講

SWAT模

型

概

述2021/5/9□

1.1

SWAT

起

源

與

發(fā)

展□

1.2SWAT原

理

概

述□1.3

SWAT

結構與功能□

1.4

SWAT

面

臨

的

問

題

與

挑

戰(zhàn)2021/5/9

2提

綱-SWAT是

什

么

?-SWAT能

做

什

么

?-SWAT面

臨

問

題

與

挑

戰(zhàn)

?幾

個

關

鍵

問

題2021/5/9

3□2

0

世

紀

9

0

年

代

，

美

國

農

業(yè)

部

(USDA)農

業(yè)

研

究

中

心

(ARS)

的

Jeff

Arnold博

士

將SWRRB和

ROTO整

合

為

一

個

新

的

模

型

，

即SWAT

(

Soil

and

WaterAssessment

Tool)1.1

SWAT

起

源

與

發(fā)

展2021/5/9

4殺蟲劑

模塊日降水等

水文模塊作物生長

模塊1.1

SWAT

起

源

與

發(fā)

展ESWAT模型SWAT-G模型SWIM模型SWATMOD模型GLEAMS模型CREAMS模型EPIC模型2021/5/9

5SWAT模型ROTO模型模型

改進SWRRB模型□SWAT

自

開

發(fā)

以

來

不

斷

在

發(fā)

展

和

完

善

。

在

世

界

范

圍

內

具

有

十

分

廣

泛

的

應

用

。1.1

SWAT

起

源

與

發(fā)

展2021/5/9

6SWAT應

用

舉

例

：A.Arnold

和

Srinivasan(1999)

應

用

2

0

年

的

氣

象

數

據

模

擬

了

美

國

7

8

6

6

3

個

子

流域內的水文循環(huán)及水量的平衡關系。Observed(USGS)昌SWATSimulated昌202

7AverageAnnualSimuntadRunothySTATSGOPoiyaonVSragsATIUIOESSINEUHUNOHEySTATSGOFoYgO0-4Nmn營22PB.美

墨RioGrande/RioBravo

流

域

的

水

文

模

擬

。

流

域

面

積

6

0

萬km2,研

究

跨國河流Rio

Grande/Rio

Bravo

流域的水文和水質狀況，及生態(tài)系統的動態(tài)

過

程

。長爾加寫

秧需尼梅迪辛哈符

里面動

溫尼位

納基納斯波坎

0

哈

佛

德

π3山

沒海倫級

佛解變

德戶斯遭伊遇

美

皮爾6

吳保

卡暫

題

得

密

天

店特律埃爾伯特山A

杯得-

辛字和推加夏珀城建湖臨鹽血

至毛格做克拉何馬城

研存斯城

圣路和

非

納付埃

帕

0

獲思量

小號城

伯明弊數

盛比系最物體斯整

新

一培案空爾控!苦斯○不開梅里達攻佩切龍卡日舉品成毫路易斯波托西，

瓜達拉哈拉

辣昆脈

新拉雷營

托

雷

翁

東

蒙

2021/5/9阿卡曾爾科-德華雷航承

世斯坦皮科。圖斯潘村

A永華項伊

斯五靜塊術分Q馬塔莫羅斯曼薩尼約o蓋安氣已奧貝

爾伯制度

多群島拉巴斯非尼克斯馬薩特蘭上想意提格尼西882o01.019101.07191.010192-01.0792-010103|010798|0101940107/940101960107195-010196

·01079010197

·01.07197.01019801079801019901.070.010100|01.07100

·010101

·010701

·010102-0107102-C.歐

洲1

5國

應

用

S

W

A

T

模型

模

擬

農

業(yè)

產

生的

營

養(yǎng)

鹽的

輸

移

情

況

。eoo

simulatadr2=0.87

E=0.76vlaine

catchmentWaerflow(m3e)EN2o人naerheDssioisemeasured20-OloooeooAdeE400200D.

在

印

度

的

應

用

，

量

化

氣

候

變

化

對

印

度

水

資

源

的

影

響

，

并

進

行

洪

水

和

干

旱

模

擬

分

析

。nduBrahmaputraTapiMahanadiCauvery

10Go

davari

KrishnaSabarmatiMahiSubarnarekhaBrahmaniNarmadaComparisonofpredictedandobserved

nitrateconcentrations(Validation)4030F.

在英格蘭流域的應用，進行水量和水質模擬。Comparisonofpredictedandobserved

nitrateconcentrations(Calibration)30Colworth2021/5/9ensumNtmto(mglees5a09919100學itrate(mgL)與G.

