swat模型水量平衡方程
SWAT水文模型
试验测算 值既费时又费力，1971年一些学者发展了一个通用方程来计算土壤侵蚀因子 值，该方程在土壤黏土和壤土组成少于70%时适用。
图2-1 SWAT模型产流计算流程图
2.1.1地表径流
当落到地表的降水量多余入渗量时产生地表径流。SWAT模型采用SCS径流曲线法计算。
SCS曲线方程自上世纪50年代逐渐得到广泛使用，属于经验模型，是对全美小流域降水与径流关系20多年的研究成果。模型能反应不同土壤类型和土地利用方式及前期土壤含水量对降雨径流的影响，它是基于流域的实际入渗量（F）与实际径流量（Q）之比等于流域该场降雨前的最大可能入渗量（S）与最大可能径流量（ ）之比的假定基础上建立的
（1）潜在蒸散发
模型提供了Penman-Monteith、Priestley-Taylor和Hargreaves三种计算潜在蒸散发的方法，另外还可以使用实测资料或已经计算好的逐日潜在蒸散发资料。一般采用Penman-Monteith方法来计算流域的潜在蒸散发。
（2）实际蒸散发
实际蒸散发以潜在蒸散发为计算基础。在计算流域实际蒸散发量的时候，模型首先计算植物冠层截留水分的蒸发，然后计算最大蒸腾量、最大升华量和最大土壤蒸发量，最后计算实际的升华量和土壤水分蒸发量。
2.2土壤侵蚀
泥沙生成量用MUSLE方程来预测，计算渠道泥沙输移量的公式为：
式中： 为输移能力，t/m3； 为流速，m/s；a和b是常数。
根据天气条件，泥沙输移量可以高于或者低于输移能力，导致沉积过量的泥沙通过渠道侵蚀再悬浮输移泥沙。流速方程为：
SWAT校准指南
C HAPTER33SWAT:C ALIBRATIONSWAT校准模型运行的校准分成以下几步：1.水量平衡和河流流量2.泥沙3.营养物Water Balance And Stream Flow—水量平衡和径流在校准之前，必须对流域内的实际情况有所了解。
理论上，必须具有河流实测数据或是流域出口实测数据。
首先对年平均值做校准，年校准之后，可以延伸至月、日记录，进行校准微调。
年平均观测和模拟值汇总为下表的格式：Total Water Yield总水量Baseflow基流Surface Flow地表径流实测200 mm 80 mm 120 mmSWAT 300 mm 20 mm 280 mm如果在流域出口处校准，对应的SWAT值的表在.std文件中。
在文件的末尾，在标题为Ave Annual Basin Values的表中列出了这些值。
如果对流域内某个测站进行校准，总水量可以从河段.rch文件的FLOW_OUT字段计算得到。
基流和地表径流值必须从HRU输出文件（.sbs）或子流域输出文件(.bsb)得到。
为估计基流和径流的贡献，必须对GWQ，SURQ 和WYLD的年平均值做平均计算，以求得目标流域面积加权平均值。
地表径流和基流必须转化为对总水量(WYLD)的百分比，这些百分比然后乘以河道输出文件中的总水量。
不能直接用GWQ和SURQ的值，是因为河道内的降水，蒸发，输移损失等会改变从HRU或子流域输出文件的WYLD字段预测的净水量。
这里有几种把观测径流量分割为基流和地表径流，并计算其百分率的方法。
如果有每日径流数据，可以使用基流分割程序来完成这项分析过程。
I. Basic Water Balance & Total Flow Calibration—基本水量平衡和总径流校准校准地表径流：Step 1：调整CN2(.mgt)，直到地表径流符合要求。
附录A中有很多表包含了多种多样土地覆盖类型的CN值。
第三讲 SWAT水文循环原理
E soil , z E s''
z z exp(2.347 0.00713 z )
式中：Esoil,z 为 z 深度处蒸发需要的水量，mm；z 为地表以下土壤的深度，mm；Es’’为 最大可能土壤水蒸发量。
土壤水分蒸发所需要的水量是由土壤上层蒸发需水量与土壤下层蒸发需水量决定的：
2 t j 88.2 XT sin 2 LAT sinSD cos 2 LAT cosSDsin XT RAmax 301.0 0.0335sin 365 360 360
Esoil ,ly Esoil , zl E soil , zu
式中：Esoil,ly 为 ly 层的蒸发需水量，mm；Esoil,zl 为土壤下层的蒸发需水量，mm；Esoil,zu 为土壤上层的蒸发需水量，mm。
1.2 SWAT 蒸散发过程
2）实际蒸散发
随着 esco 值的减小，模型能够从更深层的土壤获得水分供给蒸发。当土壤层含水量低 于田间持水量时，蒸发需水量也相应减少，蒸发需水量可由下式求得：
深含水层
提 纲
1.1 SWAT 地表水过程
1.2 SWAT 蒸散发过程 1.3 SWAT 土壤水过程
1.4 SWAT 地下水过程
1.1 SWAT 地表水过程
水量平衡方程如下：
SWt SW0 ( Rday Qsurf Ea Wseep Qgw )
i 1
1.2 SWAT 蒸散发过程
1）潜在蒸散发
③ Hargreaves and Samani 公式（1985） ，需要输入的资料仅为气温。
RAmax b ET0 a T 17.8Tmax Tmin L
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍1概述SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型就是美国农业部(USDA)农业研究局(ARS)开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型,并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC与ROTO的主要特征。
SWAT具有很强的物理基础,能够利用GIS与RS提供的空间数据信息模拟地表水与地下水的水量与水质,用来协助水资源管理,即预测与评估流域内水、泥沙与农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测,对单一洪水事件的演算能力不强,模型主要由8个部分组成:水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理与杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块,其采用的就是Q、Y、Duan 等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程,由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能,其源代码公开,方便用户对模型的改进与维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时,首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域,子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整,还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU就是同一个子流域内有着相同土地利用类型与土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡就是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流与河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法,并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量,一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。
