SWAT水文模型[借鉴].pdfVIP

精品文档 ·可编辑版 SWAT 水文模型介绍 1 概述 SWAT （Soil and Water Assessment Tool ）模型是美国农业部（USDA）农业 研究局（ARS ）开发的基于流域尺度的一个长时段的分布式流域水文模型。它主 要基于SWRRB 模型，并吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC 和ROTO 的主要特征。 SWAT 具有很强的物理基础，能够利用GIS 和RS 提供的空间数据信息模拟地表 水和地下水的水量和水质，用来协助水资源管理，即预测和评估流域内水、泥 沙和农业化学品管理所产生的影响。该模型主要用于长期预测，对单一洪水事 件的演算能力不强，模型主要由8 个部分组成：水文、气象、泥沙、土壤温度、 作物生长、营养物、农业管理和杀虫剂。SWAT 模型拥有参数自动率定模块， 其采用的是Q.Y.Duan 等在1992 年提出的SCE-UA 算法。模型采用模块化编程， 由各水文计算模块实现各水文过程模拟功能，其源代码公开，方便用户对模型 的改进和维护。 2 模型原理 SWAT 模型在进行模拟时，首先根据DEM 把流域划分为一定数目的子流域， 子流域划分的大小可以根据定义形成河流所需要的最小集水区面积来调整，还 可以通过增减子流域出口数量进行进一步调整。然后在每一个子流域内再划分 为水文响应单元HRU。HRU 是同一个子流域内有着相同土地利用类型和土壤类 型的区域。每一个水文响应单元内的水平衡是基于降水、地表径流、蒸散发、 壤中流、渗透、地下水回流和河道运移损失来计算的。地表径流估算一般采用 SCS 径流曲线法。渗透模块采用存储演算方法，并结合裂隙流模型来预测通过 每一个土壤层的流量，一旦水渗透到根区底层以下则成为地下水或产生回流。 在土壤剖面中壤中流的计算与渗透同时进行。每一层土壤中的壤中流采用动力 蓄水水库来模拟。河道中流量演算采用变动存储系数法或马斯金根演算法。模 型中提供了三种估算潜在蒸散发量的计算方法—Hargreaves、Priestley-Taylor 和 1 / 30 精品文档 ·可编辑版 Penman-Monteith。每一个子流域内侵蚀和泥沙量的估算采用改进的USLE 方程， 河道内泥沙演算采用改进的Bagnold 泥沙运移方程。植物吸收的氮采用供需方 法计算，植物的氮日需求量是植物与生物量中氮浓度的函数。土壤中向植物供 给氮，当需求超过供给时，出现营养物压力。地表径流、壤中流和渗透过程运 移的硝态氮量由水量和土壤层中的平均硝态氮浓度来估计。泥沙中运移的有机 氮采用McElroy et al.开发的负荷方程，后经进一步改进。该负荷方程基于土壤 表层的有机氮浓度、泥沙量和富集率来估计径流中的有机氮损失。植物吸引的 磷采用与氮相似的供需方法。径流中带走的可溶解磷采用土壤表层中的不稳定 磷、径流量和磷土分离系数来计算。泥沙运移的磷采用与有机氮运移相同的方 程。河道中营养物的动态模拟采用QUAL2E 模型。 2.1 产汇流模型 模型中采用的水量平衡表达式为： = 0 + ∑( ‒ ‒ ‒ ‒ ) = 1 0 式中： 为土壤最终含水量，mm； 为土壤前期含水量，mm；t 为时间 步长，d ； 为第i 天降水量，mm； 为第i 天的地表径流，mm； 为第 i 天的蒸发量，mm； 为第i 天存在于土壤剖面底层的渗透量和侧流量，