在中國SWAT已經多個用于水資源和水環(huán)境、農業(yè)生產等方面的案例?！?/p>

1.1SWAT

起源與發(fā)展□1.2SWAT原

理

概

述□

1.3

SWAT

結

構

與

功

能□

1.4

SWAT

面

臨

的

問

題

與

挑

戰(zhàn)2021/5/9

13提

綱□SWAT

模擬的流域水文過程分為兩大部分：>7水循環(huán)的陸面部分(即產流和坡面匯流部分)水循環(huán)的水面部分(即河網匯流部分)前者控制著每個子流域內主河道的水、沙、營養(yǎng)物質

和

化

學

物

質

等

輸

入

量

；

后

者

決

定

水

、

沙

等

物質從河網向流域出口的輸移過程。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

14根系層非飽和土壤層淺層地下水不透水層

深層地下水SWAT

水

文

循

環(huán)

示

意

圖□水循環(huán)的陸面部分在Hy產dr

計gci

l

中

，

nse引

入

U水ni

)

的響概應念

反(H映R

,被覆蓋和土壤類型的變化對產流及蒸發(fā)的影響。在每個HRU

內單獨計算產流量，然后疊加得到子流域產流量

,在進行坡面匯流，進入子流域主河道。最后通過河網匯流演算得到流域總徑流量。SWAT

的水循環(huán)陸面部分中，主要考慮到氣候、水文和植被

覆蓋等幾個方面因素。espoWATRSolo流1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

16□水循環(huán)的陸面部分氣候因素SWAT所需要輸入的氣候因素變量主要包括：日降水量最大最小氣溫太陽輻射風

速相對濕度這些變量的數值可通過天氣發(fā)生器模型自動生成，

也可直接輸入

實

測

數

據

。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

17□

水循環(huán)的陸面部分水文因素大氣降水經過冠層截留(或直接)降落到地面。降到地面上的

水一部分下滲到土壤；

一部分形成地表徑流。地表徑流快速

匯入河道，

對短期河流響應起到很大貢獻。下滲到土壤中的

水可保持在土壤中被后期蒸發(fā)掉，

或者經由地下路徑較緩慢

流入地表水系統。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

18□水循環(huán)的陸面部分植

被

因

素SWA

T

利用一個通用的植物生長模型模擬所有

類型

的

植

被

覆

蓋

。植物生長模型能區(qū)分一年生植物和多年生植物。被用來判定根系區(qū)水和營養(yǎng)物的移動、蒸騰和生物

量

或

產

量

。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

19□水循環(huán)的陸面部分水土流失SWA

T采

用

修

改

MUSLE模

型(

UniversalSoilLoss

Equation,Williams,1975)

來模擬每個水

文響應單元HRU

的水土流失和泥沙的產生。MUSLE模型能夠與水文模型很好的結合，利用水

文模型提供產流量

和

洪峰

流

量

進行水

土

流失的模

擬

計

算

。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

201.2

SWAT

原

理

概

述口水循環(huán)的陸面部分營

養(yǎng)

物

資

模物擬資流可域以內通幾過種地不表同徑形流式和的壤氮

進的游河

段。下、輸。入運中、磷營SWAMineralPResiaeRlat

ryadaeOrgaaicPIumicSubstanae!CrgnisPtetiltzerOrganic

NHumicSulbstaacesCrganieNFresh

table

Solution

reshDmnitrifiantonTuuraUe

W

fetlrePartDptak=Raa.dePhnt

retdueWelstilimtianmurgtueR

CetlizeDEYRsidueMireaiglicnLnonganicPferiliz

Plae

1gtekeTirEicaicNO?RsnougldneralzatinMineralNatilizerNH,□

水循環(huán)的陸面部分殺

蟲

劑殺蟲劑可以用來研究流域內化學物資的運動。

SWAT模擬殺蟲

劑經由地表徑流進入河網，

通過下滲進入土壤和地下含水層

t

l動,1過9

7，)

用的模擬方程來自GLEAMS模型

(

Leonarda運1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/922SWAT

允許用戶定義每個HRU

的農業(yè)管理措施。用戶可定義

生長季節(jié)的起止時間，

肥料、殺蟲劑和灌溉的時間和數據等

。另外，

在SWAT中可以每年變換不同的管理措施?！?/p>

水循環(huán)的陸面部分管

理

措

施1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/923住己eTedemSunet?emraiemRemumPeNston

Reee20Z1579□

水循環(huán)的水面部分水循環(huán)的水面過程即河道匯流部分，

主要考慮水、沙、

營養(yǎng)物(

N,P)和殺蟲劑在河網中的輸移，

包括主河道以及水

庫的匯流計算。1.2

SWAT

原

理

概

述Iae0s24G□

水循環(huán)的水面部分主河道(或河段)匯流主河道的演算分為4部分：

水、泥沙、

營養(yǎng)物和有機化學物質o在進行河道匯流演算時，

有一部分水份在輸移過程中損失，包

括河道蒸發(fā)和河床滲漏。另一部分被人類取用。河道補充水

份的來源為直接降雨或點源輸入。河道水流演算多采用變動存儲系數模型(

variable

storagecoefficient

method,Williams,1969)

