分布式水文模型子流域划分方法

　　分布式水文模型是从水循环的动力学机制来描述流域水文问题，且能够分析流域下垫面变化后的产汇流变化规律的数学模型。20世纪60年代开始萌芽了分布式水文模型建模思想，如今，逐步发展起来的“基于DEM的分布式水文模型”，已成为当今水文学界研究的热点[1-2]。自然子流域作为分布式水文模型的计算单元，最大好处是单元内和单元之间的水文过程十分清晰，而且单元水文模型很容易引进传统水文模型，从而简化计算，缩短模型开发时间，得到了广泛的应用[3]。子流域划分不仅是构建分布式水文模型的重要内容之一，同时也是分布式水文模型进行洪水预报与调度的前提。

　　1 子流域划分方法国内外研究进展

　　1.1 国外研究进展

　　在国外，最早主张以序列原则来划分水道大小的人是Gravelius(1914)[4]，他规定：在任何一个河网内，最大的主流为第一级水道，汇入主流的最大支流为第二级水道，汇入大支流的小支流为第三级水道，这样一直把全部大小支流命名完为止。而基于DEM的流域分析的研究从20世纪60年代开始，80-90年代出现高峰。国外对子流域划分的研究主要包括两个方面：一是子流域划分与编码方法的研究，二是集成子流域划分与编码方法软件的开发。

　　1.1.1子流域划分与编码方法的研究

　　目前，比较通用的子流域划分方法主要有Horton法[5]、Strahler法[6]、Shreve法[7]和Pfafstetter法[8]。Horton法是基于河道分叉来确定水道级别的，该方法简单易懂，但通过该方法划分出来的较高级水道的上游几乎与第一级水道具有完全相似的特征;Strahler法是在Horton法基础上，从形态与水文要素综合分析中提出的，并且划分的河道结构具有拓扑关系，因而应用十分广泛;Shreve法对河道的等级划分与Strahler法基本相同，只是在河流的等级划分中采用了加和的方法，其优点在于能够全面考虑所有河道等级的作用[9];Pfafstetter法基于河网的拓扑关系及河道的集水面积，对流域进行从大到小逐级划分和编码，流域和研究区域可被划为很多较小的子流域，并且每个子流域都被赋给唯一的Pfafstetter编码，该法具有诸多优点，如编码中包含有拓扑信息，编码规则富有规律性，便于计算机处理，适用范围广等。

　　Verdin等[10]应用Pfafstetter法对子流域进行划分和编码，经验证表明Pfafstetter法不仅可以根据编码进行河段的直接定位，而且其编码具有显著的拓扑关系。Vogt等[11]也将Pfafstetter法应用到欧洲泰晤士河等流域，对其进行了子流域划分。Weishar等[12]也进行了类似的应用研究。

　　1.1.2集成子流域划分与编码方法软件的开发