每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor与Penman-Monteith。
SWAT模型的原理、结构及应用研究
SWAT模型的原理、结构及应用研究一、本文概述本文旨在全面探讨SWAT（Soil Water Assessment Tool）模型的原理、结构以及其在各种应用场景下的实践研究。
SWAT模型作为一种强大的水文学工具，已经在全球范围内得到了广泛的应用，特别是在水资源管理、农业灌溉、洪水模拟和生态环境评估等领域。
本文首先对SWAT模型的基本原理进行概述，然后深入解析其模型结构，包括模型的各个主要组成部分以及它们之间的相互作用关系。
接下来，本文将通过具体的案例分析，展示SWAT模型在实际应用中的效果和影响力。
通过对这些案例的研究，我们期望能够揭示SWAT模型的潜在价值和局限性，以便在未来的研究和实践中更好地利用这一工具。
本文还将对SWAT模型的发展趋势和前景进行展望，以期为未来相关领域的研究提供参考和借鉴。
二、SWAT模型的理论基础SWAT模型（Soil Water Assessment Tool）是一种基于物理过程的分布式水文模型，其理论基础主要源于水文学、土壤学、生态学等多个学科。
该模型的核心理论框架基于流域水量平衡原理，通过对流域内不同土地利用类型、土壤类型以及管理措施下的水文过程进行模拟，实现对流域水文循环的全面描述。
SWAT模型基于水量平衡方程，即流域内水分的输入（降雨、灌溉等）等于输出（径流、蒸发、渗漏等）与存储（土壤水、地下水等）之和。
这一原理是流域水文学的基本原理，也是SWAT模型进行模拟的基础。
SWAT模型采用分布式参数化方法，将流域划分为若干个子流域或水文响应单元（HRU），每个HRU具有相同的土地利用类型和土壤类型。
这种划分方式充分考虑了流域内空间异质性对水文过程的影响，提高了模型的模拟精度。
在SWAT模型中，水文过程主要包括产流、汇流、蒸散发和土壤水运动等。
产流过程主要受到降雨、植被覆盖、土壤类型等因素的影响；汇流过程则通过计算河网水流路径和流速，模拟水流在流域内的运移过程；蒸散发过程受到气温、湿度、风速等多种气象因素的影响；土壤水运动则描述了水分在土壤剖面中的运动和存储过程。
基于SWAT模型的基流估算及评价+--以洛河流域为例
收稿日期:2003-06;修订日期:2003-08基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 1999043601)~教育部博士点基金资助项目(20010027013)作者简介:杨桂莲(1979-)~女~湖北广水人~硕士研究生~主要从事水文~水资源及水环境方面的研究O E -mail :ygl 781220@sina .com文章编号:1007-6301(2003)05-0463-09基于SWAT 模型的基流估算及评价以洛河流域为例杨桂莲~郝芳华~刘昌明~张雪松(北京师范大学环境科学研究所~水沙科学教育部重点实验室~北京100875)摘要:SWAT 是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型~它能够利用GIS 和RS 提供的空间数据信息~模拟复杂大流域中的径流成分O 本文应用SWAT 模型对基流进行模拟~分别采用1992~1996年和1997~1998年洛河流域卢氏水文站逐年~月实测径流资料进行模型校准和验证~确定模型的敏感性参数:径流曲线数~地下水再蒸发系数~土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割O将滤波分割的基流与SWAT 模拟值进行对比~采用线性回归系数(R 2)和Nash -Suttclife模拟系数(E ns )对SWAT 模型进行评价~其结果月基流R 2为0.76~E ns 为0.75~模拟精度较高O关键词:SWAT 模型;基流估算;滤波技术;洛河流域中图分类号:P 343;P 333.11引言地下水的补给和排泄(即形成基流)特征对地下水资源的高效管理与可持续发展~以及地表水与土壤水转换时的污染最小化方面都至关重要O 在大西洋海岸平原地区~地下径流占总径流的90%以上[1]~而在美国德克萨斯州可达50%[2]O Reay 等人发现若忽略浅层地下水这一水源~将直接影响水质管理决策的可靠性[3]O 地下水补给过程一般较复杂~取决于两类因子~一类是气象因子~如雨强~降水历时~气温~湿度~风速;另一类是下垫面因子~如地下水位以上的土壤和岩层特性~地形~植被和土地利用等O 这些因子的变化会导致地下水补给在时空分布上变化显著[4]O 计算地下水的补排通常有两种方法:水量平衡法或基于监测水分运动的张力计法~示踪剂法~重力测渗仪法[5]O 后者一般费用较高~实际中采用不多O 在干旱和半干旱地区~大流域的地下水补给和基流计算广泛采用基于水量平衡的基流估算法[6~8]和消退曲线平移法[9~12]~后者只需根据流量观测资料就可确定地下水特征值OSWAT 模型是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型~它能够利用第22卷第5期2003年9月地理科学进展PROGRESS IN GEOGRAPHY Vol.22~No.5Sept.