或

Muskingum

方法

。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/925口

水循環(huán)的水面部分水庫匯流演算水庫水量平衡包括：

入流、

出流、降雨、蒸發(fā)和滲漏。在計算

水庫出流時，

SWAT提供三種方式：①需要輸入實測出流數據；②對于小的無觀測值的水庫，需要規(guī)定一個出流量；③對于大水庫，需要一個月調控目標。1.2

SWAT

原

理

概

述2021/5/9

26□1.1SWAT起

源

與

發(fā)

展□1.2SWAT原

理

概

述□1.3SWAT結構

與

功能□1.4SWAT面

臨

的

問

題

與

挑

戰(zhàn)2021/5/9

27提

綱降水降

雪雪

蓋融

雪地

表

徑流輸移

損失池

塘

/

水

庫

調

蓄池塘/水庫蒸發(fā)灌

溉池

塘

/

水

庫

出

流池

塘

/

水

庫

滲

透淺

層

地

下

水灌

溉

潛水

蒸

發(fā)滲

透深

層

地

下

水灌

溉下

滲土

壤

水土壤

水

分

層

(1

0

層

)土

壤

水

蒸

發(fā)植

物

蒸

散

發(fā)壤

中

流滲

漏河

流灌

溉

用

水輸

移

損

失河

段出

流

量1

3

S

w

A

T

結

構

與

功

能灌

溉

降回

歸

流雨SWAT

采

用

類

似

于HYMO

模

型

(Williamsand

Hann,1973)

的

命

令

結

構

來

控

制

徑

流

和化學物質的演算。]通過子流域命令，進行分布式產流計算；□

通過匯流演算命令，模擬河網與水庫的匯流過程；口通過疊加命令，把實測的數據和點源數據輸入到模型中同模

擬值進行比較；口

通過輸入命令，接受其它模型的輸出之值；口

通

過

轉

移

命

令

，

把

某

河

段

(

或

水

庫

)

的

水

轉

移

到

其

他

的

河

段

(或水庫)中，也可直接用作農業(yè)灌溉?！?/p>

SWAT

模型的命令代碼能夠根據需要進行擴展。2021/5/9

29(1)SWAT

結

構否循

環(huán)控

制

命

令計算通過河道的徑流，沉積物和污染物計算通過水庫的徑流，沉積物和污染物從任意一個子流域或水庫向另外一

個子流域或水庫水分輸移的計算疊加任意二個水文過程總的水

量，沉積物，污染物讀入實測EP、徑流數據

或者SWAT輸

出將輸出數據寫入文件，以供另一個SwAT循環(huán)使用讀入或生成降水和最

大/最小氣溫數據生成太陽輻射，風速

和濕度數據計算土壤溫度計算降雪和融雪計算洪峰流

量、

輸移損失、

產沙量、營養(yǎng)物、

殺蟲劑土壤水演算、ET、作物生長、池塘/水庫水量平衡、地下徑流及水位計算子

流

域

計

算疊加計算輸入控制存

儲開

始輸入數據參數初始化

工日

循

環(huán)河道演算水庫演算輸移計算雨+融雪○否計算并輸出最

終計算結果?上

一

年

最后一天計算地

表徑流

和下滲結

束

演

算地表徑流

>0?程序結束是是SWAT

主

要

用

來

預

測

人

類

活

動

對

水

、

沙

、

農

業(yè)

、

化

學

物

質

的

影

響

,

模

擬

流域內多種不同的水循環(huán)過程

?？?/p>

為

流

域

尺

度

的

農

業(yè)

管

理

、

供

水

管

理

和

氣

候

變

化

影

響

研

究

，

提

供

水

循

環(huán)

模

擬

、

評

價

和

管

理

工

具

。(2)SWAT

主

要

功

能2021/5/9

31子演城及*元網段▲

網規(guī)及水庫

5門]流域出口(1)SWAT主

要

功

能River

network

damsesbyfloodgatntrolled&co根系居非飽和土壤層法層地下水不埋水層輝層地下水治水蒸發(fā)地下水出流壤中流、

地表征流

回歸流2220下富下津下涉□1.1SWAT起

源

與

發(fā)

展□1.2SWAT原

理

概

述□1.3SWAT結

構

與

功

能□1.4SWAT面

臨

的

問

題

與

挑

戰(zhàn)2021/5/9

33提

綱-SWAT輸

入

與

調

參

問

題-SWAT平

原

區(qū)

應

用

問

題-SWAT地

下

水

模

擬

問

題1.4

SWAT

面

臨

的

問

題

與

挑

戰(zhàn)-

SWAT

城

市

水

循

環(huán)

模

擬

問

題2021/5/934-

SWAT

輸

入

與

調

參

問

題SWAT

模擬功能強大、參數很多且具有空間分布性，而官方網站上提供AVSWAT在模型輸入與參數調試方面不

太方便。哪怕只改變一個降水站點數據信息或一個參數，就需要重新進行一次參數文件的生成，而這個過程的運行在流域SWAT

模型中要耗費很長時間，使得SWAT

應用受到一定的限制，為此需要開發(fā)了模型輸入與參數調試模塊，

可以

十分

快

速的

進

行

模型

輸

入

和

參