；
[0016]S1-2、基于流域的DEM数据计算获得坡向栅格数据，判断每个栅格所属的坡向类
别，判断依据为：(315-359
°
，0-45
°
)属于阴坡，(135-225
°
)属于阳坡，(45-135
°
,225-315
°
)属于半阳坡。
[0017]S1-3、划分子流域：对流域的DEM数据依次进行填洼、汇流和提取河网，再将流域划分为多个子流域；
[0018]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S2的具体操作步骤为：
[0019]S2-1、通过公式(1)计算每个所述子流域的不对称系数AC：
[0020][0021]式中：AC为不对称系数；A
l
为左侧山坡的面积，A
r
为右侧山坡的面积；
[0022]S2-2、判断是否考虑山坡的不对称性：根据不对称系数判断是否需要考虑山坡的不对称性：当不对称系数大于0.4时，即两岸一侧面积大于另一侧1.5倍，则需要考虑山坡的不对称性；当小于等于0.4时，不考虑山坡的不对称性；
[0023]S2-3、划分子流域的源头：对于需考虑山坡不对称性的子流域，提取子流域中河网源头栅格的位置，判断是否位于子流域边界，若未在子流域边界，则子流域具有源头，搜索子流域中河网源头栅格的上游汇流累计栅格作为子流域的源头；若河网源头栅格位于子流域边界，则该子流域无源头；
[0024]S2-4、划分子流域的左坡和右坡：对子流域中剩余的陆面栅格进行遍历，判断每一个陆面栅格与河网的相对位置，若陆面栅格位于河道流向的左侧，则该栅格属于子流域的左坡，若位于河道流向的右侧，则属于子流域的右坡，遍历结束后，汇总分别属于左坡、右坡的陆面栅格，分别作为子流域的左坡、右坡；对于不需要考虑山坡对称性的子流域，认为一个子流域为一个山坡。
[0025]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S3的具体操作步骤为：
[0026]S3-1、判断是否考虑高程带：基于DEM数据获得每个山坡的高程的最高值H
max
与最低值H
min
，计算出每个山坡的高程差，若高程差大于200m，则考虑高程带，若小于等于200m则不考虑高程带；
[0027]S3-2、划分高程带：对于需要考虑高程带的山坡，设置划分高程带的高程差阈值Δh，通过公式(2)计算每个山坡的高程带数量：
[0028][0029]式中CEILING()为向上取整函数；FLOOR()为向下取整函数；
[0030]通过公式(3)确定每个高程带的高程范围：
[0031][0032]在山坡中遍历每个陆面栅格，判断每个栅格高程所属的高程带，遍历结束后，将山坡划分为多个高程带；
[0033]对于不考虑高程带的山坡，认为一个子流域为一个高程带。
[0034]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S4的具体操作步骤为：
[0035]S4-1、判断是否考虑坡向：基于坡向数据计算每个子流域中阴坡、阳坡和半阳坡的比例，若子流域中面积最大坡向占比高于75％，则不考虑坡向要素，若低于或等于75％则考
虑坡向；
[0036]S4-2、划分坡向：对于需考虑坡向的高程带，将高程带划分为阴坡、阳坡和半阳坡，三个坡向区域分别代表三个计算单元；不考虑坡向的高程带，则认为一个高程带是一个计算单元。
[0037]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S5的具体操作步骤为：
[0038]S5-1、按照从上游至下游的顺序自1开始对子流域编号；
[0039]S5-2、在每一个子流域中，按照右坡、左坡、源头的顺序自1开始对山坡编号，即右坡为1，左坡为2，源头为3；
[0040]S5-3、在每一个山坡中，按照自上而下的顺序自1开始对高程带编号；
[0041]S5-4、在每一个高程带中，按阴坡、阳坡、半阳坡的顺序自1开始对计算单元编号，即阴坡为1，阳坡为2，半阳坡为3。
[0042]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S5的具体操作步骤为：
[0043]S5-1、按照从下游至上游的顺序自1开始对子流域编号；
[0044]S5-2、在每一个子流域中，按照源头、左坡、右坡的先后顺序自1开始对山坡编号，即源头为1，左坡为2，右坡为3；
[0045]S5-3、在每一个山坡中，按照自下而上的顺序自1开始对高程带编号；
[0046]S5-4、在每本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、基于流域的DEM数据，计算流域的坡向数据，并将流域划分成子流域；S2、判断子流域是否需要考虑山坡的不对称性，基于河网和陆面栅格位置对需要考虑山坡不对称性的子流域划分出源头、左坡和右坡；S3、判断山坡是否需要考虑高程带，基于高程差阈值对需要考虑高程带的山坡划分高程带；S4、判断高程带是否需要考虑坡向，基于坡向数据将需要考虑坡向的高程带划分为阴坡、阳坡和半阳坡，每一个坡向为一个计算单元；S5、基于空间位置分别对子流域、山坡、高程带和计算单元进行编号。2.根据权利要求1所述的基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，其特征在于：所述步骤S1的具体操作步骤为：S1-1、获取流域的DEM数据；S1-2、基于流域的DEM数据计算获得坡向栅格数据，判断每个栅格所属的坡向类别，判断依据为：(315-359
°
，0-45
°
)属于阴坡，(135-225
°
)属于阳坡，(45-135
°
,225-315
°
)属于半阳坡。S1-3、划分子流域：对流域的DEM数据依次进行填洼、汇流和提取河网，再将流域划分为多个子流域。3.根据权利要求2所述的一种基于地形属性的水文模型计算单元划分方法，其特征在于：所述步骤S2的具体操作步骤为：S2-1、通过公式(1)计算每个所述子流域的不对称系数AC：式中：AC为不对称系数；A
l
为左侧山坡的面积，A
r
为右侧山坡的面积；S2-2、判断是否考虑山坡的不对称性：根据不对称系数判断是否需要考虑山坡的不对称性：当不对称系数大于0.4时，即两岸山坡中一侧面积大于另一侧的1.5倍时，则需要考虑山坡的不对称性；当小于等于0.4时，不考虑山坡的不对称性；S2-3、划分子流域的源头：对于需考虑山坡不对称性的子流域，提取子流域中河网源头栅格的位置，判断是否位于子流域边界，若未在子流域边界，则子流域具有源头，搜索子流域中河网源头栅格的上游汇流累计栅格作为子流域的源头；若河网源头栅格位于子流域边界，则该子流域无源头；S2-4、划分子流域的左坡和右坡：对子流域中剩余的陆面栅格进行遍历，判断每一个陆面栅格与河网的相对位置，若陆面栅格位于河道流向的左侧，则该栅格属于子流域的左坡，若位于河道流向的右侧，则属于子流域的右坡，遍历结束后，汇总分别属于左坡、右坡的陆面栅格，分别作为子流域的左坡、右...
【专利技术属性】
技术研发人员：李步，卢吉，迟福东，周星，杨德玮，吕恒，覃建明，倪广恒，汤华勇，陈豪，谭彬，李金洁，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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