SWAT模型(课堂PPT)
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得到出口断面流量。
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。
SWAT简 介
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。
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
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
11
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
硝基氮 有机氮
可溶性磷 固相磷
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 （QUAL2E）
有机氮 氮氨
亚硝基氮 硝基氮
有机磷 无机磷
河道中各 形态氮迁 移转化过 程
陕西科技大学
植物生长与经营模块
植物生长模块
冠层截留 土壤水分吸收
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
i
St W SoW R da Q y su r fE a W se e Q lp a Q t gw
i 1
SW t表示土壤水最终含量mmH2O， SW o 土壤水初始含量mmH2O,
R day 表示第i天的降水量mmH2O， Q sruf 表示第i天地表径流量mmH2O,
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
E a 第i天蒸发量mmH2O,
W seep 第i天的下渗量mmH2O,
Q lat 第i天壤中流量mmH2O,
Q gw 第i天的基流量mmH2O,
8
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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
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。
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。
se 1 d .8 ( 1 Q q p ea q h r) r 0 e .5 u• 6 a K • C • P • L• C S FR
sed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。
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 （Modified version of universal soil loss equation），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
来计算泥沙负荷量，
陕西科技大学
土壤漫度组件
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。
作物生长组件
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
营养物组件
蒸腾作用
流域水文 循环
固氮
硝基氮及可溶性磷的吸收
残体转化
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。
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。
水文组件
气象组件
泥沙组件
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
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。
通过修正的土壤流失方 程（MUSLE）
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。
SWAT简 介
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。
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
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
11
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
硝基氮 有机氮
可溶性磷 固相磷
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 （QUAL2E）
有机氮 氮氨
亚硝基氮 硝基氮
有机磷 无机磷
河道中各 形态氮迁 移转化过 程
陕西科技大学
植物生长与经营模块
植物生长模块
冠层截留 土壤水分吸收
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
i
St W SoW R da Q y su r fE a W se e Q lp a Q t gw
i 1
SW t表示土壤水最终含量mmH2O， SW o 土壤水初始含量mmH2O,
R day 表示第i天的降水量mmH2O， Q sruf 表示第i天地表径流量mmH2O,
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
E a 第i天蒸发量mmH2O,
W seep 第i天的下渗量mmH2O,
Q lat 第i天壤中流量mmH2O,
Q gw 第i天的基流量mmH2O,
8
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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
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。
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。
se 1 d .8 ( 1 Q q p ea q h r) r 0 e .5 u• 6 a K • C • P • L• C S FR
sed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。
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 （Modified version of universal soil loss equation），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
来计算泥沙负荷量，
陕西科技大学
土壤漫度组件
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。
作物生长组件
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
营养物组件
蒸腾作用
流域水文 循环
固氮
硝基氮及可溶性磷的吸收
残体转化
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。
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。
水文组件
气象组件
泥沙组件
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
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。
通过修正的土壤流失方 程（MUSLE）