(完整版)SWAT水文模型
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：
(完整版)SWAT模型
SWAT SWRRB
考虑了气候、土壤 和管理措施等因素 的相互作用
GLEAMS
田间尺度非点源污染 模型
CREAMS
陕西科技大学
SWAT（Soil and Water Assessment Tool ）是DR Jeff为美国农业部 农业服务中心开发的流域尺度模型
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
陕西科技大学
流域非点源模型 SWAT
复旦大学
SWAT发展历程
SWAT94.2、SWAT96.2、SWAT98.l、 SWAT99.2、SWAT2000,SWAT2003
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
和EPIC模型的作物生长模 块相结合，以d为时间步长
陕西科技大学
经营模块
农林地的管理
植物播种 时间，施 肥措施， 杀虫剂喷 洒措施， 作物收割 时间
水资源管理
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
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。
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。
陕西科技大学
农药/杀虫剂组件
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。
农业管理组件
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
来计算泥沙负荷量，
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模型(共39张PPT)
提纲
1.1 SWAT 起源与发展 1.2 SWAT 原理概述 1.3 SWAT 结构与功能 1.4 SWAT 面临的问题与挑战
几个关键问题
- SWAT 是什么？
- SWAT 能做什么？
- SWAT 面临问题与挑战？
1.1 SWAT 起源与发展
20世纪90年代，美国农业部（USDA）农 业研究中心（ARS）的Jeff Arnold博士将 SWRRB和ROTO整合为一个新的模型，即
所需要输入的气候因素变量主要包括： 使得SWAT应用受到一定的限制，为此需要开发了模型输入与参数调试模块，可以十分快速的进行模型输入和参数的调整。
B．美墨Rio GrSanWde/RAioTBravo 流域的水文模拟。
日降水量 3 SWAT 结构与功能
- SWAT 输入与调参问题
最大最小气温 1 SWAT 起源与发展
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
水循环的陆面部分
营养物资
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。
C．欧洲15国应用SWAT模型模拟农业产生的营养盐的输移情况。
D．在印度的应用，量化气候变化对印度水资源的影响，并进行洪水和干旱模拟分析 。
F．在英格兰流域的应用，进行水量和水质模拟。
G．在中国SWAT已经多个用于水资源和水环境、农业生产等方面的案例。
提纲
1.1 SWAT 起源与发展 1.2 SWAT 原理概述 1.3 SWAT 结构与功能 1.4 SWAT 面临的问题与挑战
SWAT水文模型之欧阳法创编
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水文模型之欧阳德创编
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模型参数及运行过程
SWAT模型参数及运行过程SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 是一种基于分布式水文模型的农业水文模型，被广泛应用于研究、管理和决策支持系统中。
下面将介绍SWAT模型的参数设置，以及其运行过程。
1.SWAT模型参数设置：- 模型时间尺度（Time Step）：定义模拟的时间跨度，可选择从小时到年。
- 流域面积（Watershed Area）：描述研究区域的地理范围，单位为平方千米或英亩。
- 坡度（Slope）：描述研究区域的地表坡度，以百分比表示。
- 壤土类型（Soil Type）：描述地区土壤的类型，包括土壤质地、土壤有机质含量等。
- 植被类型（Land Use Type）：描述地区植被覆盖类型，包括农田、林地、草地等。
- 降水数据（Precipitation Data）：包括降水量、降水强度等降水信息。
- 水文过程模型（Hydrological Process Model）：描述地区的水文循环过程，包括蒸散发、径流产生、地下水补给等。
- 水利设施（Water Management Practice）：描述地区水利设施的使用情况，如灌溉、排水等。
2.SWAT模型运行过程：数据输入：首先需要收集和整理与研究区相关的地理、气象、土壤和植被数据。
这些数据包括流域边界、坡度、土壤类型、植被类型、降水量和温度等数据。
数据可以从局部观测站点、遥感数据和气象模型等获取。
参数设置：在模型中设置先前提到的参数，以准确描述研究区域的水文过程和土壤特性。
参数设置可以根据实地观测数据和经验来进行。
模型运行：针对所设置的参数和数据，SWAT模型通过数学方程和水文过程模型进行数值模拟。
模型会根据给定的时间尺度分别计算降水、蒸散发、径流产生、地下水补给等水文过程，并给出模拟结果。
模型评估：通过对模拟结果与实际观测数据进行比较和评估，来判断模型的精度和对研究区域水文过程的描述能力。
可以使用多种统计指标来评估模拟结果的准确性，如R方、均方根误差等。
swat模型
• 大型流域模拟过程中，一般采用流域-子流域-水文响应单元的空间离散 方法：