~2003GIS 和RS 提供的空间数据信息 模拟地表水和地下水水量与水质 长期预测土地管理措施对于具有多种土壤 土地利用和管理条件的大面积复杂流域的水文 泥沙和农业化学物质产量的影响[13] SWAT 通过水文响应单元( R )单独计算径流量 然后演算得到流域总径流量 水文响应单元的水循环包括四个部分的水量 融雪 土壤剖面(O~2m ) 浅层含水层(2~2O m )和深层含水层(>2O m ) 土壤剖面可分为多层 土壤水运动包括下渗 蒸发 植被截留 侧向流和土壤剖面下边界向潜水层的渗流(即地下水补给) SWAT 模型中计算的地下水补给量是以下三项的总和 土壤剖面下边界渗出量 河道输移损失 池塘和水库的蓄量[14]本文试图借助滤波技术估算基流 并将该结果与SWAT 模拟值进行对比 对SWAT 模型在研究区的应用结果进行评价2研究方法 .1估算方法 SWAT 模型基于水量平衡的SWAT 模型模拟每个水文响应单元的地表径流量和洪峰流量 模型中采用的水量平衡方程式为SW t =SW O - tz=1(Rcay - suLf -E a -W seep - gw )(1)式中 SW t 为土壤最终含水量(mm ) SW O 为土壤前期含水量(mm ) t 为时间步长(d ) R cay 为第z 日降水量(mm ) suLf 为第z 日的地表径流(mm ) E a 为第z 日的蒸发量(mm ) W seep 为第z 日土壤剖面地层的渗透量和侧流量(mm ) gw 为第z 日的基流量(mm )模型采用下列方程式计算流域基流gw z = gw z-1 exp(-a gw At)-W LchLg [1-exp(-a gw At)](2)式中 gw z 为第z 日进入河道的基流补给量(mm ) gw z-1为第(z -1)日进入河道的基流补给量(mm ) t 为时间步长(d ) W LchLg 为第z 日蓄水层的补给量(mm ) O gw 为基流的消退系数其中补给流量由下式计算W LchLg z =[1-exp(-1/8gw )] W seep -exp(-1/8gw ) W LchLg z-1(3)式中 W LchLg z 为第z 日蓄水层补给量(mm ) 8gw 为补给滞后时间(d ) W seep 为第z 日通过土壤剖面底部进入地下含水层的水分通量(mm /d )地表径流采用美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service )研制的小流域设计洪水模型 SCS 模型进行模拟 目前该模型在美国及其他一些国家得到了广泛的应用 在我国也有一些介绍和应用[15~2O] CN (Curve number )值是SCS 模型的主要参数 可将前期土壤湿润程度 坡度 土壤类型和土地利用现状等因素综合在一起 用量的指标来反映下垫面条件对产汇流过程的影响 是反映降雨前流域特征的一个综合参数 SCS 模型有特定的土壤分类系统 需对土壤分类进行对应归并 得到符合SCS 模型的土壤分类结果[14] 因土壤属性较稳定 将土壤分类结果作为不变值 用于模型计算中 CN 值同样受降雨前的流域内土壤湿润程度的影响 SCS 模型将土壤湿润程度根据前5d 的总雨量划分为3类 分别代表干 平均 湿3种状态(AMCI AMCII AMCIII ) 不同湿润状况的CN 值有相互的转464地理科学进展22卷换关系G 最终根据SCS 模型提供的CN 值查算表[15] 充分考虑当地的自然条件 并参考有关研究者在SCS 模型应用中所确定的CN 值[18 19 21] 确定出当地的CN 值G壤中流用动态存储模型预测计算 该模型考虑到水力传导度~坡度和土壤含水量的时空变化G 计算下渗考虑两个主要参数:初始下渗率(依赖于土壤湿度~供水条件)和最终下渗率(等于土壤饱和水力传导度)G蒸散发包括水面蒸发~裸地蒸发和植被蒸腾G 土壤水蒸发和植物蒸腾被分开模拟G 潜在土壤水蒸发由潜在蒸散发和叶面指数估算G 实际土壤水蒸发用土壤厚度和含水量的指数关系式计算G 植物蒸腾由潜在蒸散发和叶面指数的线性关系式计算G 潜在蒸散发有以下三种计算法:~argreaves (~argreaves and Samani 1985) Prestley -Taylor (Prestley and Taylor 1972) Penman -Monteith (Monteith 1965) 本文采用Penman -Monteith 法G2.2评价方法 数字滤波法传统的基流分割法包括图解法[22]和分析法[23]G 图解法主观性较强 在计算两次连续降雨或多次连续降雨时效果较差;分析法依赖迭代曲线拟合算法 且参数较多 难以确定其误差来源[24]G 近年来人们将数字滤波应用于基流的分割G 数字滤波能通过滤波器把输入系列通过一定的运算变换成输出系列G 数字滤波器的实现方式之一是利用通用计算机的存储器~运算器和控制器把滤波器所要完成的运算编成程序通过计算机来执行 也就是采用计算机软件来实现[25]G滤波法较图解法更加客观 操作容易 执行速度快 且参数较少[24]G Nathan 和McMa-hon 首次采用Lyne -~ollick 算法[26]对流量过程进行分析和处理 从流量过程中分割出基流[27]G Arnold 在美国西部和东部选取6个代表流域对该方法进行验证 结果表明该方法不仅精度较高 而且具有较好的客观性和可重复性[28]G 本文采用该方法将实测径流划分为直接径流和基流两部分G 基于Lyne -~ollick 算法的滤波方程为:g t =Bg t 1+(1+B)(0t 0t 1)/2(4)式中:g t 为t 时刻过滤出的快速响应(即直接径流信号 以日为时间步长);0为实测河川总径流;B 为滤波参数G 从总径流中过滤出快速响应 即可得出基流b t :b t =0t g t (5)Nathan 和McMahon 及Arnold 等人采用三通道滤波器 将模拟结果与手工分割的结果进行对比研究 率定出B 值 分别定为O.9O~O.95 O.925[27 29]G3实例研究3.1流域概况洛河是黄河小浪底水库以下的最大支流 洛河干流在陕西省有两条 西干流发源于蓝田县灞源乡 北干流发源于洛南县洛源乡 汇合后经陕西省的洛南县和河南省的卢氏~洛宁~宜阳~洛阳市区~郊区~偃师~巩县 在神堤村注入黄河G 干流长446.9km 流域面积18881km 2 多年平均径流量34.22亿m 3G 其中洛河上游卢氏水文站以上流域 流域面积4623km 2 河道长192km 跨陕西和河南两省 该区为典型的石山林区[23]G 地势高峻 河沟密集 坡陡石多 地形复杂 切割严重 土地贫瘠G 大部分地区海拔在12OO~2OOO m5645期杨桂莲等:基于SWAT 模型的基流估算及评价之间沿河有许多面积较小的河谷平原海拔高度600*1000m O土壤类型以棕壤~褐土为主天然植被较好除岩石裸露外大部分是天然次生杂木林森林和草地覆盖率达70%以上[31 32]O根据1971*2000年资料统计流域内多年平均降水量为720mm多年平均水面蒸发量为966mm O3.2SWAT模型估算3.2.1模型输入本文应用与Arc View GIS藕合的SWAT模型AVSWAT来处理卢氏流域的输入文件(见表1D O根据前文所述的亚流域划分原则并考虑实际的县区边界将卢氏流域划分为39个亚流域[33]O表1模型输入数据Tab.1The input data f or SWAT model数据类型尺度数据描述来源气象24个雨量站日降水和气温黄委水文局地形1=250000高程坡面与河道坡度~长度国家基础地理信息中心土壤1=1000000土壤属性如密度~剖面和质地等南京土壤所土地利用1=100000土地利用类型分类中科院地理所模型所要求的地形土地利用/覆盖和土壤数据是使用AVSWAT2000在Arc