海河流域分布式SWAT模型的构建
第２７卷第４期２００８年０７月
地理科学进展
ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＧＥＯＧＲＡＰＨＹ
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２００８
收稿日期：２００８－０５；修订日期：２００８－０６．
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向性项目（Ｋｚｃｘ２－ｙｗ－１２６）；ＧＥＦ海河流域水资源与水环境综合管理项目（ＭＩＳＮｏ：ＨＷＣＣＺ５００５）
；国家自然科学基金项目（４０７０１０２７、４０７３０６３２、４０６７１０３１）。作者简介：王中根（１９７３－），
男，河南潢川人，副研究员，主要从事水循环模拟和水资源管理方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｇ＠ｉｇｓｎｒｒ．ａｃ．ｃｎ
００１￣００６页
海河流域分布式ＳＷＡＴ模型的构建
王中根１，朱新军１，２
，夏军１，李建新２
（１．中国科学院地理科学与资源研究所，陆地水循环及地表过程重点实验室，北京１００１０１；
２．水利部海河水利委员会，网络信息中心，３００１８１）
摘
要：本文基于ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌ）
构建海河流域分布式水文模型。针对海河流域的特点，对平原区河网和入海口进行合理概化，对土壤类型和土地利用方式进行重分类处理。应用１９９５￣２００２年水文气象系列资料和下垫面空间分布信息，对模型的参数进行优化和灵敏度分析，最后选取多个站点对模拟结果进行检验与分析。研究成果为ＳＷＡＴ模型在国内复杂大流域的应用提供了范例，也为海河流域变化环境下的水资源与水环境综合管理提供重要的水文学基础支撑。关键词：分布式水文模型；ＳＷＡＴ；海河流域
１引言
海河流域是中国水问题最为突出的地区之一，“有河皆干，有水必污”几乎成为海河流域的写照［１］。
由于水资源先天不足（人均不足３００ｍ３，只有全国平均的１／７），加上长期超采，地下水累计亏损已达数百亿ｍ３，地表河流大多失去正常功能，湿地萎缩
９０％以上，
生态环境严重恶化。面临如此严峻的水问题，海河流域仍承载着约１．５亿人口和全国１３％的ＧＤＰ。海河流域的发展已经到了难以为继边缘。
海河流域水问题的产生主要是受人类活动的影响。自２０世纪５０～６０年代海河流域水资源开发程度超过９８％［２］，目前流域内已建成１８７６座水库（库容３１３．６亿ｍ３）。致使近百条河流几乎变成了河滩，２０世纪５０年代号称九河下梢的天津每年还能接受海河来水２００多亿ｍ３，２０００年后仅有４亿ｍ３。海河入海水量也从２０世纪５０年代的２００多亿ｍ３，减少到当前大约２５亿ｍ３（图１）。
随着人口和经济的快速增长，高强度的人类活动已经极大改变了流域内的水循环过程，使得水平
图１海河流域入海水量的变化（１９５０ｓ￣１９９０ｓ）
Ｆｉｇ．１ＴｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｉｎｆｌｏｗｔｏｓｅａｉｎＨａｉＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ（ｆｒｏｍ１９５０ｓｔｏ１９９０ｓ）
地理科学进展２７卷
方向流动的“蓝水”急剧减少，垂直方向的蒸发增大。流域内原有的水平衡关系破坏，出现了人类过度开发水资源，掠夺生态与环境用水，造成一系列严重的水问题。解决海河流域水问题需要基于水循环过程重新认识水平衡关系，其中建立海河流域分布式水文模型解决问题的重要技术支撑。
２海河流域分布式水文模型
与传统的集总式水文模型相比，分布式水文模型具有以下优点：“能够反映水文水资源要素在空间上的变化，能够进行下垫面变换条件下的计算，特别是它具有更多的模拟功能，即能够把单一水量变化的模拟扩大到广泛的水文水资源与生态环境问题模拟。并且可通过尺度转换与大气环流模式耦合来预测全球变化对水文水资源的影响，从而纳入全球变化水文研究的前沿。”（刘昌明，２００５）［３］。
当前国内外已经出现大量的分布式水文模型，如，ＳＨＥ（ＳｙｓｔｅｍＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃＥｕｒｏｐｅａｎ）、ＩＨＤＭ（Ｉｎｓｔｉ－ｔｕｔｅｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＭｏｄｅｌ）、ＴＯＰＭＯＤＥＬ（ＴＯＰｇｒａｐｈｙｂａｓｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＭＯＤＥＬ）、ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌ）等等［４］。针对海河流域的特性，面向流域水资源综合管理和应用需求，选择国际上应用广泛、比较成熟的ＳＷＡＴ来建海河流域分布式水文模型。
２．１ＳＷＡＴ模型的简介
２０世纪９０年代，在美国农业部（ＵＳＤＡ）农业研究中心（ＡＲＳ）ＪｅｆｆＡｒｎｏｌｄ博士的主持下吸取了ＣＲＥＡＭＳ、ＧＬＥＡＭＳ、ＥＰＩＣ、ＳＷＲＲＢ等模型的优点，将ＳＷＲＲＢ和ＲＯＴＯ整合为一个新的模型［５，６］，即ＳＷＡＴ（图２）。
图２ＳＷＡＴ模型发展示意图
Ｆｉｇ．２ＳｋｅｔｃｈｍａｐｏｆＳＷＡＴｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ＳＷＡＴ能够考虑各种管理措施及气候变化对水资源的影响，是一个比较成熟的流域分布式水文模型，具有广泛的模拟能力，能够模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程，包括水、沙和化学物质的输移与转化过程，比较适合海河流域建模需求。目前，在国内外有大量成功应用案例，应用最广泛的领域包括：径流模拟研究［７￣９］、土地利用／覆被变化的水文效应研究［１０，１１］、气候变化的水文效应研究［１２￣１４］、非点源污染研究［１５￣１７］等等。
２．２建模过程
海河ＳＷＡＴ模型的构建具体涉及到以下内容：（１）模型数据转化处理。从多种途径收集建模所需的大量数据，包括ＤＥＭ、遥感信息、水文气象信息、土地利用和土壤分布信息等（表１）。并将不
表１海河流域基础数据清单
Ｔａｂ．１ＤａｔａｌｉｓｅｏｆＨａｉＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ
２
４期王中根等：海河流域分布式ＳＷＡＴ模型的构建
同来源和不同格式的数据资料，进行统一处理，
形成一整套构建海河流域ＳＷＡＴ模型所需的
模型参数和输入数据。
在数据处理过程中海河流域ＳＷＡＴ土壤
数据库的构建和土地利用重分类是比较重要的
环节。
首先，建立海河流域１∶１００万的土壤数据
库，包括２７个土类及其理化特性。通过重分类
给每种土壤类型代码赋予相应的土壤理化数
据。
其次，利用ＭＯＤＩＳ遥感影像数据生成的分
辨率为２５０ｍ×２５０ｍ的土地利用栅格文件导入
模型中，作为土地利用的数据层。将栅格文件中
的代码转化为模型能识别的模型代码，即土地
利用重分类（表２）。
在模型数据处理基础之上，综合考虑海河
流域自然水文特性、水文气象测站的分布、水库分布以及水资源三级区划与省市行政区划情况，将海河流域划分为２８３个子流域，２１００个ＨＲＵ（Ｈｙｄｒｏ－ｌｏｇｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅＵｎｉｔ），并将入海口概化为１７个，添加大型水库４８个。由于海河平原区地势平坦，河流渠系纵横交错，基于ＤＥＭ提出数字河网困难较大。针对这一难题，研究中对实际河网进行手工数字化，并经过修整后导入ＡＶＳＷＡＴ２０００，获得比较符合海河实况的数字化流域特征信息。
（２）模型参数率定和敏感性分析。ＳＷＡＴ有２００多个参数，本次研究筛选出对产汇流过程有较大影响的敏感性参数，并设计出模型参数敏感性分析和优化调参系统。该系统集成了手动和自动调参功能，能够对任意组合的参数分区分流域进行调试（图３）。
