swat模型水量平衡方程
SWAT水文模型
SWAT水文模型介绍之阿布丰王创作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发生的影响。
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，其采取的是Q.Y.Duan等在1992年提出的SCE-UA算法。
模型采取模块化编程，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伐整。
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取SCS径流曲线法。
渗透模块采取存储演算方法，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发生回流。
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取动力蓄水水库来模拟。
河道中流量演算采取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。
SWAT模型(共39张PPT)
提纲
1.1 SWAT 起源与发展 1.2 SWAT 原理概述 1.3 SWAT 结构与功能 1.4 SWAT 面临的问题与挑战
几个关键问题
- SWAT 是什么？
- SWAT 能做什么？
- SWAT 面临问题与挑战？
1.1 SWAT 起源与发展
20世纪90年代，美国农业部（USDA）农 业研究中心（ARS）的Jeff Arnold博士将 SWRRB和ROTO整合为一个新的模型，即
所需要输入的气候因素变量主要包括： 使得SWAT应用受到一定的限制，为此需要开发了模型输入与参数调试模块，可以十分快速的进行模型输入和参数的调整。
B．美墨Rio GrSanWde/RAioTBravo 流域的水文模拟。
日降水量 3 SWAT 结构与功能
- SWAT 输入与调参问题
最大最小气温 1 SWAT 起源与发展
Equation,Williams,1975 ） 来 模 拟 每 个 水 文 响 应 单 元 HRU的水土流失和泥沙的产生。 MUSLE模型能够与水文模型很好的结合，利用水文 模型提供产流量和洪峰流量进行水土流失的模拟计算 。
1.2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
营养物资
SWAT模拟流域内几种不同形式的氮、磷的运动与转换。氮、磷营养 物资可以通过地表径流和壤中流进入主河道传输到下游河段。
C．欧洲15国应用SWAT模型模拟农业产生的营养盐的输移情况。
D．在印度的应用，量化气候变化对印度水资源的影响，并进行洪水和干旱模拟分析 。
F．在英格兰流域的应用，进行水量和水质模拟。
G．在中国SWAT已经多个用于水资源和水环境、农业生产等方面的案例。
提纲
1.1 SWAT 起源与发展 1.2 SWAT 原理概述 1.3 SWAT 结构与功能 1.4 SWAT 面临的问题与挑战
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。
水文模型
模型发展过程CREAMS模型：是20世纪70年代美国农业部农业研究服务中心研发的基于过程的非点源模拟模型，该模型是基于田间尺度的模型，主要用于模拟土地管理对水、沙和营养盐的影响。
SWAT模型：是一个日尺度的连续模型，可以将流域划分为成百上千个子流域和栅格单元，该模型解决了SWRRB模型和ROTO模型组合过程中输入文件繁多、占用大量计算空间，并且SWRRB模型模拟过程需独立运行，然后将其结果输入到ROTO模型才能完成汇流运算的问题。
MATSALU模型是由爱沙尼亚研发的，该模型主要是针对当地海湾农业流域和海湾生态系统，评估不同管理情景对海湾富营养化产生的影响。
该模型的空间划分主要是基于基于基础流域图、土地利用图、和土壤图三个图层的叠加，以此获得基本的污染区域。
其缺点是只针对特定的区域流域设计，模型可移植性较差。
SWIM模型：融合了SWAT和MATSALU模型，保留了原来模型的优点，其模型代码主要基于SWAT，先将MATSALU模型空间三层划分方案引入到SWAT中，之后调整模型，并删除SWAT 中重复参数化的一些模块功能。
模型结构SWIM模型综合了流域尺度的水文、侵蚀、植被以及氮/磷的动态变化等过程，并以气候数据农业管理资料作为模型的外部驱动因子。
其中，水文模块以水量平衡方程为基础，考虑了降水、蒸散发、渗透、地表径流和各层土壤的土壤中流等因素。
SWIM模型中土壤的水文过程流程图水文模拟系统由四个层组成；土壤表层，根系层，浅水层以及深水层。
模型的空间划分：基本思路是：先将中尺度的流域划分为适当的子流域（该过程可以通过一些GIS软件实现），之后基于土地利用情况和土壤类型在每个子流域上做进行水文相应单元的划分，这些单元是一些互不连接的单元，内部具有相同的土地利用方式和土壤类型，并具有统一的水文响应特征。
结语：SWIM模型的开发首先是为了在德。
swat模型结构
swat模型结构SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是美国农业部（USDA）开发的一个集水区水资源管理模型，可用于评估和模拟不同土地利用方式和管理措施对水文过程和水质的影响。
SWAT模型是一个基于物理和经验过程的集成模型，可用于研究和管理农业、环境和水资源领域的问题。
SWAT模型的结构主要包括五个组成部分：水文子模型、气象子模型、水库和湖泊子模型、生物和土壤子模型以及管理子模型。
1.水文子模型：该子模型用于模拟和预测水文过程，包括降雨、蒸发腾发、径流形成和水循环等。
模型基于集水区的地形、土壤和植被等特征，采用水文平衡方程来计算径流量和水体的分布。
2.气象子模型：该子模型用于模拟和预测气象变量对水文过程的影响，包括降水、温度、风速和辐射等。
模型利用实测或模拟的气象数据输入，通过气象因子和水文过程之间的关系来计算水文变量。
3.水库和湖泊子模型：该子模型用于模拟和预测水库和湖泊的水量和水质变化，包括水位、库容、水质浓度和水体流动等。
模型基于物理和经验方程，考虑水库和湖泊的水平衡和水质反应等影响因素。
4.生物和土壤子模型：该子模型用于模拟和预测植被生长和土壤过程的影响，包括植被生长、光合作用、蒸腾作用、养分循环和土壤水分运动等。
模型基于物理和生理机制，利用土壤特性和植物参数来计算植被和土壤过程的变化。
