中科院 SWAT模型结构与软件.

蒸散发（Ea）
降水(P)
非饱和带
入渗
土壤含水量变化
壤 中流 （Qlat）地 表 径 流 （ Qsurf ）
浅层含水层 浅层地下水蒸发 隔水层
补给浅层地下水 回 归 流 （ Qgw ）
1.1.2 从文献看模型作用
From Gassman et al., 2007
1.1.3 从输出变量看模型作用
1.2 模型的发展与演变
➢SWAT-CUP：
http://www.eawag.ch/forschung/siam/software/swat/index
4.3 输入数据收集
➢流域DEM ➢植被图 ➢土壤类型图及土壤属性表 ➢日降水、最高最低气温、太阳辐射、风速、空 气相对湿度等气象数据，和气候统计数据 ➢观测径流 ➢管理措施、水库、湿地等具体信息
George和Leon(2007)
3.2 SWAT模型的核心代码
3.3 SWAT模型的辅助工具
SWAT 辅助工具
气候统计 pcpSTAT.exe
基流分割 bflow.exe
Arnold等(1995)
自动参数率定 SWAT-CUP
Abbaspour (2007)
参数管理 SWAT editor
结果可视化 VizSWAT
子流域文件 HRU参数文件
4.6 模拟结果
Streamflow (mm) Precipitation (mm)
100
初始参数
80
模拟结果
60
40
与实测值相比： 20
峰值太高； 基流略低。
0
1993
0
100
SWAT with default parameters
Observed
Simulated
200
GLEAMS 模型
杀虫剂 模块
CREAMS 模型
日降水等 水文模块
EPIC 模型
作物生长 模块
QUAL2E 河道水质模型
SWRRB 模型
SWAT 模型 模型 改进
ROTO模型
ESWAT模型 SWAT-G模型 SWIM模型 SWATMOD
1.3 SWAT模型的特点
SWAT模型是一个半分布式水文模型，以相对均质的水文 响应单元（HRU）为模拟单元，能够模拟复杂流域中的径流、 泥沙、氮-磷、杀虫剂等流出量及蒸散发量，还可输出日土壤 水、土壤温度等时态变量，并能预测土地管理措施的影响。
简要概括，SWAT模型具有如下特点：
（1）长时期连续模拟； （2）模拟产水、侵蚀产沙和非点源污染； （3）充分结合GIS ，操作方便； （4）模型核心代码公开，扩展方便； （5）不断更新的软件及辅助工具； （6）活跃的、广大的科研团体。
2 SWAT模型的结构
2.1 模型核心部分理论构架
2.2 模型详细结构
退出HRU/Subbasin 循环
3 SWAT模型的相关软件
3.1 SWAT模型的界面
ArcView 3.x AVSWAT200x
Di Luzio等(1998, 2000, 2002)
SWAT 操作界面
ArcGIS
ArcSWAT200x
Olivera等(2006)
Map Window MWSWAT
Precipitation
300
400
1994
1995
Year
500
1996
4.7 模拟结果的提取
控 制 多 级 汇 流 面 积 的 河 道 结 点
查看模拟结果 output.rch
4.7 参数率定（Calibration）
由于输入数据存在着不确定性，因此需要将输入数据的范围 限定在合理范围内，对参数进行率定(Arnold和Allen, 1996; 王 中根等, 2007)。
深含水层
陆面水文模拟
降水 地表径流
壤中流 汇流
下渗
深层损失
基流
(修改自 Bauwens, 2006)
水分的垂直向下运动
入渗
土壤层 渗漏
壤中流
水分损失 深含水层
基流 浅含水层
2.3 模型的软件组成
SWAT 程序包
SWAT 操作界面
基于现有GIS软件（如ArcGIS、 ArcView和Map Window等）的 二次开发，用于将地理、气象等 数据准备为模型所需参数的格式。
SWAT200X 利用准备好的模型参数，模拟每 可执行程序 天的流域过程，输出模拟结果。
2.4 模型对流域的空间剖分
D提EM取划水分系划子分流域HRU HRU 参数
HRU的空间离散分布
2.5 模型的文件组成
输入输出 控制文件 运行控制 流域参数
气象数据
模型自带 数据库
子流域及HRU参数文件
输出文件
SWAT模型
结构与软件
SWAT模型结构与软件
主要内容
1
SWAT模型的用途
2
SWAT模型的结构
3
SWAT模型相关软件
4
SWAT模型应用示例
1 SWAT模型的用途
1.1 模型作用概述
1.1.1 模型的目标
SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型可用于预测土地管 理措施对于具有多种土壤类型、土地利用和管理措施的大面积复杂流域 中径流、泥沙负荷及营养物质流失的长期影响。
2.6 模块调用流程
进入 HRU/Subbasin 循环 读入或生成气象数据 计算土壤温度 计算降雪和融雪
降水+融雪>0 是
计算地表径流和下渗
SWAT计算Subbasin内部 水分运动的流程
否
地表径流>0?
否
是
计算土壤水,汇流, 蒸散发,水塘,湿地
水平衡,地下水
计算洪峰流量,输移损 失,产沙,养分与杀虫剂
4.4 数据整理
➢植被类型采用SWAT的编码，制作植被类型 检索表 ➢土壤属性表按格式导入模型数据库的usersoil 表中，同时制作土壤类型检索表 ➢气象数据格式整理 ➢气候统计数据按格式导入模型数据库的 userwgn表中，制作气象站检索表
4.5 模型参数提取
4.5 模型参数提取
4.5 模型参数提取
灌溉
降水
降雨
降雪 雪盖 融雪
下渗 土壤水
土壤分层（最多10层）
土壤水蒸发 植物蒸散发
壤中流 渗漏
地表径流 输移损失 池塘/水库调蓄
池塘/水库蒸发
灌溉
池塘/水库出流 百度文库塘/水库渗透
浅层地下水 灌 溉 潜水蒸发 渗 透 回归流
深层地下水 灌溉
河流 灌溉用水 输移损失
河段出流量
蒸散发
根系层
不饱和带
浅含水层
4 SWAT模型应用示例
4.1 例子概述
目的：利用SWAT模型进行径流模拟
界面平台：ArcGIS 9.2 with SP6 SWAT版本：ArcSWAT 2.1.6 参数自动率定软件：SWAT-CUP
4.2 软件安装
软件下载与安装
➢安装ArcGIS 9.2以及相应补丁
➢ArcSWAT：
http://swatmodel.tamu.edu/