表２土地利用重分类代码转换表
Ｔａｂ．２Ｌａｎｄｕｓｅｃｏｄｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔａｂｌｅ
图３海河ＳＷＡＴ模型参数分析界面
Ｆｉｇ．３ＩｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＳＷＡＴｐａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓ
３
地理科学进展２７卷
３应用研究
海河流域ＳＷＡＴ模型能进行水量、水质、泥沙、农业管理等多方面的模拟。限于篇幅，本文仅介绍其中一个最重要的应用，即流域径流过程模拟和水平衡关系分析。为了便于管理应用，开发了基于ＳＷＡＴ模型的海河流域水平衡分析工具（图４）。
应用海河流域ＳＷＡＴ模型对流域１９９５￣２００２年的月水文过程进行分布式模拟（表３）。通过三个站点的地表径流量模拟值与实测值的对比，可以看到大多数年份拟合较好，平均误差在１４％，基本可以满足水资源管理的需要。应用所开发的水平衡开发工具，按水系及水资源三级分区对模拟结果进行统计分析。图５是部分模拟统计结果与有关水资源综合规划及水资源公报的数据对比，可以看出基本趋势差不多，值得一提的是当前不同部门统计的水
图４基于ＳＷＡＴ模型的流域海河流域水平衡分析工具
Ｆｉｇ．４ＨａｉＲｉｖｅｒＢａｓｉｎｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅｔｏｏｌｂａｓｅｄｏｎＳＷＡＴ
表３径流模拟与实测值的对比（单位：ｍ３／ｓ）
Ｔａｂ．３ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＳＷＡＴ（ｕｎｉｔ：ｍ３／ｓ）４
４期王中根等：海河流域分布式ＳＷＡＴ模型的构建资源数据往往差距较大。依靠水文模型统计计算的数据，是满足基本水平衡关系的模拟结果，因此，可作为有关部门发布水资源公报数据的依据或参考。
４结语
在收集大量水循环数据基础之上，本文针对海
河流域的特点，进行平原区河网和入海口的概化，首次成功构建了海河流域分布式ＳＷＡＴ模型。并面向水资源管理，开发了海河流域ＳＷＡＴ模型应用软件系统，包括：海河流域ＳＷＡＴ模型图形化应用界面、模型参数敏感性分析和优化系统、水资源管理应用分析系统。应用１９９５￣２００２年水文气象资料和下垫面空间分布信息，对模型的参数进行优化和灵敏度分析，并选取多个站点对模拟结果进行检验与分析。结果表明所建模型满足海河流域水资源综合管理的需求。在未来发展中，海河流域ＳＷＡＴ模型作为流域水资源综合管理的支撑模型之一，具有十分重要的应用前景。能够发挥其在面源污染、农业管理和水库调度方面综合模拟优势，并能进一步与
ＭＯＤＦＬＯＷ集成［１８］，
提高对海河流域平原区地下水的模拟能力，包括地下水位与水质的动态模拟等。
参考文献
［１］
善待江河．２００６．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．１１１－１１１．ｃｎ／ｓｈｏｗａｒｔ．ａｓｐ？ａｒｔ＿ｉｄ＝９４１．
［２］刘宁．在《
海河流域生态与环境恢复水资源保障规划》审查会上的讲话，２００５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｗｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ［３］刘昌明，郑红星，王中根等著．流域水循环分布式模拟．
郑州：黄河水利出版社，２００６．
［４］王中根，刘昌明，吴险峰．基于ＤＥＭ的分布式水文模型
研究综述．自然资源学报，２００３，１８（２）：１６８￣１７３．［５］张银辉．ＳＷＡＴ模型及其应用研究进展．地理科学进展，
２００５，２４（５）：１２１￣１３０．
［６］王中根，刘昌明，黄友波．ＳＷＡＴ模型的原理、
结构及应用研究．地理科学进展，２００３，２２（１）：７９￣８６．
［７］ＡｒｎｏｌｄＪＧ，ＳｒｉｎｉｖａｓａｎＲ，ＭｕｔｔｉａｈＲＳ，ＡｌｌｅｎＰＭ．Ｃｏｎｔｉ－
ｎｅｎｔａｌｓｃａｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃｂａｌａｎｃｅ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９９９，３５（５）：１０３７￣１０５１．
［８］ＥｃｋｈａｒｄｔＫ＆ＡｒｎｏｌｄＪＧ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆａｄｉｓ－
ｔｒｉｂｕｔｅｄｃａｔｃｈｍｅｎｔｍｏｄｅｌ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００１，（２５１）：１０３￣１０９．
［９］ＦｏｈｒｅｒＮ，Ｍ"ｌｌｅｒＤ，ＳｔｅｉｎｅｒＮ．Ａｎｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｍｏｄ－
ｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌａｎｄｕｓｅｃｈａｎｇｅ．ＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｔｈｅＥａｒｔｈ，２００２，２７：６５５￣６６２．［１０］ＷｅｂｅｒＡ，ＦｏｈｒｅｒＮ，Ｍ？ｌｌｅｒＤ．Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｌａｎｄｕｓｅ
图５部分三级区地表径流量模拟结果与综合规划成果对比图
Ｆｉｇ．５ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｎｆｌｏｗｔｏｓｅａｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＳＷＡＴｉｎｓｅｖｅｒａｌ３ｒｄｄｉｖｉｓｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
综合规划成果模型计算结果
５
地理科学进展２７卷
ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｍｅｓｏｓｃａｌｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｄｕｅｔｏｓｏｃｉｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃｆａｃｔｏｒｓ－ｅｆｆｅｃｔｓｏｎｌａｎｄｓｃａｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇ，２００１，１４０：１２５￣１４０．
［１１］ＨｅｒｎａｎｄｅｚＭ，ＭｉｌｌｅｒＳＮ，ＧｏｏｄｒｉｃｈＤＣ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｒｕｎｆｏｆｆｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｌａｎｄｃｏｖｅｒａｎｄｒａｉｎｆａｌｌｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｅｍｉ－ａｒｉｄｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，２０００，（６４）：２８５￣２９８．
［１２］ＣｒｕｉｓｅＪＦ，ＬｉｍａｙｅＡＳ，Ａｌ－ＡｂｅｄＮ．ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｏｎｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９９９，３５（６）：１５３９￣１５５０．