View中生成的地形数据是从1=250000万DEM中生成的O SWAT模型所要求的亚流域地图是在AVSWAT中从地形数据中生成的O流域中的土地利用分类数据是从1=100000的土地利用图中得到的并重新进行了分类得到7种土地利用类型耕地(AGRL D~林地(FRST D~草地(PAST D~农村居民点(RURL D~城镇用地(URAN D~水域(WATR D和裸地(BARE D O输入气象数据包括日降水量~最高最低气温~风速和相对湿度等这些数据可以是统计数据也可根据SWAT的天气模拟程序生成O3.2.2模型校准和验证当模型的结构和输入参数初步确定后就需要对模型进行校准(calibration D和验证(Validation D O通常将使用的资料系列分为两部分其中一部分用于校准模型而另一部分则用于模型的验证[34]O校准是调整模型参数(经分析得出SCS曲线数CN~土壤中植物可利用水量~土壤蒸发补偿系数为最敏感因子D~初始和边界条件以及限制条件的过程以使模型接近于测量值O选用线性回归系数(R2D和Nash-Suttclife模拟系数(Ens D 来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果O使用Nash-Suttclife系数Ens来衡量模型模拟值与观测值之间的拟合度其表达式为[34]E ns=1-E nz=1(@m-@p D2E nz=1(@m-@aU!D2(6D式中@m 为观测值@p为模拟值@aU!为观测值平均值n为观测的次数O当@m=@p时E ns=1"如果E ns为负值说明模型模拟值比直接使用测量值的算术平均值更不具代表性O664地理科学进展22卷根据数据获取的完整性,选用1992~1997年卢氏水文站的河道流量对径流进行参数率定0对以下的四个敏感性参数进行调整;径流曲线数(CN 2D ~地下水再蒸发系数(RWVAPC D ~土壤蒸发补偿系数(ESC0D 和植物蒸发补偿系数(EPC0D 0通过调整这些参数使径流模拟值与实测值吻合,其模拟值与实测值年均误差应小于实测值的15%,月均值的线性回归系数R 2>O.6且E ns >O.50流量校准年径流平均误差为14.3%,且月径流E ns 为O.86,R 2为O.87,精度满足模型要求0采用模型参数率定过程中所得到的参数,应用1998~1999年的实测流量数据进行模型验证,并采用R 2及E ns 对模型的验证结果进行评价0流域出口模拟径流量与实测流量拟合较好,月径流R 2为O.81,E ns 为O.840模型对1998年6~9和1O 月,1999年4~5月和12月的模拟值较高;对1998年8月和12月的模拟值较低,其原因可能是由于降雨的空间不均匀性0但总体来说模型预测的评价系数满足评价标准0通过对径流的校准和验证,最后确定出模拟径流过程的模型参数,如表2所示0表2模型校准参数值Tab .2The calibrated parameters f or SWAT model 变量模拟过程参数描述值域/变化范围参数最终值CN 2径流径流曲线数+/-8+2RWVAPC径流地下水再蒸发系数O.OO~1.OO O.1O ESC0径流土壤蒸发补偿系数O.OO~1.OO O.2EPC0径流植物吸收补偿系数O.OO~1.OO O.1O 4结果与分析4.1估算结果SWA 模型输出的是39个亚流域逐日基流量0图版1,图1是39个亚流域年均基流分布图,而图版1,图2是8~1O 月基流总和分布图,其分布规律与年均基流分布相似,主要是由于这三个月占年均基流的46%0由于该研究区为典型的石山林区,地处黄河中游地区,汛期多发生在8~9月份,由于地下径流的滞后效应,1O 月份的基流量所占的比例也较大04.2滤波结果输入1992~1999年日流量资料,在MS -D0S 环境下运行下载的bflow .exe 模块[33],即可得到逐日基流量以及基流参数FT ~退水个数~a gw 系数和退水天数,基流参数如表3所示0表3滤波分割基流参数值Tab .3The parameters of f iltered basef low 基流系数FT 1基流系数FT 2基流系数FT 3退水个数a gw 系数基流天数O.49O.3O O.239O.OO38264注;FT 1~FT 2~FT 3为各自采用第一~二~三通道滤波时,所分割的基流占总径流的比例07645期杨桂莲等;基于SWA 模型的基流估算及评价其中Fl =Z t /@(7)c gw =ln(@gw,O /@gw,N )/N (8)式中:@gw,O 和@gw,N 分别为退水计算时的始,末流量0为了精确计算出c gw ,退水时间(N )不得少于1O 天0根据对研究区的初步分析,发现该区基流占总径流的2O%左右,因此选用基流系数Fl 3以及相应的逐日基流分割值04.3评价与分析将基于滤波技术分割出的基流值与SWAT 模拟值作对照,月基流R 2为O.76,Ens 为O.75,(如图3,图4所示),模拟精度较高0由图3可以看出,SWAT 在模拟高水流时的月份时,基流模拟结果往往偏大,而在模拟低水流时,结果往往偏小0这涉及多方面的原因,一方面,由于土壤含水层的分布本身就很复杂,另一方面,模型在校准时参数不止一个,多个参数之间的相互影响并不明确0在实际校准时,往往只对总径流进行校准,基流的校准由于一般无实测资料,难以进行图3基于滤波技术分割的月基流与SWAT 模拟值对照图Fig .3Monthly time series (1992*1999)of SWAT simulated and filtered baseflow5结论滤波技术使得基流分割地下水补给得以自动完成0该法为SWAT 模型的基流模拟评价提供了依据和途径:(1)自动化滤波技术能快速,高效地分割出基流,结合计算机使退水曲线得以自动平移,可计算出基流量;(2)在无地下水观测地区,借助滤波技术分割基流,可应用于SWAT 模型的基流校准,为SWAT 模型的径流模拟和非点源污染模拟提供了有利途径,同时也为研究地下水资源量864地理科学进展22卷图4基于滤波技术分割的月基流与SWAT 模拟值散点图Fig .4The regression of SWAT simulated and filtered basefloW提供了一种新的方法;(3)SWAT 是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型 在充分利用GIS 和RS 提供的空间数据信息的前提下 能够模拟复杂大流域中的径流成分O参考文献[1]Williams J .R . and J .E .Pinder I .GroundWater floW and runoff a coastal plain stream .Water Resources Bul-letin 1990 726(2):343~352.[2]Arnold J .G . 