SWAT模型

复旦大学陕西科技大学流域非点源模型SWAT陕西科技大学SWAT发展历程加入估计径流洪峰流速的SCS径流曲线以及产沙MUSLE,与河道演算模型相融合SWATSWRRBGLEAMSCREAMS田间尺度非点源污染模型考虑了气候、土壤和管理措施等因素的相互作用和EPIC模型的作物生长模块相结合，以d为时间步长SWAT94.2、SWAT96.2、SWAT98.l、SWAT99.2、SWAT2000,SWAT2003陕西科技大学SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）是DRJeff为美国农业部农业服务中心开发的流域尺度模型运行上采取命令代码控制方式，用来控制水流在子流间和河网中的演进过程，使得添加水库的调蓄作用变得异常简单。采用模块化设计思路，水循环的每一个环节对应一个则模块，十分方便模型的扩展和应用。在每一个网格单元或子流域上应用传统的概念性模型来推求降雨，再进行汇流演算，最后得到出口断面流量。SWAT简介用来模拟和分析水土流失、非点源污染和农业管理等问题陕西科技大学SWAT简介SWAT四大特点物理概念模型输入参数简单计算效率高可以对流域进行长期模拟陕西科技大学模型结构SWAT可以对流域内一系列复杂的物理过程进行模拟，例如水循环和营养物迁移转化等。流域内泥沙、营养物的产生与迁移等都是建立在流域内水循环的基础之上。植物生长与经营管理模块四大子模块陕西科技大学水文模块流域水循环可以分为两个部分，一是陆面水循环，陆面水文过程控制着每个子流域向河道输入的水量、泥沙量和营养物量。第二部分是河道的水文过程，它决定着流域内主河道向流域出口输送的水量、泥沙量和营养物量。陕西科技大学一、陆面水循环陕西科技大学SWAT中陆面水循环可用下式来表示iigwlatseepaufdayoQQWEQRSWSW1srttSWoSWdayR表示土壤水最终含量mmH2O，ufQsraEseepWlatQgwQ土壤水初始含量mmH2O,表示第i天的降水量mmH2O，表示第i天地表径流量mmH2O,第i天蒸发量mmH2O,第i天的下渗量mmH2O,第i天壤中流量mmH2O,第i天的基流量mmH2O,陕西科技大学二、河道水文过程在SWAT中，曼宁方程用来计算流量和流速，马斯京根方程用来模拟水流在河道中的应用曼宁方程q为流道流量，m3/s。A为过水断面面积，m2。R为水力半径，m。Slp为底面坡度。n为河道曼宁系数。v为流速，m/s陕西科技大学马斯京根方程马斯京根法将河道看成柱体和楔体的组合V为河道水量m3,qin为上游流量m3/s,qout为下游流量m3/s，K为河道贮水时间s,X为衡量河段出流与入流相互关系的权重因子，Lch为河道长度Km，v为流速m/s.陕西科技大学土壤侵蚀与泥沙输运模块在SWAT中，对由降雨及地表径流产生的流沙量的计算采用MUSLE（Modifiedversionofuniversalsoillossequation），即改进通用土壤流失方程。改进了流沙产量预测的准确度，并且可以预测单次降雨事件中的产沙量CFRGLSPCKareaQsedhrupeq56.0)q(8.11sed为泥沙日产量,ton；Q为表面径流量，mm/ha；qpeq为地表径流峰值流速，m3/s；areahru为水文响应单元面积（ha）；K为土壤侵蚀系数；C为作物经营管理系数；P为水土保持系数；LS为地形系数；GFRG为粗糙系数。陕西科技大学营养物质输运模块地表径流中各形态氮迁移转化过程河道中各形态氮迁移转化过程（QUAL2E）硝基氮有机氮有机氮氮氨亚硝基氮硝基氮地表径流中各形态磷迁移转化过程河道中各形态氮迁移转化过程可溶性磷固相磷有机磷无机磷陕西科技大学植物生长与经营模块冠层截留土壤水分吸收蒸腾作用流域水文循环残体转化硝基氮及可溶性磷的吸收固氮SWAT采用的植物生长模块是EPIC模型中植物生长模块的简化版。EPIC模型中，采用Monteith法衡量植物生长情况，并引入收获指数来计算温度、水、营养物对植物生长的影响。