［１３］ＳｔｏｎｅｆｅｌｔＭＤ，ＦｏｎｔａｉｎｅＴＡ，ＨｏｔｃｈｋｉｓｓＲＨ．ＩｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｏｎｗａｔｅｒｙｉｅｌｄｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒＷｉｎｄＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，２０００，３６（２）：３２１￣３３６．
［１４］ＥｃｋｈａｒｄｔａＫ＆ＵｌｂｒｉｃｈｂＵ．ＰｏｔｅｎｔｉａｌｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｏｎｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｒｅｃｈａｒｇｅａｎｄｓｔｒｅａｍｆｌｏｗｉｎａｃｅｎｔｒａｌＥｕｒｏｐｅａｎｌｏｗｍｏｕｎｔａｉｎｒａｎｇｅ．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２００３，（２８４）：２４４￣２５２．
［１５］ＳａｌｅｈＡ，ＡｒｎｏｌｄＪＧ，ＧａｓｓｍａｎＰＷ，ｅｔａｌ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＷＡＴｆｏｒｔｈｅＵｐｐｅｒＮｏｒｔｈＢｏｓｑｕｅＲｉｖｅｒＷａｔｅｒｓｈｅｄ．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０００，４３（５）：１０７７￣１０８７．
［１６］ＱｉｕＺｅｙｕａｎ＆ＰｒａｔｏＴｏｎｙ．Ｅｃｏｎｏｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｒｉｐａｒｉａｎｂｕｆｆｅｒｓｉｎａｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｗａｔｅｒｓｈｅｄ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９９８，３４（３）：８７７￣８９０．
［１７］ＳａｎｔｈｉＣ，ＳｒｉｎｉｖａｓａｎＲ，ＡｒｎｏｌｄＪＧ，ＷｉｌｌｉａｍｓＪＲ．ＡｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｌａｎｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎａｗａｔｅｒｓｈｅｄｉｎＴｅｘａｓ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２００５．
［１８］ＰｅｒｋｉｎｓＳＰ，ＳｏｐｈｏｃｌｅｏｕｓＭＡ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｔｕｄｙｓｔｒｅａｍｙｉｅｌｄｕｎｄｅｒｄｒｏｕｇｈｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＧｒｏｕｎｄＷａｔｅｒ，１９９９，３７（３）：４１８￣４２６．
ＳｔｕｄｙｏｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎＨａｉＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ
ＷＡＮＧＺｈｏｎｇｇｅｎ１，ＺＨＵＸｉｎｊｕｎ２，ＸＩＡＪｕｎ１，ＬＩＪｉａｎｘｉｎ２
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＣｙｃｌｅａｎｄＲｅｌａｔｅｄｌａｎｄＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，ＩＧＳＮＲＲ，ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＨａｉｈｅＲｉｖｅｒＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｉｓｎ’ｔａｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄａｃｔｕａｌｌｙｒｕｎｎｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅＨａｉｒｉｖｅｒｂａｓｉｎ．ＢａｓｅｄｏｎＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴｏｏｌ），ａｗｈｏｌｅｂａｓｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒＨａｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＨａｉｒｉｖｅｒｂａｓｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｒｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎｔｈｅｐｌａｉｎｒｅｇｉｏｎｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄ，ｔｈｅ１７ｒｉｖｅｒｍｏｕｔｈｓａｒｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅ２８ｂｉｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎＣｈｉｎａａｎｄＵＳＡ，ｔｈｅｓｏｉｌｔｙｐｅｄａｔａｂａｓｅａｎｄｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅｓａｒｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄａｎｄｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｄａｔａｆｒｏｍ１９９５ｔｏ２００２，ｗｅｃａｒｒｙｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｂｕｉｌｄｉｎｇｂｙｏｕｒｓｅｌｖｅｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｈｙｄｒｏｌｏｇｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｅｃｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ’ｓｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＨａｉｒｉｖｅｒｂａｓｉｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ＳＷＡＴ；ＨａｉＲｉｖｅｒｂａｓｉｎ
６
SWAT水文模型
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再划分为水文响应单元HRU。HRU是同一个子流域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Penman-Monteith。每一个子流域侵蚀和泥沙量的估算采用改进的USLE方程，河道泥沙演算采用改进
ArcGIS课程设计-SWAT模型
《地理信息系统ArcGIS》 课程设计 专业：水文与水资源工程专业 姓名： 学号： 指导教师： 日期：2019年6月
目录 第一部分模型介绍 (1) 一、ArcGIS模型介绍 (1) 二、ArcSWAT模型介绍 (1) 第二部分ArcSWAT流域模拟 (1) 一、建立SWAT模型 (1) 二、流域划分 (2) 三、HRU分析 (7) 四、Write input tables (13) 五、SWAT 模型仿真 (17) 六、SWAT文件输出 (18) 七、查看文件 (19) 第三部分心得体会 (19)