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characteristics forselected drainage basins in middle and east Tennessee .9645期杨桂莲等:基于SWAT 模型的基流估算及评价074地理科学进展22卷US Geological Survey Water Resources Investigations Report.,1990,(4015):34.[12]Rutledge,puter Programs for Describing the Recession of Groundwater Recharge and for EstimatingMean Groundwater Recharge and Discharge from Streamflow Records.U.S.Geological Survey Water Resources Investigations Report.,1993,(4121):45.[13]Arnold,J.G.,R.Srinivasan,R.S.Muttiah,et rge area hydrologic modeling and assessment.Part I.Model development.Journal of the American Water Resources Association,1998,(34):73~89.[14]王中根,刘昌明,黄友波.SWAT模型的原理~结构及应用研究.地理科学进展,2003,22(1):79~86.[15]袁作新.流域水文模型.北京:水利电力出版社,1990.[16]张建云.地理信息系统及其在水文水资源中的应用.水科学进展,1995,6(4):290~295.[17]张建云,何惠.应用地理信息进行无资料地区流域水文模拟研究.水科学进展,1995,9(4):345~350.[18]张仁杰.从遥感信息到水文模型参数.遥感信息,1987,(1):13~18,28.[19]魏文秋,谢淑琴.遥感资料在SCS模型产流计算中的应用.环境遥感,1992,7(4):243~250.[20]吴险峰,刘昌明.流域水文模型研究的若干进展.地理科学进展,2002,21(4):341~348.[21]Rango A.Assessment of Remote Sensing 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100875,China )Abstract ,BasefloW ,usually separated from total streamfloW ,is very important in many research fields .TWo methods to analyze and calculate basefloW Were introduced .The first method uses the Water balance components from the soil and Water assessment tool model (SWAT ).The second method uses a digital recursive filter to separate basefloW from dai-ly floW .The result Was applied in Lushi basin located in the upper of Luohe to calibrate basefloW in SWAT model .Simulated floW Was calibrated against calculated floW at Luohe (4623km 2)from 1992*1996.To validate the model ,calibrated and simulated monthlyfloW at Luohe from 1997*1998Was compared With a R 2of 0.81and an Ens of 0.84.Foursensitive factors ,including CN 2,RWVAPC ,ESCO and EPCO ,are determined after cali-bration and validation of the model .The rate of three -month (Aug .to Oct .)basefloW in annual total one is 46%because the floods usually took place in August and September in the study area .Comparing simulated monthly basefloW to the filtered one from 1992*1998,a good result can be gained With a R 2of 0.76and an E ns of 0.75.The case study illu-minates that SWAT model can simulate basefloW Well ,and the filter technigue has the po-tential to provide realistic estimates of basefloW for input into regional groundWater models and a check for surface hydrologic models .!ey words ,SWAT model "basefloW estimation "digital filter technigue "Luohe basin1745期杨桂莲等,基于SWAT 模型的基流估算及评价基于SWAT模型的基流估算及评价 --以洛河流域为例作者：杨桂莲， 郝芳华， 刘昌明， 张雪松作者单位：北京师范大学环境科学研究所,水沙科学教育部重点实验室,北京,100875刊名：地理科学进展英文刊名：PROGRESS IN GEOGRAPHY年，卷(期)：2003,22(5)被引用次数：72次1.Williams J R;J E Pinder ⅢGroundwater flow and runoff a coastal plain stream1990(02)2.Arnold J G P;M Allen;G Bernhardt A comprehensive surface-groundwater flow model 1993(142)3.Reay W G;D L Gallagher Jr;G M Simmons Groundwater discharge and its impact on surface water quality in a Chesapeake Bay inlet 1992(06)4.Memon B A Quantitative analysis of springs 1995(26)5.Wood W W;W E 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SWAT水文模型
