ArcSWAT使用手册整理

1、关键流程

加载选择ArcSWAT

划分流域和定义水文响应单元

(Optional) 编辑SWAT数据库

确定气象数据

默认的输入文件写入

(Optional) 编辑默认的输入文件

建立、运行SWAT (需要说明模拟周期，PET 计算方法等)

(Optional) 应用校准工具

(Optional) SWAT输出结果的分析、制表和制图

2、数据准备

要创建SWAT 数据集，ArcSWAT需要访问提供流域信息的准确类型的ArcGIS的栅格、矢量和数据文件。

2．1必需的ARCSWAT空间数据集

1）Digital Elevation Model (DEM)：ESRI GRID Forma

2）Land Cover/Land Use：ESRI GRID，Shape or Feature Class Format

土地覆盖/利用图中定义的类别，需要重新分类成SWAT土地利用/植物类型。重新分类原类别，用户有三个选择。第一种选择是创建地图时用美国地质勘探局的分类代码(或是使用美国地质勘探局土地覆盖/利用图)。第二种选择是在加载土地覆盖/利用图时为每一分类选定SWAT土地利用/植物类型。第三种选择是为土地覆盖/利用图的不同分类创建一个能够识别4位SWAT代码的look up表。

3）Soil：ESRI GRID，Shape or Feature Class Format

2.3ARCSWAT表和文本文件

1）子流域出口位置表(dBase 表)

2）Watershed Inlet 位置表(dBase Table)

3）土地利用索引表——Look Up Table (dBase or ASCII)

4）土壤类型索引表——Look Up Table(dBase or ASCII)

5）气象发生器测站位置表(dBase)，在创建工程之前，需要把用户气象发生器数据输入User Weather Stations

6）降雨测站位置表(dBase)

7）每日降水数据表(dBase or ASCII)

8）亚日降水数据表(dBase or ASCII)

9）气温测站位置表(dBase)

10）气温数据表(dBase or ASCII) 气温数据表用来存储测站逐日最高和最低气温。

11）太阳辐射, 风速, 相对湿度测站位置表(dBase)

12）太阳辐射数据表(dBase or ASCII)

13）风速数据表(dBase or ASCII)

14）相对湿度数据表(dBase or ASCII)

15）点源排放数据表—年度负荷量(dBase or ASCII)

16）点源排放数据表—月负荷量(dBase or ASCII)

17）点源排放数据表—日负荷量(dBase or ASCII)

18）水库月出流数据表(dBase or ASCII)

19）水库日出流数据表(dBase or ASCII)

20）土壤水分蒸发蒸腾损失总量Potential ET 数据表(dBase or ASCII)

3、流域划分的关键操作步骤

·加载DEM

·(可选)指定研究区域(加载或手绘Mask)

·(可选)加载河网水系

·DEM处理

·指定最小子流域面积(临界面积)

·检视、编辑河网节点

·计算子流域参数

·(可选) 设置水库

6流域划分对话框分为5个部分：DEM设置，河网定义，Outlet、Inlet 定义，流域总出口选择，以及子流域参数的计算。

3.1DEM 设置.

加载DEM之后，单击DEM projection setup按钮，定义DEM属性。

3.2.定义MASK（可选）——指定研究区域

加载DEM之后，就可以选择加载Mask，其主要作用是：准确地确定研究区域，减少处理DEM的数据量。共有三个选项：1.从硬盘加载；2.从图中选择；3.手动绘制

3.3.加载河网（可选）

加载河网的好处在于，可以更好的生成与实际较符合的河网水系，尤其在河流下游的平坦区域。单击Flow direction and accumulation并等其计算完成之后，在Area右侧对话框中输入upstream drainage area（上游流域）的值，这个值越小，划分的河网就会详细。点击图中Create streams and outlets按钮，生成河网。

3.4 OUTLET、INLET定义

根据作者经验，流域内将要用来做径流、泥沙和水质校准的水文站点、水质站点，可以定义为OUTLET，以便更好地定位监测点的位置，以作校准、验证之用。在这里也可以直接指定流域总出口的位置。注意这些站点必须是临近河边的测站。也可以手动编辑所有的Outlets、Inlets，单击ADD按钮可以直接在水系上添加一个节点，也可以单击DELETE删除节点。编辑完成之后，单击右键选择Stop Editing。

3.5流域总出口指定及子流域划分

单击SELECT按钮即可选择流域总出口，注意一般都是只有1个总出口。单击Delineat water shed按钮，就可以开始划分子流域过程了。

3.6子流域参数的计算

单击Calculate subbasin parameters，开始计算子流域参数。在结束计算子流域参数之后，可以使用Add or delete reservoir按钮添加流域内的水库。

总结：当流域划分完成之后，单击Exit按钮退出划分过程。ArcSWAT产生的栅格数据集，将从SWAT项目目录Watershed\Grid转移到Project Raster Geodatabase。流域划分完成之前，Watershed\Grid目录中的栅格以ESRI GRID格式存储，以提高执行效率。一旦划分完成，它们将会被转移到Raster Geodatabase，以简化项目的数据存储