第一部分模型介绍 一、ArcGIS模型介绍 地理信息系统（Geographical Information System简称GIS）是在计算机软硬件的支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。ArcGIS是一个全面的、可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。 二、ArcSWAT模型介绍 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。ArcSW AT扩展模块是SW AT 模型在ArcSGIS平台上的图形用户界面。SW A T是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。 第二部分ArcSWAT流域模拟 一、建立SWAT模型 在ArcGIS界面，打开ArcSWA T工具栏如下图： 点击SWAT Project Setup—New SW AT Project，建立一个新的SWAT项目 在弹出的ArcSW A T对话框中选择否
基于的和分布式水文模型的应用比较
基金项目 作者简介山西运城人教授 主要从事水文预报研究 基于的和分布式水文模型的应用比较 李致家 水资源环境学院江苏南京 摘要本文采用 对 建了基于 并将个模型应用 于黄河支流洛河卢氏以上流域的水文模型的参数率定和模拟比较 以探讨 个模型都能很好地进行水文过程模拟 其中基于 更好的效果 新安江模型 自世纪后半叶许多水文模型被提出并应用于实际 利用地理信息和遥感技术考虑流域空间变异性的分布式水 赵人俊 改进作者曾在产流机制基础上提出了一个基于 栅格和地形的分布式物理模型 模型 本文将 最后将 模型 如图所示将流域划分成栅格图中流域有模型以 基础提取水系划分子流域 进行单个栅格产流计算再以流向为基础生成河网采用 产流计算 将单元汇流带内的栅格通过土壤缺水量建立联模型的部分产流理论
单元汇流带示意 式中是单元栅格的地 形指数 关系 黏 壤 式中 和 指在沙 植被及根系截留计算 认为同类土地覆盖参数 在单元栅格上时段的降水量 植物截留 蒸散发计算 在 植被及根系截留层蒸散 蒸散发先发生在植被及根系截留层当植被及根系截留层的水分蒸发完毕 式中上上时段的植被及根系截 是单元栅格上的植被及根系截留层最大截流量 式中上 上 土壤水流计算 式中?
图 ? 汇流计算 由 格演算次序矩阵 采用 如图 栅格水流都流入 由 得 则 出流量 为 之及自身产流量 其中 基于子流域的模型和基于子流域的新安江模型 图? 新安江模型计算流程模型结构 将模型和新安江 模型与构建了两个分布式水文模 型 分别采用 入流进行河网演算得到流域出口断面的流量 图 基于子流域的等流时线汇流法基于子 的面积 或面积 设时刻子流域出口断面的流 量为 时刻子流域的平均产流量为 的水流才对出口断面的 时刻流量 由于至时刻的产流量对出口断面 时刻流量 从而通过积分可以得到将子流域根据平均水流路径划分成个汇流区第个汇流区累计以上汇流区的面积和占流域总 面积百分比为 个汇流区距离出口的平均水流路径为 个汇流区的平均水流速度为
SWAT模型建模中可能遇到的问题和解答
ArcSWAT Frequently Asked Questions Installation: 1.Problem: During installation an error message containing “ … unable to get installer types …” appears, preventing successful installation. Solution: Make that the following is loaded on your system: a.) .Net Framework 2.0 b.) ArcGIS DotNet Support (C:\Program Files\ArcGIS\DotNet). In order for ArcGIS DOTNet support to be installed, the .Net Framework 2.0 must be present on the target computer prior fo installing ArcGIS. Solutions to Interface Problems and How-To: 1.Problem: Error during Landuse/Soils/Slope overlay of “Item not found in this collection”. Cause: The SWAT2005.mdb crop or urban tables do not have a properly formatted OBJECTID field. Solution: Create a cop table with a sequential OBJECTID field by exporting the crop table back into the SWAT2005 database using ArcCatalog. Delete the old table and rename the new one to “crop” or “urban” 2.Problem: Error at beginning of Landuse/Soils/Slope overlay operation. Possible Cause: Land use lookup codes begin with a number and not a letter. All land use lookup codes in a user-defined landuse lookup table and also found in the crop and urban tables MUST begin with a letter. 3. Problem: Error during watershed delineation of, “You attempted to open a database already opened …”. Cause: There is a renegade lock on a table or feature class in your SWAT project database. Solution: Close the SWAT ArcMap project. Reopen the SWAT project a try the operation again. It is a goods idea to save your SWAT project during the watershed delineation task after each step is completed. 4.Problem: Error during the writing of SWAT input files, such as “Missing CN2 for hydrologic group …” . Cause: Soil lookup table of database usersoil table has problems. Solution: Soil names in the soil lookup and usersoil table CANNOT have “_” characters. These characters must be replaced by something else, such as “-“ or “#”. 5.Problem: Errors while reading in observed weather files Cause: Make that there are no extra empty rows at the end of the tables. Also, check observed data files to make sure that there are no dates that are skipped in the middle of the file. 6.Question: Observed weather data was loaded. However, during model setup, I can only select a simulation period that falls within the dates of my observed data. How setup a model “warm-up” period using simulated weather? Answer: You must add missing data values to the beginning of at least 1 of your observed weather