式中： 为ly层的蒸发需水量，mm； 为土壤下层的蒸发需水量，mm； 为土壤上层的蒸发需水量，mm。
土壤深度的划分假设50%的蒸发需水量由0～10mm内土壤上层的含水量提供，因此100mm的蒸发需水量中50mm都要由10mm的上层土壤提供，显然上层无法满足需要，这就需要建立一个系数来调整土壤层深度的划分，以满足蒸发需水量，调整后的公式可以表示为：
式中： 为渠道曼宁系数； 为渠道坡度，m/m。
由于降水和径流产生的土壤侵蚀是用MUSLE方程来计算的，MUSLE是修正的通用土壤流失方程（USLE）。USLE方程是通过降水动能函数预测年均侵蚀量，而在MUSLE中，用径流因子代替降水动能，改善了泥沙产量的预测，这样就不需要泥沙输移系数，并且可以将方程用于单次暴雨事件，因为径流因子是先行湿度和降水动能的函数。USLE中需要输移系数是因为降水动能因子表示的能量只在作用流域内起作用。修正的通用土壤流失方程为;
（3）冠层截留蒸发量
模型在计算实际蒸发时假定尽可能蒸发冠层截留的水分，如果潜在蒸发量 小于冠层截留的自由水量 ，则：
式中： 为某日流域的实际蒸发量，mm； 为某日冠层自由水蒸发量，mm； 为某日的潜在蒸发量，mm； 为某日植被冠层自由水初始含量，mm； 为某日植被冠层自由水终止含量，mm。
如果潜在蒸发量 大于冠层截留的自由水含量 则：
由此可得SCS方程为：
流域当时最大可能滞留量 在空间上与土地利用方式、土壤类型和坡度等下垫面因素密切相关，模型引入的 值可较好地确定 ，公式如下：
CN是一个无量纲参数，CN值是反映降雨前期流域特征的一个综合参数，它是前期土壤湿度、坡度、土地利用方式和土壤类型状况等因素的综合。
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。
SWAT 具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。
每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。
SWAT具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算法。
蒸散发、模型。
每泥硝态氮量由水量和土壤层中的平均硝态氮浓度来估计。
泥沙中运移的有机氮采用McElroy et al.开发的负荷方程，后经进一步改进。
该负荷方程基于土壤表层的有机氮浓度、泥沙量和富集率来估计径流中的有机氮损失。
植物吸引的磷采用与氮相似的供需方法。
径流中带走的可溶解磷采用土壤表层中的不稳定磷、径流量和磷土分离系数来计算。
泥沙运移的磷采用与有机氮运移相同的方程。
河道中营养物的动态模拟采用QUAL2E模型。
2.1产汇流模型模型中采用的水量平衡表达式为：式中：为土壤最终含水量，mm；为土壤前期含水量，mm；t为时间步长，d；为第i 天降水量，mm；为第i天的地表径流，mm；为第i天的蒸发量，mm；为第i天存在于土壤剖面底层的渗透量和侧流量，mm；为第i天地下水含量，mm。
SWAT模型水文循环陆地阶段主要有水文、天气、沉积、土壤温度、作物产量、营养物质和农业管理等部分组成。
模型径流SCS流关系）与最大可能径流量（）之比的假定基础上建立的式中：假定潜在径流量（）为降水量（）与由径流产生前植物截留、初渗和填洼蓄水构成的流）的差值。
由此推到上式有：受土地利用、耕作方式、灌溉条件、冠层截留、下渗、填洼等因素的影响，它与土壤最大可能入渗量S呈一定的正比关系，美国农业部土壤保持局在分析了大量长期的实验结果基础上，提出了二者最合适的比例系数为0.2，即：由此可得SCS方程为：流域当时最大可能滞留量在空间上与土地利用方式、土壤类型和坡度等下垫面因素密切相关，模型引入的值可较好地确定，公式如下：CN是一个无量纲参数，CN值是反映降雨前期流域特征的一个综合参数，它是前期土壤湿度、坡度、土地利用方式和土壤类型状况等因素的综合。
swat模型水量平衡方程
swat模型水量平衡方程SWAT模型是一种常用的水文水资源模型，用于模拟流域的水量平衡。
水量平衡方程是SWAT模型的核心部分，用于描述流域内水的输入、输出和储存情况，从而对流域的水资源进行评估和管理。
水量平衡方程可以表示为：P = Q + ET + ΔS其中，P表示降水，Q表示径流，ET表示蒸发腾发，ΔS表示水体的储存变化。
降水是指流域内的降雨量，包括雨水和雪水。
降水是流域的主要水源之一，对于水量平衡的计算和流域水资源的评估具有重要意义。
降水的形式和强度会受到气象因素的影响，如气温、湿度和风速等。
在SWAT模型中，可以通过降雨观测数据或气象模型的输出来获得降水数据。
径流是指降水经过地表和地下径流途径流入河流或湖泊的过程。
地表径流是指降水直接流入河流、湖泊或蓄水池等地表水体的过程，地下径流是指降水通过渗透、入渗和地下水流等途径进入地下水系统并最终流入河流、湖泊或蓄水池等地下水体的过程。
径流的计算是水量平衡模型中的重要环节，可以通过SWAT模型中的子模块进行模拟和计算。
蒸发腾发是指水分从地表和植被蒸发和蒸腾的过程。
地表蒸发是指水分从地表（如土壤和水体表面）转化为水蒸气并进入大气中的过程，蒸腾是指植被通过根系吸收土壤中的水分，并通过植物叶面传导到大气中的过程。
蒸发腾发受到多种因素的影响，如气象因素、土壤水分和植被类型等。
在SWAT模型中，可以通过气象数据和土壤水分数据来模拟和计算蒸发腾发过程。
水体的储存变化是指流域内水的储存量的变化，包括土壤水分、地下水和湖泊等。
水的储存变化受到降水、蒸发腾发和径流等因素的影响。
在SWAT模型中，可以通过水文过程模块来模拟和计算水体的储存变化。
通过水量平衡方程的计算，可以对流域的水资源进行评估和管理。
例如，可以通过模拟不同的降水情景、蒸发腾发情景和土地利用变化情景等，来评估流域的水资源供需状况，为流域的水资源管理提供科学依据。
此外，还可以通过模型的敏感性分析和不确定性分析，评估模型的可靠性和精度，并确定模型中各参数的重要性和影响程度。
清华大学《高等水文学》SWAT水文过程_62101469
∆t
2
(24)
式中： qin,ave 时段内的平均入流速率：
qin,ave
=
qin,1
+ qin,2 2
(25)
传播时间通过将水流量除以水流速度求得：
= TT V= stored V = stored ,1 Vstored ,2
qout
qout ,1
qout ,2
(26)
式中：TT 为传播时间(s)，Vstored 为存储量 (m3 H2O)，qout 为出流速率 (m3/s).
