SWAT模型讲义

1、第二讲第二讲 SWAT模型概述模型概述 提提 纲纲o 1.1 SWAT 起源与发展起源与发展o 1.2 SWAT 原理概述原理概述o 1.3 SWAT 结构与功能结构与功能o 1.4 SWAT 面临的问题与挑战面临的问题与挑战几个关键问题几个关键问题1.1 SWAT 起源与发展起源与发展1.1 SWAT 起源与发展起源与发展模型改进CREAMS模型EPIC模型杀虫剂模块日降水等水文模块作物生长模块SWRRB模型SWAT模型ROTO模型SWAT-G模型SWIM模型SWATMOD模型GLEAMS模型ESWAT模型1.1 SWAT 起源与发展起源与发展 提提 纲纲o 1.1 SWAT 起源与发展起源

2、与发展o 1.2 SWAT 原理概述原理概述o 1.3 SWAT 结构与功能结构与功能o 1.4 SWAT 面临的问题与挑战面临的问题与挑战1.2 SWAT 原理概述原理概述 1.2 SWAT 原理概述原理概述 SWAT所需要输入的气候因素变量主要包括：l 日降水量l 最大最小气温l 太阳辐射l 风速l 相对湿度 这些变量的数值可通过天气发生器模型自动生成，也可直接输入实测数据。 1.2 SWAT 原理概述原理概述 大气降水经过冠层截留（或直接）降落到地面。降到地面上的水一部分下渗到土壤；一部分形成地表径流。地表径流快速汇入河道，对短期河流响应起到很大贡献。下渗到土壤中的水可保持在土壤中被后期

3、蒸发掉，或者经由地下路径较缓慢流入地表水系统。1.2 SWAT 原理概述原理概述 SWAT利用一个通用的植物生长模型模拟所有类型的植被覆盖。 植物生长模型能区分一年生植物和多年生植物。 被用来判定根系区水和营养物的移动、蒸腾和生物量或产量。1.2 SWAT 原理概述原理概述 SWAT采用修改MUSLE模型（Universal Soil Loss Equation,Williams,1975）来模拟每个水文响应单元HRU的水土流失和泥沙的产生。 MUSLE模型能够与水文模型很好的结合，利用水文模型提供产流量和洪峰流量进行水土流失的模拟计算。1.2 SWAT 原理概述原理概述 SWAT模拟流域内几

4、种不同形式的氮、磷的运动与转换。氮、磷营养物资可以通过地表径流和壤中流进入主河道传输到下游河段。 1.2 SWAT 原理概述原理概述 杀虫剂可以用来研究流域内化学物资的运动。SWAT模拟杀虫剂经由地表径流进入河网，通过下渗进入土壤和地下含水层的运动过程，所用的模拟方程来自GLEAMS模型（Leonard et al.,1987）。 1.2 SWAT 原理概述原理概述 SWAT允许用户定义每个HRU的农业管理措施。用户可定义生长季节的起止时间，肥料、杀虫剂和灌溉的时间和数据等。另外，在SWAT中可以每年变换不同的管理措施。1.2 SWAT 原理概述原理概述 水循环的水面过程即河道汇流部分，主要考

5、虑水、沙、营养物（N，P）和杀虫剂在河网中的输移，包括主河道以及水库的汇流计算。 1.2 SWAT 原理概述原理概述 主河道的演算分为4部分：水、泥沙、营养物和有机化学物质。 在进行河道汇流演算时，有一部分水份在输移过程中损失，包括河道蒸发和河床渗漏。另一部分被人类取用。河道补充水份的来源为直接降雨或点源输入。 河道水流演算多采用变动存储系数模型（variable storage coefficient method, Williams,1969）或Muskingum方法。 1.2 SWAT 原理概述原理概述 水库水量平衡包括：入流、出流、降雨、蒸发和渗漏。在计算水库出流时，SWAT提供三种方

6、式： 需要输入实测出流数据； 对于小的无观测值的水库，需要规定一个出流量； 对于大水库，需要一个月调控目标。 1.2 SWAT 原理概述原理概述提提 纲纲o 1.1 SWAT 起源与发展起源与发展o 1.2 SWAT 原理概述原理概述o 1.3 SWAT 结构与功能结构与功能o 1.4 SWAT 面临的问题与挑战面临的问题与挑战降 水灌 溉降 雨降 雪融 雪 地 表 径 流土壤水蒸发植物蒸散发壤 中 流渗 漏输 移 损 失池塘/水库蒸发灌 溉池塘/水库出流池塘/水库渗透灌 溉潜水蒸发渗 透回归流灌 溉灌溉用水输移损失河段出流量雪 盖土 壤 水 土壤水分层（10层）河 流浅层地下水深层地下水池塘

7、/水库调蓄下 渗1.3 SWAT 结构与功能结构与功能 （1）SWAT 结构结构开 始输入数据参数初始化日 循 环 ？上一年最后一天计算并输出最终计算结果程序结束循 环 控 制 命 令河道演算计算通过河道的径流，沉积物和污染物水库演算计算通过水库的径流，沉积物和污染物输移计算从任意一个子流域或水库向另外一个子流域或水库水分输移的计算子流域计算读入或生成降水和最大/最小气温数据生成太阳辐射，风速和湿度数据计算土壤温度计算降雪和融雪叠加计算叠加任意二个水文过程总的水量，沉积物，污染物输入控制读入实测EP、径流数据或者SWAT输出存 储将输出数据写入文件，以供另一个SWAT循环使用降雨+融雪0计算地

8、表径流和下渗地表径流0？计算洪峰流量、 输移损失、 产沙量、营养物、杀虫剂土壤水演算、ET、作物生长、池塘/水库水量平衡、地下径流及水位计算结 束 演 算是否是否（2）SWAT 主要功能主要功能 River network controlled by dams & floodgates 1 12 26 64 43 38 8101016161717202018181919212122222323242425255 51111141413139 9151512127 7源 头 子 流 域河 段 子 流 域11539681017121314161175191820222123242524 （1）SWAT 主要功能主要功能提提 纲纲o 1.1 SWAT 起源与发展起源与发展o 1.2 SWAT 原理概述原理概述o 1.3 SWAT 结构与功能结构与功能o 1.4 SWAT 面临的问题与挑战面临的问题与挑战1.4 S