5.管理子模型：该子模型用于模拟和评估不同土地利用方式和管理措施对水资源和水质的影响，包括农业管理、土地利用变化、水分管理和养分管理等。
模型基于经验和规则，采用管理指标和策略来调整水文和生态过程，以优化资源利用和环境效益。
SWAT模型的工作流程主要包括以下几个步骤：数据准备、模型参数设定、模型运行和结果分析。
首先，需要收集和整理集水区的地理、气象、土壤和植被等数据，以及水文和水质观测数据。
然后，根据收集的数据，设定模型的参数和初始条件，包括地形、土壤、植被、气象和管理等方面。
基于CMADS和SWAT模型的玛纳斯河流域水文过程模拟
Vol. 32 No. 2Apo ,2021第32卷第2期202 1年4月水资源与水工程学报Jocoal of Water Resocoos & Water EnyineeOngDOI ： 10.1905/j. ion. 972 - 243X.2021.02.17基于CMADS 和SWAT 模型的玛纳斯河流域水文过程模拟谷新晨(,肖森元l 杨广l 何新林l 赵琪4,张亮4,李冬波((1.石河子大学水利建筑工程学院/现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子832000；2.新疆维吾尔自治区水文局，新疆乌鲁木齐830000)摘要：缺乏历史气象资料地区的水文模拟是制约流域模型发展和人们对流域水资源认识的重要因素之一。
选取玛纳斯河流域作为研究区，运用CMADS 和SWAT 模型对该流域的水文过程进行了模拟，最后使用SWAT - CUP 对模拟径流量进行了校正。
通过参数灵敏度分析、参数标定与验证，选取NSE 、和PBIAS 统计指标进行评价。
选取的7个敏感性水文参数的最终取值均在合理范围内，且在月尺度与日尺度的径流量过程模拟中月个统计指标在校准与验证期间均处于最优区间,该模型的模拟值与实测值拟合良好，可用作后续的研究与应用。
结果表明：利用CMADS 和SWAT 模型能够较好地模拟玛纳斯河流域的水文过程。
在缺乏历史气象资料的地区,CMADS 可提供时间连续、类型详细和空间分辨率高的气象数据，构建更高精度的水文模型。
关键词：径流；水文过程；水文模型;SWAT ； CMADS ；干旱区；玛纳斯河流域中图分类号；P334 + .72； TV211.2文献标识码：A文章编号：972-643X(2021 )02-0116-08Hydrclogical prcceso simulation of Manat River Basin based onCMADS and SWAT modeOGU Xincher 1, XIAO Seryuan 1, YANG Guang 1, HE Xinlio 1 , ZHAO Qi 4, ZHANG Liang 4, LI Dongbo 1(0 Key Latoratora cf Molera Water-saving Irritatioo , College cf Wales sag Architectural Engineering , SShiezi University ,SSitezt 832000 , China ； 2. Hydrolowd Bureau of Xinjiang Uygur AiOonomoot 7?egto , Urumqt 830000 , Chiga )Abstrcci : HynoUgWai simulatioc in areas lachiny hismecai meteoologicai data is oco of the limitinyfactors that hinders the developmeot of watershed models and pwpU' s understandiny of water resources .Wo selected Manas River Basin as the research iw, and simulated its nynrolouicai process usinyCMADS and SWAT model . Theo the simulated onoff was caUdrateb usiny SWAT - CUP. AccorPiny to the parameter seosUivity analysis : parameter caddraUoc and vaddatioc , NSE , R 2 and PBIAS were select ed for the evaluatioUi It is found that the Unai values of the 9 nynoUuWal parameters are all in a rexsoca- bio ranyo , and the three statistical indices are in the optimal ranyo duriny caddratioc and yWficatico po- Ood in the monthly and dily ouoO simullou. The simulatioc value of the model is well fitted with themeasured value , indicadny that this model can Uo used Uo suUsedued- research and ipUcliou. The re sults show that the CMADS and SWAT model is applicable to the repoOuctioc of the nynoUuWal processof Manas River Basin. The meteorological data provided Uy CMADS is of couPnuous time , with detailedtypo classificaUou and high spatial osoUPou , which is UwWiWW to the cocsOpctioc of nynoUuWal mod- Ws with higher gcchracy in areas iachiny hismecai meteorological dip.Key worCo : onoff ; nynolouWyl process ; nyno0oWyl model ; SWAT ； CMADS; aOd area; Manas RiverBnnd收稿日期：2020- 07-08 ；修回日期：2020-10- 30基金项目：国家自然科学基金-新疆联合基金重点项目(U003244)；新疆维吾尔自治区2020年自治区研究生科研创新项目(XJ2020G119)；兵团重大科技项目(209AA002)；兵团中青年科技创新领军人才项目(209CB023)作者简介:谷新晨(1926-),男，河南信阳人，硕士研究生，主要从事干旱区水文水资源研究。