qch
=
qc*h
⋅ Area 3.6
(18)
qc∗=h q0∗ ⋅ (100 * Area)−0.5
(19)
q0∗ 是单元产流面积流速（mm hr-1），Area 为子流域面积（km2），100 为单位转换
系数。建议单位产流面积流速为 6.35mm/hr，将方程(18)和(19)带入方程(17)，得
面的含水量，不包括萎蔫系数下土壤剖面的含水量，w1和 w2 为形状系数。Smax 是
把 CN1 带入方程
S
=
25.4 ⋅ 1000 CN
−10 计算求得。
3) CN 值计算
CN 值是反映土壤透水性、土地利用和土壤前期含水状况的综合参数。SCS
模型的 CN 值，与土壤的渗透性，土地利用与前期土壤湿度有关，
径流； surlag 是地表径流滞后系数， tconc 是子流域的汇流时间（hrs）。 汇流时间 tconc 为降雨时间开始到整个子流域面积内汇流均到达出口，从子流
域最远的一点到出口的时间，包括坡面汇流时间( tov )和河道汇流时间( tch ):
tcon=c tov + tch
第二章4-SWAT模型
地表水过程（续）
地表产流计算：
SWAT 产流计算包括 SCS 和 Green & Ampt 模型。其中，SCS 曲线数法用的较多，该模型有
SWAT 产流计算包括 SCS 和 Green & Ampt 模型。其中，SCS 曲线数法用的较多，该模型有
以 差以 差值 下下值之 基之 基比 本比 本值 假值 假； 定； 定： IaI：a和实和实际S际S之蓄之蓄间水间水为量为量线线FF性性与与关关最最系系大大。。蓄蓄其其水水降降容容雨雨量量－－S径S径之之流流间间关关的的系系比比表表值值达达等等式式于于如如径径下下流流：：量量QQ与与降降雨雨量量PP和和初初损损IaIa
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。其中太阳辐射、风速、相对湿度等通常由于资料缺失而由 模型生成。
2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
水文因素
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 被后期蒸发掉，或者经由地下路径较缓慢流入地表水系统。
2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
营养物质
SWAT模拟流域内几种不同形式的氮、磷的运动与转换。氮、磷营 养物质可以通过地表径流和壤中流进入主河道传输到下游河段。
2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
杀虫剂
杀虫剂可以用来研究流域内化学物质的运动。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流间和河网中的
SWAT水文模型之欧阳科创编
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB 模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。
SWAT具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。
每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor 和Penman-Monteith。
SWAT原理介绍
二、 SWAT 原理 SWAT 模型主要用来预测人类活动对水、沙、农业、化学物质的长期影响。 它可以模拟流域内多种不同的水循环物理过程。 由于流域下垫面和气候因素具有 时空变异性，为了提高模拟的精度，通常 SWAT 模型将研究流域细分成若干个
2
单元流域。流域离散的方法有三种:自然子流域(subbasin)、山坡(hillslop) 和网格 (grid)。SWAT 模拟的流域水文过程分为两部分:坡面产流和汇流部分及河道汇流 部分。前者控制着每个子流域内主河道的水、沙和化学物质等的输入量；后者决 定水、沙等物质从河网向流域出口的输移情况。 1．水循环的陆面部分 流域内蒸发量随植被覆盖和土壤的不同而变化， 可通过水文响应单元(HRU) 的划分来反映这种变化。每个 HRU 都单独计算径流量， 然后演算得到流域总 径流量。在实际的计算中， 一般要考虑气候、水文和植被覆盖这三个方面的因 素。 1．1 气候因素 流域气候(特别是湿度和能量的输入) 控制着水量平衡， 并决定了水循环中 不同要素的相对重要性。SWAT 所需要输入的气候因素变量包括: 日降水量、最 大最小气温、 太阳辐射、 风速和相对湿度。 这些变量的数值可通过模型自动生成， 也可直接输入实测数据。 1．2 水文因素 降水可被植被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蒸发掉， 或者经由地下路径缓慢流入 地表水系统。 冠层蓄水: SWAT 有两种计算地表径流的方法。当采用 Green &Ampt 方法 时需要单独计算冠层截留。计算主要输入为 : 冠层最大蓄水量和时段叶面指数 (LAI). 当计算蒸发时， 冠层水首先蒸发。 下渗: 计算下渗考虑两个主要参数: ①初始下渗率(依赖于土壤湿度和供水 条件)； ②最终下渗率(等于土壤饱和水力传导度)。 当用 SCS 曲线法计算地表径 流时， 由于计算时间步长为日， 不能直接模拟下渗。下渗量的计算基于水量平 衡。Green&Ampt 模型可以直接模拟下渗， 但需要次降雨数据。 重新分配: 是指降水或灌溉停止时水在土壤剖面中的持续运动。它是由土壤 水不均匀引起的。 SWAT 中重新分配过程采用存储演算技术预测根系区每个土层 中的水流。当一个土层中的蓄水量超过田间持水量， 而下土层处于非饱和态时，
第三讲 SWAT水文循环原理
2 SWly ,excess 1000 d Lhill
式中：SWly,excess 为土壤饱和区内可流出的水量，mm；Lhill 为山坡坡长，m；Φd 为土壤层 总空隙度 Φsoil 与土壤层水分含量达到田间持水量的空隙度 Φfc 之差。
d＝ soil fc
山坡出口断面的净水量为：
1.2 SWAT 蒸散发过程
1）潜在蒸散发
② Priestley-Taylor 公式（1972） ，需要输入的资料为辐射和气温。
R ET0 1.28 n L
净辐射量，MJ/m2；L 为汽化潜热，MJ/kg。
式中：ET0 为蒸散能力，mm；Δ 为饱和水汽压斜率，kPa/℃；γ 为湿度计常数；Rn 为
FF Q Q S S P II a P
a
（8.2）
式中：P 为一次性降雨总量，mm；Q 为地表径流量，mm；Ia 为初损，mm，即产生地表径流 之前的降雨损失；F 为后损，mm，即产生地表径流之后的降雨损失；S 为流域当时的可能最大滞 留量 mm，是后损 F 的上限。其中：
I a aS
2 t j 88.2 XT sin 2 LAT sinSD cos 2 LAT cosSDsin XT RAmax 301.0 0.0335sin 365 360 360
E soil , z E s''
z z exp(2.347 0.00713 z )
式中：Esoil,z 为 z 深度处蒸发需要的水量，mm；z 为地表以下土壤的深度，mm；Es’’为 最大可能土壤水蒸发量。
