孟现勇-如何使用世界土壤数据库(HWSD)建立SWAT模型土壤数据库

孟现勇-如何使用世界土壤数据库(HWSD)建立SWAT模型土壤数据库中国水利水电科学研究院1、简要介绍：SWAT模型中土壤数据是主要的输入参数之一，土壤数据质量的好坏会对模型的模拟结果产生重要影响。用到的土壤数据主要包括土壤类型分布图、土壤类型索引表及土壤物理属性文件（即土壤数据库参数）。土壤的物理属性决定了土壤剖面中水和气的运动情况，并且对HRU中的水循环起着重要的作用，是SWAT建模前期处理过程的关键数据。土壤粒径分布是指土壤固相中不同粗细级别的土粒所占的比例，常用某一粒径及其对应的累积百分含量曲线来表示。土壤质地转换方法有多种，考虑到模型的通用性，参数形式的土壤粒径分布模型更便于标准程序的编制以及不同来源粒径分析资料的对比和统一，SWAT模型采用的土壤粒径级配标准是USDA简化的美制标准（表1）。目前世界土壤数据库（HWSD）由于采用了USDA标准，因此可直接用于建立SWAT模型数据库。（注明：国际制粒径分类需要采用双参数修正的经验逻辑生长模型转化粒径）表1美国制表1国际制类2、HWSD数据库建立SWAT数据库说明：（1）通过黑河数据中心下载该数据：（2）利用Arcgis打开HWSD土壤数据库：图1土壤数据库加载(3)打开土壤数据库图层属性表,发现该土壤数据库为0.00833度，约为0.92公里（可看做一公里），数据格式为GRID格式。投影为：GCS_WGS_1984.图2土壤数据库属性(4)打开数据库属性表,VALUE覆盖范围为：11000-1193（藏南和阿克塞钦地区缺失），此部分VALUE较为重要，COUNT为像元个数。图3土壤数据库属性（5）以祁连山黑河流域为例，利用研究区边界或DEM，将研究区从HWSD数据库裁剪（裁剪时需要保证HWSD数据库投影与研究区DEM（或边界）投影一致）,裁剪后的研究区土壤数据库图4所示。此时，VALUE值为后面需要计算的各土壤类型唯一编号。图4研究区VALUE值获取（6）打开HWSD数据库元数据表图5HWSD元数据库位置并将图（标红的）两个表导出为EXCEL图6导出表最终导出以下两个表（图7）图7两个需要的表D_SYMBOL90及HWSD_DATA然后将HWSD_DATA打开图8HWSD_DATA表（6）通过HWSD_DATA表查询MU_GLOBAL和VALUE对应的行，并贴入新表。图9查询MU_GLOBAL和VALUE对应的行将MU_GLOBAL与VALUE对应的土壤数据参数全部找到，并复制到新表中。同时在D_SYMBOL90表中找到土壤数据库的名字，并填入上表。图10查找土壤名字图11将土壤名称全称及其他参数添加至新表最终得到土壤数据库在SWAT模型中需要的参数值（以HWSD数据库上层为例：HWSD数据库有两层，上层T表示，下次S表示）图12HWSD中需要用到的研究区土壤（两层）参数汇总土壤参数计算需要注意一下重要步骤1、需要把单位换为Metric图13SPAW单位选择2、以上参数计算需要按照下图箭头进行图14重要参数计算过程将对应数据填入（Sand、Clay、OrganicMatter），其中Salinity默认为0.1，Compaction默认为0.9后回车，如上图******************************************************************************按照自己的命名格式建立一个新表，并将以下各列加入新表，用于计算土壤数据库参数VALUE:图9右；COUNT:不填；SNAME(土壤名称):在新建的Book1.xls中找到SU_SYM90列中11103对应的值GRh，然后再打开D_SYMBOL90.xlsx(参照文件),查找GRh所代表的全称，即HaplicGreyzems,填入表格NLAYERS(土壤数据库的层数）:2层;HYDGRP(水文分组)：根据饱和水利传导系数计算分为A/B/C/D选择上层和下层的饱和水利传导系数中较小的一个，由图判断属于哪个分组；SOL_ZMX(土壤剖面最大根系深度):对应REF_DEPTH，为100，上层30，下层70；ANION_EXCL(阴离子交换孔隙度):模型默认值为0.5；CMPPCT(土壤最大可伸缩量):默认为1；TEXTURE(土壤层结构)：通过查询数据库或SPAW计算，下面详述；SOL_Z1(土壤第一层深度):默认为30；SOL_BD1、SOL_AWC1、SOL_K1(分别为土壤湿密度、土壤层有效持水量、饱和水利传导系数)：这三列需要用SPAW计算，参考下页。SOL_CBN1、SAND1、SILT1、CLAY1(分别为t_oc上层土壤有机碳含量、T_SAND上层土壤含沙量、T_SILT上层壤土含量、T_CLAY上层粘土含量)：从hwsd中查找，即新建的Book1.xls中查找；SOL_ALB1(地表反射率)：在中国没有相关可借鉴的公式来计算，一般默认为0,01；USLE_K1(ULSE方程中土壤侵蚀因子)：用公式KUSLE?fcsand?fcl?si?forgc?fhisand计算；SOL_EC1(土壤电导力)：默认为0；OrganicMatter上层有机物(土壤有机碳含量)：T_OC/0.58；T_ECE上层盐度（salinity）：默认为0或对应T_ECE为0.1；下层计算方法同上；******************************************************************************最后将以上计算结果录入SWAT土壤数据库。在Swat-ArcSWAT-Datebases-SWAT2009.mdb目录中打开usersoil，将做好的土壤数据库中的数据依次填到每一个的后面，结果保存两位有效数字，无参数列一律填0。图15填充0土壤数据库索引表solic.txt的建立。土壤数据库通过土壤索引表来读取数据。在inputdata-soil-solic.txt,VALUE与code一定要对应.索引表索引了栅格图，Arcgis读取栅格图，就会读到name，索引表就会读取到数据库，数据库就把所有参数带入模型进行运算（图）。图16建立索引表及SWAT调用土壤数据库的内涵***********************************后记*************************************图17土壤数据库中很多学生遇到的麻烦备注：针对HWSD数据库存在不同的MU_GLOBAL拥有相同的土壤名字，如何操作的问题说明。1、如果土壤名一样，而土壤物理参数不同，需要对下面出现的土壤进行自定义（新类型的子土壤），本人推荐采用数字表示不同土壤，见图17，MollicSolonchaks1为第一个土壤，MollicSolonchaks2为自行定义的土壤，两类土壤在研究区内分布情况和土壤物理参数均不同。2、如果土壤名称相同，同时土壤名称对应的各类土壤物理参数也相同，考虑用同一个土壤名称，对其他土壤层进行重分类VALUE值即可。即图17的MollicSolonchaks2土壤。VALUE=11556和11557的土壤全部被重分类为11556即可。CMADS工作组技术负责人：孟现勇二〇一六年四月二十四日星期日