SWAT模型[行業(yè)內(nèi)容]

1、,流域非點(diǎn)源模型SWAT,1,SWAT發(fā)展歷程,加入估計(jì)徑流洪峰流速的SCS徑流曲線以及產(chǎn)沙MUSLE,與河道演算模型相融合,田間尺度非點(diǎn)源污染模型,考慮了氣候、土壤和管理措施等因素的相互作用,和EPIC模型的作物生長(zhǎng)模塊相結(jié)合，以d為時(shí)間步長(zhǎng),SWAT94.2、SWAT96.2、SWAT98.l、SWAT99.2、SWAT2000,SWAT2003,2,課件優(yōu)選,SWAT（Soil and Water Assessment Tool ）是DR Jeff為美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)服務(wù)中心開(kāi)發(fā)的流域尺度模型,SWAT簡(jiǎn)介,3,課件優(yōu)選,SWAT簡(jiǎn)介,SWAT,4,課件優(yōu)選,模型結(jié)構(gòu),SWAT可以對(duì)流域內(nèi)一

2、系列復(fù)雜的物理過(guò)程進(jìn)行模擬，例如水循環(huán)和營(yíng)養(yǎng)物遷移轉(zhuǎn)化等。流域內(nèi)泥沙、營(yíng)養(yǎng)物的產(chǎn)生與遷移等都是建立在流域內(nèi)水循環(huán)的基礎(chǔ)之上。,5,課件優(yōu)選,水文模塊,流域水循環(huán)可以分為兩個(gè)部分，一是陸面水循環(huán)，陸面水文過(guò)程控制著每個(gè)子流域向河道輸入的水量、泥沙量和營(yíng)養(yǎng)物量。第二部分是河道的水文過(guò)程，它決定著流域內(nèi)主河道向流域出口輸送的水量、泥沙量和營(yíng)養(yǎng)物量。,6,課件優(yōu)選,一、陸面水循環(huán),7,課件優(yōu)選,SWAT中陸面水循環(huán)可用下式來(lái)表示,表示土壤水最終含量mmH2O，,土壤水初始含量mmH2O,表示第i天的降水量mmH2O，,表示第i天地表徑流量mmH2O,第i天蒸發(fā)量mmH2O,第i天的下滲量mmH2O,第

3、i天壤中流量mmH2O,第i天的基流量mmH2O,8,課件優(yōu)選,二、河道水文過(guò)程,在SWAT中，曼寧方程用來(lái)計(jì)算流量和流速，馬斯京根方程用來(lái)模擬水流在河道中的應(yīng)用,曼寧方程,q為流道流量，m3/s。A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2。R為水力半徑，m。Slp為底面坡度。n為河道曼寧系數(shù)。 v為流速，m/s,9,課件優(yōu)選,馬斯京根方程,馬斯京根法將河道看成柱體和楔體的組合,V為河道水量m3,qin為上游流量m3/s,qout為下游流量m3/s，K為河道貯水時(shí)間s, X為衡量河段出流與入流相互關(guān)系的權(quán)重因子，Lch為河道長(zhǎng)度Km，v為流速m/s.,10,課件優(yōu)選,土壤侵蝕與泥沙輸運(yùn)模塊,在SWAT中，對(duì)由降雨

4、及地表徑流產(chǎn)生的流沙量的計(jì)算采用MUSLE（Modified version of universal soil loss equation），即改進(jìn)通用土壤流失方程。改進(jìn)了流沙產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，并且可以預(yù)測(cè)單次降雨事件中的產(chǎn)沙量,sed為泥沙日產(chǎn)量,ton；Q為表面徑流量，mm/ha；qpeq為地表徑流峰值流速，m3/s；areahru為水文響應(yīng)單元面積（ha）；K為土壤侵蝕系數(shù)；C為作物經(jīng)營(yíng)管理系數(shù)；P為水土保持系數(shù)；LS為地形系數(shù)；GFRG為粗糙系數(shù)。,11,課件優(yōu)選,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸運(yùn)模塊,12,課件優(yōu)選,植物生長(zhǎng)與經(jīng)營(yíng)模塊,SWAT采用的植物生長(zhǎng)模塊是EPIC模型中植物生長(zhǎng)模塊的簡(jiǎn)化版。E