土壤水分蒸发所需要的水量是由土壤上层蒸发需水量与土壤下层蒸发需水量决定的：
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。
SWAT具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU 是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。
每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。
每一个子流域内侵蚀和泥沙量的估算采用改进的USLE方程，河道内泥沙演算采用改进的Bagnold泥沙运移方程。
SWAT校准指南
C HAPTER33SWAT:C ALIBRATIONSWAT校准模型运行的校准分成以下几步：1.水量平衡和河流流量2.泥沙3.营养物Water Balance And Stream Flow—水量平衡和径流在校准之前，必须对流域内的实际情况有所了解。
理论上，必须具有河流实测数据或是流域出口实测数据。
首先对年平均值做校准，年校准之后，可以延伸至月、日记录，进行校准微调。
年平均观测和模拟值汇总为下表的格式：Total Water Yield总水量Baseflow基流Surface Flow地表径流实测200 mm 80 mm 120 mmSWAT 300 mm 20 mm 280 mm如果在流域出口处校准，对应的SWAT值的表在.std文件中。
在文件的末尾，在标题为Ave Annual Basin Values的表中列出了这些值。
如果对流域内某个测站进行校准，总水量可以从河段.rch文件的FLOW_OUT字段计算得到。
基流和地表径流值必须从HRU输出文件（.sbs）或子流域输出文件(.bsb)得到。
为估计基流和径流的贡献，必须对GWQ，SURQ 和WYLD的年平均值做平均计算，以求得目标流域面积加权平均值。
地表径流和基流必须转化为对总水量(WYLD)的百分比，这些百分比然后乘以河道输出文件中的总水量。
不能直接用GWQ和SURQ的值，是因为河道内的降水，蒸发，输移损失等会改变从HRU或子流域输出文件的WYLD字段预测的净水量。
这里有几种把观测径流量分割为基流和地表径流，并计算其百分率的方法。
如果有每日径流数据，可以使用基流分割程序来完成这项分析过程。
I. Basic Water Balance & Total Flow Calibration—基本水量平衡和总径流校准校准地表径流：Step 1：调整CN2(.mgt)，直到地表径流符合要求。
附录A中有很多表包含了多种多样土地覆盖类型的CN值。
SWAT水文模型之欧阳术创编
SWAT水文模型介绍1概述SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。
它主要基于SWRRB模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特征。
SWAT具有很强的物理基础，能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟地表水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥沙和农业化学品管理所产生的影响。
该模型主要用于长期预测，对单一洪水事件的演算能力不强，模型主要由8个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。
SWAT模型拥有参数自动率定模块，其采用的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采用模块化编程，由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型的改进和维护。
2模型原理SWAT模型在进行模拟时，首先根据DEM把流域划分为一定数目的子流域，子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。
然后在每一个子流域内再划分为水文响应单元HRU。
HRU是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类型的区域。
每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。
地表径流估算一般采用SCS径流曲线法。
渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。
在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。
每一层土壤中的壤中流采用动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。
模型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor和Penman-Monteith。
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swat模型水量平衡方程
SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）是一种广泛应用于水资源管理和土地利用规划的水量平衡模型。
它模拟了流域内水循环的各个组成部分，包括降水、蒸发、蓄水、径流等，可以用于评估不同土地利用管理措施对水资源的影响，以及预测未来的水资源供需情况。
SWAT模型的水量平衡方程是基于流域的物质守恒定律建立的，它描述了降水在流域中的水循环过程，并计算了径流的生成与运动。
首先，降水是水量平衡方程的重要输入项，包括雨滴截留、蒸发和渗漏等水文过程。
SWAT模型中通常会使用降水站点的观测数据或气象模型的输出数据作为输入。
其次，土壤蓄水量是流域水量平衡方程中的一个重要参数。
SWAT 模型通过考虑土壤类型和土壤水分特性等来模拟土壤的蓄水能力，这可以反映不同土地利用类型的水文响应。
然后，蒸发是流域水循环的关键过程之一，代表了水分从土壤和植被蒸发的过程。
SWAT模型中采用了一系列的参数和公式来计算蒸发过程，包括潜在蒸发、实际蒸发和冠层蒸发等。
此外，渗漏是指水分从土壤渗透到地下水中的过程。
SWAT模型考虑了渗漏对地下水补给的影响，通过模拟土壤的渗透能力和土壤饱和度来计算渗漏量。
最后，径流是通过蒸发和渗漏后剩余的降水流出流域的部分。
SWAT模型通过考虑土壤类型、地形、土地利用等因素，采用多个子流域的方法来模拟流域的径流产生与转移。
综上所述，SWAT模型的水量平衡方程可以描述如下：
降水=截留+蒸发+渗漏+产流
其中，截留代表了降水在植被上被截留的部分；蒸发代表了水分从土壤和植被蒸发的过程；渗漏代表了水分从土壤渗透到地下水中的过程；产流代表了径流的生成与运动。
SWAT模型通过计算这些过程中的关键参数和输入，以及采用物质守恒的原理，可以模拟流域内的水资源循环和水量平衡。
这些模拟结
果可以帮助决策者了解不同土地利用策略对水资源的影响，优化土地利用配置方案，提高水资源的利用效率，为可持续水资源管理和土地规划提供科学的依据。