SWAT，的植物生长模块不考虑EPIC中的植物根系生长、微量营养物循环、毒理反应及植物共生等作用。植物生长模块陕西科技大学经营模块农林地的管理水资源管理植物播种时间，施肥措施，杀虫剂喷洒措施，作物收割时间流域内的灌溉，排水，蓄水，生活用水，工业用水等陕西科技大学通过修正的土壤流失方程（MUSLE）来计算泥沙负荷量，可向模型输入降雨量、气温、太阳辐射、相对温度和风速等气象因素变量。模拟计算各个HRU上上地表径流、下渗、蒸散发等过程。还考虑到冻土上地表径流的计算水文组件气象组件泥沙组件SWAT模型可以模拟流域内多种水文循环物理过程。由于流域下垫面和气候的空间差异性，为了便于模拟，SWAI，模型按照不同的土地利用方式和土壤类型将流域细分为若干个子流域。模型在该模块包括有水文、气象、泥沙、土壤温度、植物生长、营养物、农业/杀虫剂和农业管理等8个组件。陕西科技大学采用其所整合的EPIC模型进行模拟计算，对N、P两种元素进行独立模拟。利用温度作为控制条件，将研究区域作物分为一年生和多年生植物，对根系区水和营养物的移动蒸腾量和作物产量进行计算以土壤密度，土层厚度和土壤含水量等参数作为输入数据。以地表温度、日平均温度、土壤温度衰减深度来共同表征土壤温度。土壤漫度组件作物生长组件营养物组件陕西科技大学可模拟多年生长作物的轮作以及每年三季作物的种植情况，模拟多种农业管理措施的影响要求输入灌溉、施肥和农药/杀虫剂的数据。可模拟地表径流、渗漏、土壤挥发、泥沙携带等过程农药/杀虫的迁移损耗情况。农药/杀虫剂组件农业管理组件陕西科技大学模型基础数据库1流域的数字高程模型(DEM):用来划分子流域和寻找出流路径。2土地利用数据:主要用来计算植被生长、耗水和地表产汇流。3土壤数据:用来计算壤中流和浅层地下水量。陕西科技大学4气象数据:包括日降雨资料、日最高最低气温、风速、日辐射量、相对湿度、气温站位置高程、雨量站位置高程等，用来计算流量和蒸散发量5农业管理措施和水库和湖泊位置，出流点等陕西科技大学数据名称数据类型所需参数获得渠道说明地形数据DEMGRID或.shipfile格式地形高程、坡度、坡向、河流等数字高程模型（DEM）前3层数据坐标必须统一。并且用等面积投影；土壤分类采用美国分类系统；气象资料还需要气象和水文站点高程及位置的文件。土地利用植被图GRID或.shipfile格式植被种类、空间分布、叶面积指数、冠层高度、植被根系高清析遥感图像解释土壤数据土壤图GRID或.shipfile格式各层土壤含水率、空隙率、饱和水力传导、各组成颗粒含量、径流曲线野外采样测量或有关单位提供数据气象数据气象资料表.dbf或.txt格式日降雨量、日最高最低温度、相对湿度、日辐射量、风速各气象站点，国家气象局模型主要输入数据陕西科技大学SWAT模型在我国应用存在的问题1、模型所需数据不完备，精确度不够，获取难度较大。2、模型所采用的概念性或经验性公式在我国可能出现效果不好或模拟精度不高等问题。3、模型参数收集包括驱动所需的站点气象参数、土壤属性数据以及土地利用实时变化等观测不全或难以获取，也大大地限制了模型的使用。4、模型输入参数如气象数据、土地覆盖变化及HRU子流域划分对模型的水文模拟精度存在较大的影响。陕西科技大学(1)模型参数简化和不确定性研究水文模型参数的数量可以增加对水文物理过程的解释，但并不是参数越多模型就模拟得越精确，而且参数获取也是水文模拟中最大的问题之一。因此，模型参数的率定、校准和验证将是S环尽口，模型的重要研究内容之一。(2)SWAT模型下非点源污染的研究当前我国农业管理的集约化水平较低，由农业引起的非点源污染情况非常严重。因此近些年来非点源污染研究已经成为我国环境界的重要研究热点。通过集成SWAT模型空间数据，使其输入效率、模拟输出显示和模型运行效率的集成大大提高，为非点源污染研究、环境变化条件下水文响应研究和水资源管理等工作提供了强大的平台。SWAT在中国的发展前景