SWAT模型应用及实例精编版

obs sim
55
流域分区
为了了解面源污染在空间分布特点，根据竹竿河流域的地貌不同 特点，将该流域分为山区、丘陵区和平原区三个分区，如下图所 示：
平均高程（m）面积（km2） 百分比
平原
<100
丘陵 >200，≥100
山区 ≥200
543.12 674.37 454.74
32.5% 40.3% 27.2%
2000
12000.00 10000.00
8000.00
2010 2020
6000.00
4000.00
2000.00
0.00
1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10
丰水年
平水年
枯水年
特枯年
46
逐月入库浓度
浓度（mg/L） 浓度（mg/L）
不同水文年潘家口水库出流总氮浓度（2000）
0
45 40 35
301- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1-
220591 92 93 94 95 96 97 98 99 00
15
obs
sim
10
5
0
91 92 93 94 95 96 97 98 99 00
obs
sim
54
逐日污染校核
Flow(m3/s)
TN(T) TP(T)
27
流域DEM
28
子流域划分
29
土壤图
30
土地利用图
31
重分类后的土地利用图
32
气象站点分布
33
主要计算成果
面源污染产出的空间分布特性 对三个水平年（2000年、2010年和2020年）在不同
降雨条件下（丰水年、平水年、枯水年和特枯年）的 进入潘家口水库的水量、泥沙量以及非点源和点源共 同造成的污染负荷量进行模拟计算 ，针对水量、泥沙、 总氮、总磷、氨氮和BOD进行了模拟计算，得出不同 时期进入潘家口水库的污染负荷量和负荷浓度。
水 汛期6-9月 659.75 年 非汛期 187.42
0.7788 0.2212
全年
特枯 年
汛期6-9月
非汛期
551.80 366.18 185.62
1.0000 0.6636 0.3364
水平年：2010年
不同时期进 库流量
比例
3260.67 2726.84 533.83 2001.47 1492.23 509.25 774.16 599.32 174.84 551.67 360.60 191.06
0.4000
0.2000
0.0000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
47
逐日入库浓度
浓度（mg/L） 浓度（mg/L）
不同水文年潘家口水库出流氨氮浓度（2000）
Leabharlann Baidu
5.0000 4.5000
4.0000 3.5000
3.0000 2.5000 2.0000
1.5000 1.0000
49
竹竿河流域面源污染计算
50
数据预处理
子流域划分：选取河道阈值面积为1500公顷，则由 SWAT自动将竹竿河流域划分为34个子流域：
51
雨量站和气象站
52
水量和泥沙校核和验证结果
1996
地表径流
参数校核
(m3/s)
实测值
33.70
模拟值
33.25
基流 (m3/s)
8.36
9.37
总径流 (m3/s)
56
不同水平年三个分区污染负荷模数比较
泥沙（T/km2）
总氮（kg/km2）
总磷（kg/km2）
1996 1993 1999 1996 1993 1999 1996 1993 1999
平原 84.1 13.0 12.2 1527 515 326 202 36 30 丘陵 383.1 95.9 82.9 2806 918 778 684 180 153 山区 215.4 95.5 61.8 1062 547 354 334 158 92 平均 240.4 68.9 54.2 1916 686 516 432 127 97
2000 2010
1.20E+03
2020
1.00E+03
8.00E+02
6.00E+02
4.00E+02
2.00E+02
0.00E+00
1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10
丰水年
平水年
枯水年
特枯年
41
不同水平年潘家口水库逐月入库泥沙量过程线
泥沙量(T) 2.50E+07 2.00E+07 1.50E+07 1.00E+07
57
不同水平年汛期和非汛期污染负荷量分配比较
泥沙 （103T）
比例
总氮 （T）
比例
总磷 （T）
比例
氨氮 （T）
比例
BOD （T）
比例
总量 383.4 1996 汛期 333.3
非汛期 50.1 总量 105.5
1993 汛期 42.1 非汛期 63.5 总量 76.5
1999 汛期 53.5 非汛期 23.0
58
不同水平年竹竿铺站汛期和非汛期污染物浓度比较
26
潘家口水库上游面源污染计算
SWAT模型的输入数据 GIS数据：
► 地形图、河网图、土壤图、土地利用图等
气象数据
► 降雨、气温、风速、相对湿度 、太阳辐射等
坐标系
► 投影： Custom Albers Equal-Area Conic ► 椭球体： Krasovsky ► 中央经线：东经171.25度 ► 参考纬度：北纬41.5度 ► 标准纬线1：北纬41度纬线 ► 标准纬线2：北纬42度纬线 ► 北偏移：0度 ► 东偏移：0度
1.0000 0.8363 0.1637 1.0000 0.7456 0.2544 1.0000 0.7742 0.2258 1.0000 0.6537 0.3463
水平年：2020年
不同时期进 库流量
比例
3183.80 2661.03 522.77 1916.88 1423.45 493.43 728.59 557.17 171.42 549.75 351.06 198.70
月径流NS 系数
月平均泥 沙量
(T)
泥沙NS系 数
41.87 42.62
33001.5
0.88
0.81
31952.3
相对误差(%)
1.36
1998
地表径流
参数验证
(m3/s)
实测值 模拟值
27.05 25.54
-10.84
基流 (m3/s)
10.61 10.78
-1.76
-3.18
总径流 (m3/s)
0.00
不同水平年逐月入库氨氮量
2000 2010 2020
1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11
丰水年
平水年
枯水年