4、HRU分析

流域土地利用、土壤和坡度的参数化是靠HRU分析菜单下的命令来执行的。这些工具可以用来，加载土地利用和土壤图层进当前项目，评估坡度特征，确定流域及每个子流域的land use/soil/slope分类组合及分布。一旦输入土地利用和土壤数据，并连接到了SWAT数据库，用户可以指定决定HRU分布的标准。对于每一个子流域，一个或多个独一无二的land use/soil/slope 组合(hydrologic response units or HRUs)将会被创建。

4.1Land use/SOIL/SLOPE定义及覆盖

关键步骤

·加载土地利用栅格图

·重分类土地利用类型

·加载土壤栅格图

·重分类土壤类型

·重分类坡度

·覆盖land use，soil，slope

4.2 Land Use 数据

选择HRU Analysis菜单中的Land Use/Soil/Slope Definition项，然后单击Land Use Grid 下的按钮，加载Land Use数据，如果选择了Load Land Use dataset(s) from disk：将会弹出询问数据是否已经定义投影的对话框。若是已经定义有投影，选择Yes，在接下来的图中加载数据即可。加载之后，会弹出一个描述数据集与流域重叠信息的对话框。如果数据是矢量数据，则需要改变Show of type，以加载数据集。选择shp文件后会提示选择数据集里的land use代码字段，这个字段将会是转成栅格数据集里的栅格值。如果land use数据集与流域没有合适的重叠，将会弹出错误信息。当顺利加载land use数据集之后，选择区别土地利用类型的相应属性字段，例如Value，则Value和面积比将会显示出来。单击Lookup Table，加载土地利用索引表，以使栅格Value值与SWAT land cover/plant数据库里的分类联系起来。弹出对话框，提示加载何种类型的土地利用索引表：LULC USGS Table，NLCD 1992 or 2001 table，User Table。一般选择User Table，以加载自定义的索引表。完成上述工作后，单击Reclassify执行。

4.3 Soil 数据基本过程与Land use类似，其中一点区别是：选择Name字段，加载索引表。

4.4 Slope分类

单击选择Single Slope选项，这时，HRU划分将只有一种坡度分类。

单击选择Multiple Slope选项，这时，将最多可以将坡度分为5类。

选择Current Slope Class，输入分类的上限，单位是%。然后单击Reclassify执行，完成坡度分类。

4.5 Landuse, Soil, And Slope的覆盖

完成所有上述工作后，单击Overlay，完成覆盖工作。

可选项——Create HRU Feature Class （默认不选）和Create Overlay Report（默认选），若选中了Create HRU Feature Class，名为FullHRU的图层将会加载到视图中。这个数据集将会包含所有land use, soils, and slope分类的惟一组合。同时在覆盖的过程中，会生成名为Land Use, Soils, Slope Distribution的报告文件。这个报告包含了land use, soil, and slope在流域及子流域中的分布信息。

4.6水文响应单元（HRU）的定义

关键步骤

·选择单个或多个HRUs

·对于多个HRUs，指定land use和soil临界值

·可选：对HRU的land use进行细分类，并指明脱离于临界值之外的land use分类

·确定HRU分布

详细操作：选择HRU Analysis菜单的HRU Definition，HRU Definition对话框中3个单选选项：Dominant Land Use、Soils、Slope，Dominant HRU，Multiple HRUs；第一个选项意味着，每个子流域将只有一个HRU，子流域里面积比最大的land use、soil和slope将会参与模拟；第2个选项意味着，每个子流域将只有一个HRU，子流域里land use、soil

和slope的惟一组合中，面积比最大的组合将会参与模拟；第3个选项意味着，每个子流域将可以有多个HRU。Land Use Refinement (Optional) 页面则是提供了细分land use 类型的功能。完成上述工作后，单击Create HRUs，完成HRU定义。这个过程中，会生成名为Final HRU Distribution的报告。同时会创建一个名为hrus的geodatabase table，并加载到当前视图中。

5、输入气象数据

5.1Weather Generator Data

选择Write Input Tables菜单中的Weather Stations，Weather Generator Data有2种类型：①US database：包含了美国周边1,041个站点的天气信息。②Custom database：加载用户气象站数据库里的用户气象数据。

5.2Rainfall Data可以选择加载已有降水测站的位置表，以使用现有观测的降水资料。并且

可以选择Precip Timestep（降雨步长）中的Daily or Sub-Daily，然后加载降水测站的位置表。Temperature ，Solar Radiation，Wind Speed，Relative humidity基本过程与降水类似。