5、PIC模型中，采用Monteith法衡量植物生長(zhǎng)情況，并引入收獲指數(shù)來(lái)計(jì)算溫度、水、營(yíng)養(yǎng)物對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。SWAT，的植物生長(zhǎng)模塊不考慮EPIC中的植物根系生長(zhǎng)、微量營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)、毒理反應(yīng)及植物共生等作用。,植物生長(zhǎng)模塊,13,課件優(yōu)選,經(jīng)營(yíng)模塊,農(nóng)林地的管理,水資源管理,14,課件優(yōu)選,通過(guò)修正的土壤流失方 程（MUSLE） 來(lái)計(jì)算泥沙負(fù)荷量，,可向模型輸入降雨量、 氣溫、太陽(yáng)輻射、相對(duì) 溫度和風(fēng)速等氣象因素 變量。,模擬計(jì)算各個(gè)HRU上 上地表徑流、下滲、蒸 散發(fā)等過(guò)程。還考慮到 凍土上地表徑流的計(jì)算,SWAT模型可以模擬流域內(nèi)多種水文循環(huán)物理過(guò)程。由于流域下墊面和氣候的空間差異性，為了便

6、于模擬，SWAI，模型按照不同的土地利用方式和土壤類型將流域細(xì)分為若干個(gè)子流域。 模型在該模塊包括有水文、氣象、泥沙、土壤溫度、植物生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)物、農(nóng)業(yè)/殺蟲(chóng)劑和農(nóng)業(yè)管理等8個(gè)組件。,15,課件優(yōu)選,采用其所整合的EPIC 模型進(jìn)行模擬計(jì)算， 對(duì)N、P兩種元素進(jìn)行 獨(dú)立模擬。,利用溫度作為控制條 件，將研究區(qū)域作物 分為一年生和多年生 植物，對(duì)根系區(qū)水和 營(yíng)養(yǎng)物的移動(dòng)蒸騰量 和作物產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算,以土壤密度，土層厚度 和土壤含水量等參數(shù)作 為輸入數(shù)據(jù)。以地表溫 度、日平均溫度、土壤 溫度衰減深度來(lái)共同表 征土壤溫度。,16,課件優(yōu)選,可模擬多年生長(zhǎng)作物 的輪作以及每年三季 作物的種植情況，模 擬多

7、種農(nóng)業(yè)管理措施 的影響要求輸入灌溉 、施肥和農(nóng)藥/殺蟲(chóng)劑 的數(shù)據(jù)。,可模擬地表徑流、滲 漏、土壤揮發(fā)、泥沙 攜帶等過(guò)程農(nóng)藥/殺蟲(chóng) 的遷移損耗情況。,17,課件優(yōu)選,模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),18,課件優(yōu)選,19,課件優(yōu)選,模型主要輸入數(shù)據(jù),20,課件優(yōu)選,SWAT模型在我國(guó)應(yīng)用存在的問(wèn)題,1、模型所需數(shù)據(jù)不完備，精確度不夠，獲取難度較大。 2、模型所采用的概念性或經(jīng)驗(yàn)性公式在我國(guó)可能出現(xiàn)效果不好或模擬精度不高等問(wèn)題。 3、模型參數(shù)收集包括驅(qū)動(dòng)所需的站點(diǎn)氣象參數(shù)、土壤屬性數(shù)據(jù)以及土地利用實(shí)時(shí)變化等觀測(cè)不全或難以獲取，也大大地限制了模型的使用。 4、模型輸入?yún)?shù)如氣象數(shù)據(jù)、土地覆蓋變化及HRU子流域劃分對(duì)模型的水文模擬精度存在較大的影響。,21,課件優(yōu)選,(1)模型參數(shù)簡(jiǎn)化和不確定性研究 水文模型參數(shù)的數(shù)量可以增加對(duì)水文物理過(guò)程的解釋，但并不是參數(shù)越多模型就模擬得越精確，而且參數(shù)獲取也是水文模擬中最大的問(wèn)題之一。因此，模型參數(shù)的率定、校準(zhǔn)和驗(yàn)證將是S環(huán)盡口，模型的重要研究?jī)?nèi)容之一。 (2)SWAT模型下非點(diǎn)源污染的研究 當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)管理的集約化水平較低，由農(nóng)業(yè)引起的非點(diǎn)源污染情況非常嚴(yán)重。因此近些年來(lái)非點(diǎn)源污染研究已