以分水岭上的分水线为界进行分割，可以把一个流域分成若干个子流域，每个子流域内 部有相应的河道，这些河道又将一个个的子流域连成一个整体。 当流域面积较大时，在划分出来的子流域内部，依然分布着多种土壤类型和多种土地利用 方式。为了反映子流域内部不同的土地利用和不同的土壤类型引起的蒸散发、表面径流、 入渗水、农业管理措施等其他水文条件和人类经济活动引起的差异性，可以在子流域内部 进一步划分水文响应单元。
• 优点：确保所有参数在其取值范围内均被采样，并且明确地确定哪一个 参数改变了模型的输出，减少了需要调整的参数数目，提高了计算效率 。
• 原理： LH-OAT先执行LH采样，然后执行OAT采样，见下图。
模型参数敏感性分析
• 首先，每个参数被划分为N个区间，在每个区间内取一个采样点（LH采 样）。然后，一次改变一个采样点（OAT）。
• 水文循环是最主要的流域过程，也是流域内部过程的主要驱动力， 包括：降雨、植被截留、蒸散发、地表积水、入渗、坡面流及河道 水流、土壤水侧向运动(壤中流)、深层渗水等。
SWAT模型 的流域水文
过程
水循环的 陆面部分 控制每个子流域内主河道的水、沙、
（产流、坡面汇流） 营养物质和化学物质等的输入量
水循环的 水面部分
（河道汇流）
决定水、沙等物质从河网向流域 出口的输移运动
SWAT模型的流域地理过程
•陆相水文循环
模拟过程：气候模拟(降水、融雪、土壤温度等)、水文模拟(植物截 留、入渗、壤中流、蒸散发、表面径流、地下径流等)、作物／植 被生长模拟、土壤侵蚀与产沙模拟、养分(氮、磷)输移模拟、杀虫 剂模拟、农业管理操作模拟。对应于SWAT模型的几个功能模块。
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模型
1SWAT模型原理介绍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)。
关于流域离散方法的探讨见参考文献[4]。
SWAT模拟的流域水文过程分为水循环的陆面部分(即产流和坡面汇流部分)和水循环的水面部分(即河道汇流部分)。
前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质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运动。
1.1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)[2]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。
1.1.1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。
1.1.2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)。
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水文模型之欧阳地创编
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。
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.植物吸收的氮采用供需方法计算，植物的氮日需求量是植物与生物量中氮浓度的函数.土壤中向植物供给氮，当需求超过供给时，出现营养物压力。
地表径流、壤中流和渗透过程运移的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.模型径流量产生计算流程图如下图2-1所示。
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
SCS模型的降雨—径流基本关系表达式如下：
式中：假定潜在径流量(）为降水量（P）与由径流产生前植物截留、初渗和填洼蓄水构成的流域初损（)的差值.由此推到上式有：
初损受土地利用、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.
2.1。
2蒸散发
模型考虑的蒸散发是指所有地表水转化为水蒸气的过程，包括树冠截留的水分蒸发、蒸腾和升华及土壤水的蒸发。
蒸散发是水分转移出流域的主要途径，在许多江河流域，蒸发量都大于径流量.准确地评价蒸散发量是估算水资源量的关键，也是研究气候和土地覆盖变化对河川径流影响的关键。
（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.
（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：
当植被冠层截留的自由水被全部蒸发掉，继续蒸发所需的水分就会从植被和土壤中得到。
（4）植物蒸腾
假设植物生长在一个理想的条件下,植物蒸腾可用以下表达式计算：
当0≤LAI≤3.0时
当LAI＞3.0时
式中：为某日最大蒸腾量,mm;为植被冠层自由水蒸发调整后的潜在蒸发，mm；LAI为叶面积指数。
因为没有考虑到植物下面图层的含水量问题，由此公式计算处的蒸腾量可能比实际蒸腾量要大一些。
（5)土壤水分蒸发
在计算土壤水分蒸发时，首先区分出不同深度土壤层所需要的蒸发量，土壤深度层次的划分决定土壤允许的最大蒸发量，可由下式计算：
式中：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。
表达式中的系数是为了满足50%的蒸发所需水分来自土壤表层10mm，以及95％的蒸发所需水分来自0～100mm土壤深度范围内.
土壤水分蒸发所需要的水量是有土壤上层蒸发需水量与土壤下层蒸发需水量决定的：
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:esco为土壤蒸发调节系数，该系数是SWAT为调整土壤因毛细作用和土壤裂隙等因素对不同土层蒸发量二提出的，对于不同的esco值对应着相应的土壤层划分深度。
2。
1.3土壤水
渗入到土壤中的水有多种不同运动方式。
土壤水可以被植物吸收或蒸腾而损耗，可以渗透到土壤底层最终补给地下水，也可以在地表形成径流，即壤中流.由于主要考虑径流量的多少，因此对壤中流的计算简要概括.模型采用动力储水方法计算壤中流。
相对饱和区厚度计算公式为：
式中：为土壤饱和区内可流出的水量，mm；为山坡坡长，m；为土壤可出流的孔隙率;表示土壤层总孔隙度，即与土壤层水分含量达到田间持水量的孔隙度之差。