6、输入文件的创建

此过程主要就是将前面的所有SWAT模型需要的数据写入指定的文件。对于美国的数据直接采用默认的曼宁系数N值和potential heat units程序自动计算其不同植被成长所需的热量单元。其他情况则需要根据提示输入.sub,.rte,.mgt以及相应的的值。直到所有的命令都激活，就可以使用SWAT Simulation菜单下的SWAT run，来做一次模拟运行；也可以使用Edit SWAT Inputs下的编辑工具修改编辑输入数。

7、输入数据的修改

7.1 修改点源数据

选择Edit SWAT Input下的Point Source Discharges，若定义有Point Source，则会弹出Select Point Source的对话框，选择子流域编码，然后会弹出Point Discharges Data对话框，单击Edit Values即可编辑，Select Point Source Data Type中共有3种类型：Constant——Constant Daily Loadings每日负荷常量，Annual Records——Average annual daily loadings年平均每天负荷，Monthly Records——Average monthly daily loadings月平均每天负荷，Daily Records——Daily Loadings逐日负荷。还可以加载相应的数据表，单击Save Edits。所做的修改将会写入SWAT Project Geodatabase中名为pp 的表格。

7.3 水库的输入修改

选择Edit SWAT Input菜单中的Reservoirs，若之前添加有水库，选择子流域编码后出现Edit Reservoir Parameters对话框，其中有3个子项：1）Reservoir Data——水库运行基本数据，若IRESCO下选择了Measured daily outflow，则需要加载逐日观测资料，若选择了Measured monthly outflow，则需要加载月观测资料；2）Monthly Data——水库月运行参数常量，在Monthly Parameter下选择相应的变量修改对应的值即可；3）Lake Water Quality Data——水质数据。

7.4 子流域输入的修改

选择Edit SWAT Input菜单中的Subbasins Data，出现Edit Subbasin Inputs对话框，选定SWAT Input Table下要修改的输入类型，子流域编码，土地利用类型，土壤类型，坡度分类，进入相应的对话框进行修改。可以编辑的类容包括：1）土壤参数（.sol）的编辑，选择土壤层，修改对应的参数，然后保存。修改的参数值将被写入SWAT Project Geodatabase中的sol；2）气象生成器输入数据（.wgn）的编辑；3）子流域一般输入数据（.sub）的编辑；4）HRU一般输入数据（.hru）的编辑；5）主河道输入数据（.rte）的编辑；6）地下水输入数据（.gw）的编辑；7）水利用输入数据（.wus）的编辑；8）管

理输入数据（.mgt）的编辑，在Operations子项下可以进行的操作有：①添加一个轮作、删除一个轮作年或者添加一个耕作情景，Plant/Begin Growing Season出现在Operation Parameters区域，编辑所需要改变的参数即可；②在Current Management Operations里的选中某一年，单击Add Operation就可以选择想要添加的操作，然后修改相应的管理参数；

9）土壤化学输入数据（.chm）的编辑；10）池塘Pond /湿地Wetland输入数据（.pnd）的编辑；11）河流水质输入数据（.swq）的编辑。对于以上流域输入文件若进行了修改，则需要进行重新写入，点击Edit SWAT Input菜单中Rewrite SWAT Input Files，选中需要重写的文件类型，单击Write Files，完成写入。

7.5流域数据输入的修改

Edit SWAT Input菜单中Watershed Data包括两项：一般性数据General Data (.BSN)和水质数据Water Quality Data (.Wwq)。若进行了修改则需要重新写入相应的流域输入文件。

8、SWAT模拟运行

关键操作：1）SWAT运行：SWAT Simulation——Run SWAT ; 2)结果读取：SWAT Simulation——Read SWAT Output出现SWAT Output对话框，选择右侧的输出文件类型并单击Import Files to Database，名为SWATOutput.mdb的文件，将会出现在项目\Scenarions\Default\TablesOut目录中，然后保存和命名当前模拟；3）设置默认模拟：SWAT Simulation——Set Default Simulation，主要作用是将模拟效果较好的模拟设置为默认；4）手动校准工具：SWAT Simulation——Manual Calibration Helper出现Manual Calibration对话框，选择参数和Mathematical Op下的算法（Multiply By、Add、Replace Value）之一，输入参与计算的Value值，之后，Select HRUs区域被激活，此时就可以将对参数的修改，应用到特定的子流域、土地利用、土壤及坡度组合即HRU中。上述工作完成后，单击Update Parameter，以更新参数改变。最后可进行SWAT重新运行，以获取改变参数后的结果。9、SWAT基础数据库的编辑

选择Edit SWAT Input菜单中Databases出现Edit SWAT Databases对话框，可以发现SWAT 主要包含7大数据库，分别是：用户土壤，植被覆盖/植物生长，肥料，农药、杀虫剂，耕作，城镇，用户气象站。对于中国区域的研究来说，一般需要对土壤、气象站数据库做修改，土地利用/植被数据库也可以情况做些修改，但因其参数比较难获取，所以有些难度，一般都是参照SWAT 自带的数据库。除了在ArcSWAT 界面上对数据库做修改之外，也可以直接对位于安装目录的相应的数据表做修改。