图2-3 一个简单的DEM矩阵及其计算结果
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图2-4 平湖流域水系图
2.2.6 流域分水线的确定和子流域的划分
当流域河网生成以后，就可以确定整个流域界限并进行子流域的划分，流域界限的确定可以帮助我们对研究范围内的区域进行分析以便提取模型运行所需要的相关参数。确定流域界限必须要先确定整个流域的出口。利用反向搜索技术从流域的出口沿河道向上游搜索每一条河道的集水区范围，对搜到的所有栅格所占区域的边界进行勾画就可确定总的流域界限。
子流域的划分是描述下垫面空间异质性的一个基础工作，它是依据下垫面地形特性、水流方向及河网水系特征由计算机自动生成的，这种划分具有一定的物理基础和合理性，可为分布式水文模型提供坚实的技术平台，从而避免降雨径流模型中根据降雨站网划分子单元的缺陷。
子流域的划分首先要确定子流域的出口位置，可以有两种方法：其一是如果知道子流域或水文测站的出口位置，可以手工添加子流域或水文测站的
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出口，子流域或水文测站的范围就是汇聚于该点的上游所有栅格单元所占的区域；其二是如果不知道子流域出口点的位置，那就以两个河道的交汇点作为流域的出口，分别沿上游河道计算积水区面积来划分子流域。以上两种方法都要用反向搜索的方法来实现。
具体算法：
（1）分别定义如下数组：
①两个一维的坐标数组（或一个具有两个元素的结构体数组），用于存放子流域节点的平面坐标，
②定义一个二维子流域数组（行、列数与DEM相同），用于存放网格的子流域号，初始化为0；
③定义一个二维河道汇流标志数组（行、列数与DEM相同），用于存放网格的河道汇合标志，初始化为0；
（2）读入水文测站和流域总出口的坐标；
（3）从流域总出口或DEM的左上角开始，依次扫描每个标志为河道的网格，判断是否是水文测站或河道交汇点，如果是，则子流域节点号加1，将该点坐标存放于子流域节点数组中，且该点的河道汇合标志为1；如果不是，则继续往下，一直到搜索完毕；
（4）对每个子流域节点，从节点处开始，利用反向搜索技术向上搜索，对于流向该汇合节点且子流域号矩阵为0的网格，且河道汇合标志为0，则将其子流域号赋于当前的网格。直到搜索完该子流域，然后进行下一子流域的搜索，直到完毕。
子流域确定后，可以得到子流域内的河道长度、平均坡降、子流域面积、最大高程、最小高程、平均高程等流域特征值，为下一步建立产流模型奠定基础。
以下为平塘流域的子流域图：
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图2-5 平塘流域子流域图
2.3 基于水文响应单元（HRU）的流域离散化研究 2.3.1 数字流域的离散化方法简介
流域的数字高程模型、植被类型以及土壤类型等数据被看作是支持空间分布式水文模型的基本参数。目前，大多数研究者在进行分布式水文模型研究中，只着重考虑了下垫面中地形的影响，即根据地形的坡度计算流域的地貌指数，较少考虑下垫面中不同土地利用/覆被和土壤类型对水文过程的影响。
空间离散化旨在将整个流域或计算区域按一定的原则和方法划分成若干个子流域或子区域，并且与土地利用/土地覆被、土壤图叠加，就可以用离散的数据分布形式给出下垫面因子的空间分布特征。
基于DEM的数字流域的离散化是进行分布式水文模型研究的基础。目前
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基于DEM的流域离散化的主要方法有：网格（grid）；山坡（hillslope）；子流域（subbasin）；水文响应单元HRU（Hydrological Response Unit）；典型单元面积REA（Representative Elemental Area）；分组响应单元GRU（Grouped Response Unit）， 以及它们的组合等。由于受观测资料的制约，基于网格和山坡的划分方法，主要只能应用于小流域中；在考虑下垫面因素（如土壤和植被覆盖等）的情况下，基于子流域的离散方法划分出的每一个子流域内部完全可能存在着多种土地利用方式和多种土壤类型，为了进一步反应这种空间差异，需要在每个子流域内部进行更详细的划分，因此基于子流域的划分方法只能反映它们的综合作用。 2.3.2 水文响应单元（HRU）的概念
HRU是指下垫面特征相对单一和均匀的区域，在这个区域中的网格具有相似的水文特性。由于在自然子流域中可能具有多种植被类型和土壤类型，它们之间的相互组合形成更复杂的下垫面情况。不同的土壤和植被组合具有不同的水文过程，为了进一步反应这种流域内部的类型组合差异，同时减少植被和土壤的复杂组合程度，需要对每个子流域进行HRU的划分，在一个HRU中，只有一种植被和一种土壤类型的组合。
基于HRU的划分方法是子流域划分方法的一种延深，通过数字流域和土地利用类型、土壤类型数字分布图的叠加，将具有多种土地利用和多种土壤类型的子流域分解成多个只含有一种土地利用类型和一种土壤类型的计算单元，这种单元内的网格具有相似的水文特性，能够反映不同的土地利用方式和不同土壤类型组合下的坡面水文循环过程，同时也容易引进传统水文模型，从而简化计算，缩短模型开发时间；而且这种划分方法最大的好处还在于回避了尺度问题，忽略了HRU内部参量和水文过程的天然不均匀性。 2.3.3 HRU划分算法
水文响应单元有两种划分方法，一种是图层空间叠加划分方法，这种方
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