SWAT模型专题培训课件

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。
1.2 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）。
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模型
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
1.2 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Biblioteka Baidu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。
1.2 SWAT 原理概述
1.2 SWAT 原理概述
SWAT模拟的流域水文过程分为两大部分：
水循环的陆面部分（即产流和坡面汇流部分） 水循环的水面部分（即河网汇流部分）
前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物 质和化学物质等输入量；后者决定水、沙等物质 从河网向流域出口的输移过程。
SWAT水文循环示意图
1.2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
在 产 流 计 算 中 ， SWAT 引 入 水 文 响 应 单 元 （ HRU ， Hydrologcial Response Unit）的概念，来反映植被覆 盖和土壤类型的变化对产流及蒸发的影响。
在每个HRU内单独计算产流量，然后叠加得到子流域产流量 ，在进行坡面汇流，进入子流域主河道。最后通过河网汇流 演算得到流域总径流量。
SWAT （ Soil and Water Assessment Tool）
1.1 SWAT 起源与发展
GLEAMS 模型
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 模型 改进
ROTO 模型
ESWAT 模型
SWAT-G 模型
SWIM 模型
1.2 SWAT 原理概述
水循环的水面部分
水库汇流演算
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提供三种方式： ①需要输入实测出流数据； ②对于小的无观测值的水库，需要规定一个出流量； ③对于大水库，需要一个月调控目标。
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
水循环的陆面部分
植被因素
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
水循环的陆面部分
水土流失
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。
SWAT的水循环陆面部分中，主要考虑到气候、水文和植被 覆盖等几个方面因素。
1.2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
气候因素
SWAT所需要输入的气候因素变量主要包括： 日降水量 最大最小气温 太阳辐射 风速 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。
SWATMOD 模型
1.1 SWAT 起源与发展
SWAT 自 开 发 以 来 不 断 在 发 展 和完善。在世界范围内具有十 分广泛的应用。
SWAT应用举例：
A.Arnold和Srinivasan（1999）应用20年的气象数据模拟了美国78663个子流 域内的水文循环及水量的平衡关系。
B．美墨Rio Grande/Rio Bravo 流域的水文模拟。流域面积60万km2，研究 跨国河流Rio Grande/Río Bravo 流域的水文和水质状况，及生态系统的动态 过程。
1.2 SWAT 原理概述
水循环的水面部分
主河道（或河段）汇流
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
水循环的陆面部分
管理措施
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
水循环的水面部分
水循环的水面过程即河道汇流部分，主要考虑水、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。