ARCSWAT模型使用
ARCSWAT模型使用 1. 模型介绍 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。 SWAT模型综合了早期开发的SWRRB（the Simulator for Water Resources in Rural Basins）模型和ROTO（the Routing Outputs to Outlet）模型的特征，从1990s 问世以来，经历了SWAT94.2，96.2，98.1，99.2，2000等版本，模型在原理算法、结构、功能等方面都有很大的改进，现在使用的SWAT2005版本可以在Arcview、ArcGIS等常见的软件平台上运行，具有良好的用户界面，在ARCGIS上的SW AT 模型为ARCSW AT。本文使用的是ArcGIS 9.2支持下的ArcSW AT 2.0.0。 模型数据处理过程： SWAT模型所需的数据有地形、土壤、土地利用、气象、水文、营养物质等，根据研究目的不同可以选择建立不同的数据库，模型本身带有Land Cover/Plant Growth Database、Urban Database数据库。除此之外，还需要结合研究区域的特点和研究目的，建立用户数据库，其中包括耕作数据库、杀虫剂数据库、营养物质数据库、土壤数据库。模型数据处理流程如图2所示： 模型数据处理流程 模型的应用： 模型的应用主要表现在8个方面：校准与敏感性分析，气候变化模拟，GIS平台描述，水文评价，结构和数据输入效果评价，与其他模型比较，多种模型分析的结合，污染评价。
SWAT模型 水资源 数学建模
ＳＷＡＴ模型：让水资源评估“技高一筹” 来源：发布时间：2009年12月01日 当我们盘点当今世界热点名词时，“气候变化”无疑 会榜上有名。的确，气候变化正在并已经对人类的社会经济 发展、生态系统、极端天气气候事件产生极其重要的影响。 而水资源作为生态系统的重要组成部分，不可避免地受到气 候变化的“关照”——气候变化将导致水资源时空分布格局 改变、极端水资源事件频率增加等。近年来，特别是进入21 世纪后，水资源问题越来越困扰全球的经济社会发展，中国 亦不例外。因此，探讨研究气候变化和人类活动影响下的水 资源问题，也就显得更为至关重要。 在此背景下，气象部门相关专家学者经过长期努力， 在水资源问题研究上取得显著成绩。SWAT（Soil and Water Assessment Tool)模型作为开展水资源评估影响的有效工 具，已初显成效。该模型正日益被采纳应用，并推而广之。 缘起：水文模型必不可少 第十一届全国人大财经委员会副主任、原水利部部长 汪恕诚曾说：“人多水少，水资源时空分布不均，水土资源 与经济社会发展布局不相匹配，是我国的基本水情。”此言 道出了我国水资源的总体特征。
我国水资源总量为2.8万亿立方米，居世界第六位，但人均占有量只有2200立方米，仅为世界平均水平的30%左右。目前，全国年缺水总量约达300亿立方米至400亿立方米，近三分之二的城市存在不同程度的缺水。此外，我国水资源分布呈南多北少、东多西少态势：长江及其以南水系流域面积占全国国土总面积的36.5%，其水资源量却占全国的81%；淮河及其以北面积占63.5%，水资源量仅占19%。西北内陆河地区面积占35.3%，水资源量仅占4.6%。 同时，受季风气候影响，我国的降水量年内分配极不均匀，大部分地区汛期4个月的降水量占全年总量的70%左右。此外，水资源中大约三分之二是洪水径流量，且降水量年际变化也很大。特别是在全球气候变化和大规模经济开发双重因素交织作用下，我国水资源情势更加堪忧。 如何对水资源系统进行深入研究，掌握其规律特性，趋利避害、造福人民呢？水文模型的应用提上日程。 国家气候中心专家许红梅博士介绍说，水文模型是以水文系统为研究对象，根据降雨和径流在自然界的运动规律建立数学模型，通过电子计算机快速分析、数值模拟、图像显示和实时预测各种水体的存在、循环和分布，以及物理和化学特性。水文模型可以帮助人们理解复杂的水循环系统，通过对观测资料的分析，使看不见、摸不着的水资源系统量化、直观化、连续化，从而为决策者提供科技支撑，为水资
SWAT模型研究进展
SWAT模型研究进展 随着人类活动日益增强,下垫面条件发生显著变化,影响了流域产汇流和水资源的时空变化,传统的集总式水文模型已不能很好地反映下垫面空间差异性造成的径流过程和各种物质循环过程的变化,分布式水文模型应运而生。 SWAT(Soil and Water AssessmentTool) 模型是美国农业部农业研究所(USDA-ARS)历经近30年开发的大尺度模型。模型以可以用来预测模拟大流域长时期内不同的土壤类型、植被覆盖、土地利用方式和管理耕作条件对产水、产沙、水土流失、营养物质运移、非点源污染的影响,甚至在缺乏资料的地区可以利用模型的内部生成器自动填补缺失资料。SWAT模型经历了不断的改进，已经在水文水资源及环境领域中得到广泛认可和普及。 SWAT主要基于SWRRB，并且吸收了GREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO 等模型的优点。模型自20世纪90年代初开发以来，已经经历了不断的发展。模型主要改进版本有： 1）SWAT94.2：添加了水文响应单元。 2）SWAT96.2：加人了植物截流、壤流的运算，径流营养物和杀虫剂的输送模拟和气候变化的分析方法，添加了自动施肥与灌溉作为管理选项， 用于计算潜在蒸散发的彭曼公式等模块也被加人。 3）SWAT98.1：改进了融雪模块、水质模拟以及营养物质循环，增加了放牧、施肥等作为管理选项，并增强了模型在南半球的适应性。 4）SWAT99.2：改进营养物循环和对各种水体(水库、池塘和湿地)水量平衡的处理方法，增加一种城市径流的模拟计算方法，将年代设置从2位变 为4位。 5）SWAT2000：改善“气象因子发生器’，，提供了更多的潜在蒸散发计算方法，太阳辐射、相对湿度、风速、潜在蒸散发等气象数据可以直接输 人或者根据“气象因子发生器”让模型自动产生，水库的数量不再受到 限制，并增加了Green&AmPt渗透方程和Muskingum模式分别计算入 渗与地下水平衡。 6）SWAT2005：改进了杀虫剂输移模块；增加了天气预报情景分析；增加了日以下补偿的降水量发生器；使在计算每日CN值是使用的滞留参数 可以是土壤水容量或者植物蒸散发的函数；增加了敏感性分析和自动率 定与不确定性分析模块。 近年来，SWAT模型在国内得到了广泛应用，主要包括3个方面：产流/产沙模拟、非点源污染研究及输入参数对模拟结果的影响研究。其中，径流模拟是SWAT应用的一个主要方面，在全国很多流域都有SWAT的应用案例。 王中根,刘昌明等用SWAT模拟了黑河干流山区莺落峡以上地区子流域月径流量和莺落峡日径流量,从模拟精度论证了模型完全适合在大流域应用。张雪松等以洛河上游卢氏水文站流域为研究区域,采用自动数字滤波技术校准径流,对模拟和实测值进行直接径流(地表径流与壤中流)与基流的分割校核,结果表明模型校核和验证期对径流的模拟都较好,对产沙预测和实际偏离较大,说明模型对降雨量小、产流产沙少的情况模拟不太理想。胡远安等介绍了SWAT模型在亚热带的江西芦溪小流域径流模拟,对水田模拟部分进行了局部修改,并进行了参数灵敏度分析,结果表明模型对长期径流量模拟比较精确,对日径流的模拟存在系统误差;丰水期的模拟比枯水期精确。黄清华,张万昌对黑河流域山区出山口径流的模拟