特枯年
45
不同水平年不同水文年的逐月BOD量入库过程线
BOD(T) 16000.00
不同水平年逐月入库BOD量
14000.00
SWAT模型应用及实例
张思聪 刘铭环 清华大学水利水电工程系
SWAT模型的应用 潘家口水库上游地区面源污染计算 淮河典型流域竹竿河流域面源污染计算
2
SWAT启动
3
主界面
4
DEM设置
5
DEM
6
投影
7
生成河道
8
河道及出口
9
划分子流域
10
子流域
11
土地利用图设置
12
土地利用图
月径流NS 系数
月平均泥 沙量
(T)
泥沙NS系 数
37.48 36.33
26746.8
0.87
0.67
22908.0
相对误差(%)
5.91
-1.63
3.18
-14.35
53
逐月水量和年泥沙校核结果
Flow(106m3) Sediment(104T)
800
700 600 500
400
300
200 100
1.00 3477.1 1.00 393.3 1.00 1465.8 1.00 5732.6 1.00 0.87 2827.7 0.81 330.7 0.84 1303.9 0.89 4332.2 0.76 0.13 649.4 0.19 62.6 0.16 162.0 0.11 1400.4 0.24 1.00 1367.1 1.00 115.4 1.00 415.5 1.00 1788.1 1.00 0.40 584.9 0.43 39.9 0.35 206.4 0.50 267.3 0.15 0.60 782.2 0.57 75.5 0.65 209.1 0.50 1520.7 0.85 1.00 945.1 1.00 73.7 1.00 356.5 1.00 789.4 1.00 0.70 537.9 0.57 45.8 0.62 248.7 0.70 354.7 0.45 0.30 407.2 0.43 27.9 0.38 107.9 0.30 434.8 0.55
7.0000 6.0000 5.0000 4.0000 3.0000 2.0000 1.0000 0.0000
丰
平
不同水文年潘家口水库出枯流总磷浓度（2000）
1.8000
特枯
1.6000
丰
1.4000
平
1.2000
枯
1.0000
特枯
1 2 3 0.480050 6 7 8 9 10 11 12 0.6000
BOD(T)
200
150
40
100
30
3.0
2.5
50
20
2.0
40
1.5
0
10
30
1.0
4
5 0
6
7 0.85 9 1020 11 12 13
obs
sim
4 5 0.06 7 180 9 10 11 12 13
4 ob5s 6 sim7 8 9 10 11 12 13
0
obs sim
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
500.00 0.00
不同水平年逐月入库总磷量
1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1
丰水年
平水年
枯水年
2000 2010 2020
3 5 7 9 11
特枯年
44
不同水平年在不同水文年的逐月氨氮量入库过程线
氨氮(T) 12000.00 10000.00
8000.00 6000.00 4000.00 2000.00
13
土壤类型图设置
14
土壤类型图
15
HRU（水文响应单元）
16
SWAT View 菜单
17
气象站和雨量站
18
模型数据库
19
数据库文件
20
其他设置
21
子流域参数输入
22
其他设置
23
运行界面
24
运行结果
25
SWAT模型的应用 潘家口水库上游地区面源污染计算 淮河典型流域竹竿河流域面源污染计算
水 文 年
不同时期进 库流量
比例
丰 全年
3361.95 1.0000
水 汛期6-9月 2807.69 年 非汛期 554.26
0.8351 0.1649
平 全年
2107.10 1.0000
水 汛期6-9月 1574.84 年 非汛期 532.27
0.7474 0.2526
枯 全年
847.17 1.0000
34
1998年研究内各子流域内产流量及各河段流量
35
1998年各子流域产沙量及各河段的输沙量
36
1998年各子流域ORG_N的产出量和河道输出量
37
1998年各子流域NO3_N的产出量及各河段的输出量
38
1998年各子流域可溶性磷的产出量和河道中输出的总磷
39
不同水平年入库流量
水平年：2000年
1.0000 0.8358 0.1642 1.0000 0.7426 0.2574 1.0000 0.7647 0.2353 1.0000 0.6386 0.3614
40
不同水平年潘家口水库逐月入库水量过程线
流量(10^6 m^3) 2.00E+03
不同水平年潘家口水库逐月入库流量
1.80E+03 1.60E+03 1.40E+03
不同水平年逐月入库泥沙量
2000 2010 2020
5.00E+06
0.00E+00
1 3 丰5水年7 9 11 1 3 平5水年7 9 11 1 3 枯5水年7 9 11 1 3 特5枯年7 9 11
42
不同水平年不同水文年的逐月总氮量过程线
总氮量(T) 18000.00 16000.00 14000.00 12000.00 10000.00
8000.00 6000.00 4000.00 2000.00
0.00 1
不同水平年逐月入库总氮量
3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1
丰水年
平水年
枯水年
2000 2010 2020
3 5 7 9 11
特枯年
43
不同水平年在不同的水文年逐月总磷量入库过程线
总磷(T) 4500.00 4000.00 3500.00 3000.00 2500.00 2000.00 1500.00 1000.00
0.5000 0.0000
丰
平
不同水文年潘家口水库出流B枯OD浓度（2000）
6.0000
特枯
丰
5.0000
平
4.0000
枯
特枯 3.0000
1 2 2.300040 5 6 7 8 9 10 11 12
1.0000
0.0000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
48
SWAT模型的应用 潘家口水库上游地区面源污染计算 淮河典型流域竹竿河流域面源污染计算