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用
分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用 为了促进我国的流域水资源管理综合效益的提升，需要根据分布式流域水文模拟模型展开分析，以实现对其内部模式总体结构的深入应用，促进其特点的深入了解，保证流域水资源管理综合效益的提升。为了实现对流域水文模拟模型的有效应用，需要流域水资源的相关管理人员做好相关的分析工作。 标签：水文模拟；管理应用；研究深化；探究 1 关于分布式降雨径流模拟模型及其TOPMODEL模型的分析 1.1 国外的分布水文模式的发展历史比较长的，其经历了一个比较长的历史发展阶段，逐渐实现了该模型分析理论系统的健全。该模型的研究理论起源于一篇关于物理基础数值模拟理论的文章。随着时代经济的不断发展，美国的关于SWAT模型的理论体系不断得到健全，出现了THALES模型模式，该模式是一种分布式的参数模型，其具备一定的矢量高程数据。随着经济模式的不断深化，国际科学经济技术的不断发展，其分布式水文模式诞生，该模式实现了对各个环节的综合比如空间参数校准、河流演算环节等。无论是PRM模型还是SLURP 模型其都属于分布式水文模型。比较典型的地表分布式水文模拟模型包括SWAT 模型及其TopModel模型。 TopModel模型的发展是符合时代的发展潮流的，该模式是以变源产流是基础条件的。通过对地形空间变化的深入了解，来实现其结构模式的优化，促进其DEM推求地形指数的有效应用。在地形指数应用过程中，可以通过对相关数据信息的应用，来剖析流域水文的循环现象，实现其水流趋势的深入分析，该模式可以实现对相关环节的水源面积变动情况的模拟。TOPMODEL模型结构和概念比简单，优选参数少，充分利用了容易获取的地形资料，而且与观测的物理水文过程有密切联系。模型已被应用到各个研究方面，并不断发展、改进，反映了降雨径流模拟的最新思想。但TopModel并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响。 1.2 SWAT模式是一种应用范围比较广泛的流域水文模型，该模式具备比较常的物理机制性，在某些发达国家中实现了广泛的普及，比如加拿大及其相关北美洲地区。该模式通过对相关空间数据信息的应用，促进其各个流域各个水文运作过程的模拟，比如化学物质的变化情况等。通过对模式的应用，促进其流域离散化环节的优化，实现其蒸发环节、降水环节等的优化，从而深入剖析人类行为和流域水文循环之间的关系。通过对该SWA T运作模式的研究，实现对流域情况的有效模拟，以满足日常工作的需要。SWA T模拟的流域水文过程被分为两大部分：陆面部分，它控制着每个流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；水循环的水面部分。它决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。SWAT 采用现代Windows 界面，是一个模型和GIS 的综合型系统，它模拟了水和化学物质从地表到地下含水层再到河网的运动过程，可以用于几千平方英里的流域盆地的水质水量模拟。它适用于具有不同的土壤类型、不同的土地利用
分布式水文模型
题目：分布式水文模型的原理及其应用 学院名称水建学院 专业名称水文与水资源 学生姓名朱良哲 学号2009011728 指导老师严宝文
分布式水文模型的原理及其应用 摘要 分布式水文模型是在分析和解决水资源多目标决策和管理中出现的问题的过程中发展起来的，所有的分布式水文模型都有一个共同点：有利于深入探讨自然变化和人类活动影响下的水文循环与水资源演化规律。本文就几种分布式水文模型进行分类总结与比较，探讨其原理与应用。 关键字：分布式；水文模型；DEM；MIKE SHE；TOPMODEL；SWAT Distributed hydrological model is analyzed and deal with the water in multi-objective decision-making and management problems in the process of the development of up, all of the distributed hydrological model have one thing in common: to further discussed natural change and human activities under the influence of the hydrologic cycle and water resource evolution rule. This paper distributed hydrological model several classification summary and comparison, this paper discusses the principle and application. Key word: distributed; Hydrological model; DEM; MIKE SHE; TOPMODEL; SWAT 一、分布式水文模型-特点 与传统模型相比，基于物理过程的分布式水文模型分布式可以更加准确详细地描述流域内的水文物理过程，获取流域的信息更贴近实际。二者具体的区别在于处理研究区域内时间、空间异质性的方法不一样：分布式水文模型的参数具有明确的物理意义，它充分考虑了流域内空间的异质性。采用数学物理偏微分方程较全面地描述水文过程，通过连续方程和动力方程求解，计算得出其水量和能量流动。 二、分布式水文模型-尺度问题、时空异质性及其整合 尺度问题指在进行不同尺度之间信息传递（尺度转换）时所遇到的问题。水文学研究的尺度包括过程尺度、水文观测尺度、水文模拟尺度。当三种尺度一致时，水文过程在测量和模型模拟中都可以得到比较理想的反应，但要想三种尺度一致是非常困难的。尺度转换就是把不同的时空尺度联系起来，实现水文过程在不同尺度上的衔接与综合，以期水文过程和水文参数的耦合。所谓转换，包括尺度的放大和尺度的缩小两个方面，尺度放大就是在考虑水文参数异质性的前提
SWAT模型实验方法
农业非点源污染 农业非点源污染数据采集方法一： 采样准备 1、采样安排 a)水样的采集与监测项目的确定。 确定采集水样的位置，能够反映非点源污染的特征。同时，人 力能够到的地方，而且监测指标能够反映非点源污染的特点。 b)采样时间、采样频率的安排 为了更好的了解污染物的年间变化，在11年和12年，原则上 应以月单位进行水样采集，一旦出现天气突变情况，随时根据 情况调整时间。 c)除了特殊实验目的外（如研究雨季连续降雨），应当尽量排除 前一场降雨对实验的影响，以免造成实验数据分析的困难。 由于目前还无法实现自动采样，所有水样都依靠人工进行采集。 在实验过程中，根据实验情况调整采样时间，采样频率。 2、采样点的空间设置 为了研究污染物的空间变化，本次研究选择的土地类型包括： 水田，旱田，居民点，草地等。实验的水质采样点根据小流域 的出口入口及土地利用类型等水污染影响因素确定。利用GPS 定点采集水样。 3、实验方法 由于氮、磷是农业面源污染的重要原因，所以应利用GPS定点
采样，N、P、COD、BOD等。每项测定方法： a)总氮： b)总磷： c)COD： d)BOD： e)…… 农业非点源污染数据采集方法二： SWAT模型需要输入主要农作物的播种、施肥、灌溉等作物管理措施，可模拟流域内农业面源污染的负荷。而其中的数据通过查阅辽宁省统计年鉴得出流域内的化肥使用情况，并对化肥进行折纯，得出TN、TP作为基肥加入到模型中。 农业非点源污染数据采集方法三： 对非点源污染负荷估算得出数据 农村非点源污染调查分析的主要对象为农业人口数量、农村综合污水、化肥农药使用和分散式饲养畜禽废水等。非点源污染过程复杂，影响因素众多，对非点源污染负荷的估算也有很多途径。 （1）生活污水 考虑到乡村没有集中的城镇下水道系统，因此将村中人口产生 的生活污染源这算为有机肥输入到模型中。本次研究应采用最 新版本的人口普查中人口数据，列出流域中各乡镇排污当量数
北运河流域分布式水文模型的研究及应用
作者郑毅 中文题名北运河流域分布式水文模型的研究及应用 英文题名Study and Application of Distributed Hydrological model of Beiyunhe 中文关键词北运河流域；洪水预报；分布式水文学模型 英文关键词Beiyunhe River Basin;flood forecast;distributed hydrological model;DWSM 中文文摘北运河是北京市北部区域重要的泄洪通道，其流域的洪水预报和调度系统也是北京奥运会重要的安保措施之一，建立该区域快速和准确的预报与调度系统具有重要意义。北运河流域面积不大，约4348 k m2，但流域下垫面条件较为复杂，主要有山区，平原和城区三部分。要对全流域洪水进行模拟预报，必须先模拟出不同地区洪水产生的基本状况。而且洪水模拟预报要求系统采用的预报模型不仅模拟精度高，还要运行速度快。分布式水文模型主要有基于子流域，基于栅格和基于坡面三类。基于子流域的模型主要采用经验公式或概念性的方法来计算产流，之后采用传统方法如马斯京根法来进行汇流演算，而且采用的时间步长较大，不适合对时间尺度和模拟结果精度要求较高的洪水预报；基于栅格的模型，由于主要基于数值方法来模拟产汇流过程，虽然在精度上能满足要求，但耗时较长，无法实现洪水的实时预报；而基于坡面的分布式水文模型，把坡面作为产汇流计算的基本单元，对实际流域虽做了一定的概化，但能反映其基本特性，如单元面积，河道长度，坡面坡度，河道坡度等，在汇流部分基于一定的物理机制，模拟速度快，计算结果精度高。因此采用基于坡面的分布式水文模型DWSM来模拟不同降雨情况下的产汇流情况。论文以北运河流域实测降雨（1998.7.3~7.6）和该流域主要断面的调查流量为资料来率定北运河流域洪水预报与调度系统的模型参数，以不同设计降雨（设计频率为10、20和50年）和水库、蓄滞洪区的初始水位为输入资料，模拟了不同设计降雨和水库、蓄滞洪区调度方式下，北运河流域的产汇流、支流汇入以及水库调控等因素对洪水演进的综合影响。模拟结果与北京水利规划设计研究院的计算结果进行比较，得到在前期无雨情况下，采用DWSM模拟的流量峰值与设计院的计算峰值在各断面比较接近；而在前期有雨情况下，蔺沟和小中河等区域的模拟值与设计院计算的峰值误差较大，究其原因除了模型基于概化的坡面结构特点引起误差外，主要是雨量站的数量太少导致降雨输入误差大，从而造成模拟的峰值误差较大。 外文文摘Beiyunhe River is the crucial flood discharge channel for northern Beijing downtown, and flood forecast decision support systems acted as one of the most important safety measures. So it‘s extremely meaningful to develop the real-time and accurate flood risk forecasting management systems for Beiyunhe River Basin. Area of Beiyunhe River Basin is about 4,348 km2, but underlying surface，composed of hill, plain and urban zone, is very complex. It should firstly simulate flood from different sources to make flood forecast in the whole basin. Moreover, flood simulation and forecast needs rapid speed as well as the accurate result.Distributed hydrological model consisted of three types based on subbasin, grid and hillslope. The first type adopted empirical and conceptual method to calculate runoff generation, used traditional approach, such as Muskingum method to simulate runoff concentration with daily time step in general. So it wasn’t suitable for finer time step and higher accuracy for flood forecast. The second type simulated runoff yield and concentration according to numerical law and have satisfying results, but it took too long time to finish real-time forecast. The third type, based on the hillslope, treated hillslpoe as basic unit, made certain generalization reflect basin’s characteristics. For example, unit’s area, channel’s length, hill and channel slope. And the type had physical law in process of runoff afflux, featured with rapid simulation rate, and high accuracy of calculation. So DWSM based on hillslope was used to simulate runoff yield and concentration under different rainfall conditions. Besides, the dissertation adopted measured rainfall of Beiyunhe River Basin (July 3, 1998 to July 6, 1998) to calibrate main parameters of DWSM, used design rainfall (frequency of 10%, 5% and 2%) and relevant initial water levels of reservoirs and flood storage zones as input data, and simulated integrated influence of runoff generation and concentration, tributary inlets, and reservoirs’ regulation in Beiyunhe River Basin upon flood routing. The DWSM’s results were compared
SWAT模型原理
SWAT安装指南 AVSWAT的安装： 1）安装环境： ArcView 3.1 or 3.2 (software) Spatial Analyst 1.1 or later (单独安装的模块) Dialog Developer 3.1 or later (自带的模块) 2）安装要点： 先安装ArcView和Spatial Analyst模块，中文用户需要把区域与语言选项中把语言修改为英语（美国）。然后解压AVSWAT安装文件，启动ArcView，在File 菜单上单击Open Project，打开安装文件所在的目录，选择setup.apr，并单击OK。 AVSWAT的启动不规范引起的错误，正确启动方法如下： 在下图所示的弹出框中选择Cancel，不要选择OK哦；然后在File菜单下的Extensions选择SWAT模块加载即可。 ArcSWAT 1.0.7的安装： 1）安装环境： Microsoft .Net Framework 1.1 ArcGIS-ArcView 9.1 with service pack 2 (Build 766) ArcGIS Spatial Analyst 9.1 extension ArcGIS Developer Kit (usually found in C:\Program Files\ArcGIS\DeveloperKit\) ArcGIS DotNet support (usually found in C:\Program Files\ArcGIS\DotNet\) 2）安装顺序及要点： ①首先安装Microsoft .Net Framework 1.1；注意：很重要，否则第2步中 将不会出现".NET Support"； ②安装ArcGIS9.1，选择自定义安装并勾选".NET Support"和"Spatial Analyst"模块，或者选择完全安装； ③安装ArcGIS Developer Kit； ④安装ArcGIS9.1 SP2 (build 766)；从英文官网可以下载到， https://www.360docs.net/doc/e24280274.html,/index.cfm?fa=downloads.patchesServicePacks.viewP atch&PID=43&MetaID=1162
分布式水文模型
分布式水文模型(日志) 分布式水文模型是在分析和解决水资源多目标决策和管理中出现的问题的过程中发展起来的，所有的分布式水文模型都有一个共同点：有利于深入探讨自然变化和人类活动影响下的水文循环与水资源演化规律。 一、分布式水文模型-特点 与传统模型相比，基于物理过程的分布式水文模型分布式可以更加准确详细地描述流域内的水文物理过程，获取流域的信息更贴近实际。二者具体的区别在于处理研究区域内时间、空间异质性的方法不一样：分布式水文模型的参数具有明确的物理意义，它充分考虑了流域内空间的异质性。采用数学物理偏微分方程较全面地描述水文过程，通过连续方程和动力方程求解，计算得出其水量和能量流动。 二、分布式水文模型-尺度问题、时空异质性及其整合 尺度问题指在进行不同尺度之间信息传递（尺度转换）时所遇到的问题。水文学研究的尺度包括过程尺度、水文观测尺度、水文模拟尺度。当三种尺度一致时，水文过程在测量和模型模拟中都可以得到比较理想的反应，但要想三种尺度一致是非常困难的。 尺度转换就是把不同的时空尺度联系起来，实现水文过程在不同尺度上的衔接与综合，以期水文过程和水文参数的耦合。所谓转换，包括尺度的放大和尺度的缩小两个方面，尺度放大就是在考虑水文参数异质性的前提下，把单位面积上所得的结果应用到更大的尺度范围的模拟上，尺度缩小是把较大尺度的模型的模拟输出结果转化为较小尺度信息。尺度转换容易导致时空数据信息的丢失，这一问题一直为科学家所重视，却一直未能得到真正解决，这也是当今水文学界研究的热点和难点。 尺度问题源于目前缺乏对高度非线性的水文学系统准确的表达式；于是对于一个高度非线性的、且没有表达式的系统，人们用“分布式”方法来“克服”它。然而事实上，无论是“subwatersheds”是“rid Cells”其内部仍然是非线性的且没有表达式。但是，人们认为他们是“均一”的，于是就产生了尺度问题。比如，自然界中水文参数存在很大的时间、空间异质性，野外实验证明，传统上认为在“均一”单元，且属于同一土壤类型的小尺度土地上，其水力传导度的变化范围差异可以达到好几个数量级。 在分布式水文模型MIKESHE中，处理的最有代表性的尺度问题就是模拟不饱和带的垂向水分运动，Richards方程用到的水力参数是由实验室对野外采集回来的少量未扰动的土壤样品测量而得，然而，对分辨率低（计算网格比较大）的单元格，用一个参数值来表示起土壤的水力参数肯定是不够的，除非该网格内土壤质地绝对均一，而这显然是不大可能的。 解决尺度转换的问题还应该在以下几方面的深入研究：研究水文过程在不同尺度间的联系、影响与相互作用，以及不同尺度水文循环规律，用不同分辨率的空间数据表达各个尺度水循环的物理过程。改良水文数据的获取方式、处理方法，提高数据的精度。研究水文过程在不同尺度上的适用性及其不同的影响因素。 水文模型模拟的主要任务之一就是将小于模型计算空间尺度的水文异质性特征整合在计算单元格之中，以达到对水文物理过程的准确模拟。传统的集总式模型都是建立在水文环境不变这一基本假设之上，而在分布式模型中，空间异质性通过模行深入探讨，水文参数的空间分布尺度不确定等。在当今的分布式水文模
分布式水文模型的发展
分布式水文模型的发展、现状及前景 于兴杰1，孙金丹2，张树田1，史福祥1 （1.山西省电力勘测设计院山西太原； 2. 陕西煤炭地质局131大队，陕西韩城 715400） 摘要：分布式水文模型的研究是当前水文建模领域最为活跃的研究方向之一，是解决流域水文、生态和环境问题的有效途径。文中讨论了分布式水文模型的分类、一般结构、下垫面因子、与GIS和遥感技术的关系、参数率定、应用领域等问题，指出分布式水文模型发展面临的问题并展望了未来的发展方向。 关键字：分布式水文模型下垫面因子遥感技术 GIS 中图分类号：P334 文献识别码：C 1 水文模型概况 流域水文模型是水文科学中一个最重要的分支之一，是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具。严格说来，水文模型可以分为确定性模型和随机性（统计）模型。确定性模型应用有限的物理学规律描述水文过程，其预测结果不存在不确定性；随机模型应用概率理论和随机性过程描述水文环节，其预测结果多为条件概率的形式。确定性模型根据模型对流域是空间集总式的还是分布式的描述，以及对水文过程是经验性描述、概念性描述还是完全物理描述，可将模型进一步划分为黑箱模型、概念模型和基于物理学的分布式模型。 黑箱模型、概念模型和物理模型分别代表确定性水文模型的不同发展阶段。黑箱模型基于传输函数，几乎没有任何物理意义；概念模型介于完全物理描述和经验式黑箱模型之间；基于物理的水文模型建立在人们对控制流域响应的水文过程的物理认识的基础之上。由于流域的水文异质性，物理模型必须对流域进行离散化，使得模型计算单元内的水文性质满足物理学的均一性要求，因而，物理模型是空间分布式的模型。分布式物理模型能够模拟整个径流过程，可以预测多个水文变量(如径流量、土壤含水量以及蒸散发等)的时空格局。在分布式模型中，物质、能量和动量的传输直接应用控制微分方程描述，如应用St．Venant方程描述坡面漫流、应用Richard方程描述包气带水分运移以及应用Boussinesq方程描述地下水流运动。分布式模型中的偏微分方程多采用数值解，如有限单元法和有限差分法，因此，相对于集总式概念模型，分布式模型需要更多的计算时间和性能更好的计算机。 分布式水文模型是近20年来水文建模领域的热点[11]。之所以能成为近年来具有吸引力的水文学研究热点之一，一是因为地理信息系统(GIS) 技术的不断完善，使得描述下垫面因子复杂的空间分布有了强有力的工具；二是因为计算机技术和数值分析理论的进一步发展，为用数值方法求解描述复杂的流域产汇流过程的偏微分方程组奠定了基础；三是因为雷达测雨技术和卫星云图技术的进步，为提供降雨量实时空间分布