基于SWAT模型的绍兴市非点源氮关键源区识别
基于SWAT模型的绍兴市非点源氮关键源区识别刘珮勋;付佳伟;皮家骏;刘成林【摘要】To solve the quantitative problem of large-scale urban non-point source pollution,taking Shaoxing city as an example,the urban non-point source problem is converted to watershed non-point source problem by using SWAT model and watershed edge determined method.The model is calibrated and validated by using observed data from January to December in 2011.The results show that the average relative error of the NH4+-N and TN are all less than 30％.It is suggested the calibrated model can be applied in modeling non-point source pollution of study area.Based on the precipitation during 1992-2011,the temporal-spatial distribution of urban non-point source in Shaoxing City is analyzed by using Geography Statistic Method and the critical source areas are identified.The study results are helpful to reduce and control the urban non-point source pollution in Shaoxing city.%为解决大尺度城市非点源污染的定量难题,引入SWAT分布式水文模型,借助流域边界确定法,将绍兴市的非点源污染问题转化为流域非点源污染问题,并利用2011年月水质监测数据,对模型的参数进行了率定,氨氮和总氮在校准期与验证期的相对误差均低于30％,说明建立的SWAT模型满足研究区非点源污染的定量精度.以1992年～2011年降水为驱动,对流域尺度的非点源进行了分布式模拟,利用地统计学分析方法(Geography StatisticMethod,GSM)分析了绍兴市非点源氮的时空分布特征,识别出了非点源氮污染关键源区,为绍兴市非点源污染的削减与控制提供依据.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2018(044)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】城市非点源污染;非点源氮;关键源区;SWAT模型;绍兴市【作者】刘珮勋;付佳伟;皮家骏;刘成林【作者单位】江西省水利科学研究院,江西南昌330029;江西省水利科学研究院,江西南昌330029;南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031;南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】X524(255)0 引言随着城市点源污染的削减和城市化进程的加快，城市非点源污染逐渐成为城市水环境保护面临的首要问题[1]。
SWAT模型培训 综合1--7
非饱和水分运动：
1907 年， Burkingham引进毛管势概念，即土壤水基质势概念， 建立非饱和水分运动的理论基础；
1931 年，Richards 建立控制非饱和土壤水的等温输送的基本方程， 提出一种量测土壤水基质势的方法，并且研究了土壤水运动的滞后 现象。 饱和地下水分运动： 1935年C.V.Theis（泰斯）提出了地下水向承压水井运动的非稳定 流公式，开创了现代地下水运动理论的新纪元； 河川径流：1907 年， Hoyt 发表了流速仪测流的经典专著，总结了用 流速仪测流的实践经验。 降雨产流： 1933年，Horton提出降雨产流的入渗理论，开始了对陆面通量的从 经验向推理的过渡； 1932年，Sherman提出流域响应的单位线方法。 两者结合形成完整的流域水文推理和计算体系，开创了流域水文的 定量途径。
进入20世纪初水文学科开始快速发展
40年代以前：水文要素实验和理论研究
入渗：1911年, Green-Ampt 建立了饱和入渗理论公式，至今应用 仍然很广泛； 蒸发：1926年, Bowen提出第一个理论公式，其中将蒸发通量的潜 热和能量通量的感热通过一个比值联系起来，这就是著名的波温比。 这是脱离经验公式的显著进步。
够考虑天气、土壤性质、地形、植被、人类土地管理的 综合作用，同时能够灵活处理各种复杂条件；
2. 适合于长时间尺度的水文循环和物质循环研究，而非短
时期水文预报；
3. 适合于宏观尺度的模拟；
SWAT简介
4. 不仅模拟水循环过程，还能以水循环为载体，研究水土 流失、营养物质输移、农药、病原菌等物质循环过程；
SWAT模型培训讲义
单位：中国水科院水资源所 讲解人： 陆垂裕
日期：2012-2-22
讲义提纲
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swat模型水量平衡方程
SWAT模型是一种常用的水文水资源模型，用于模拟流域的水量平衡。
水量平衡方程是SWAT模型的核心部分，用于描述流域内水的输入、输出和储存情况，从而对流域的水资源进行评估和管理。
水量平衡方程可以表示为：
P = Q + ET + ΔS
其中，P表示降水，Q表示径流，ET表示蒸发腾发，ΔS表示水体的储存变化。
降水是指流域内的降雨量，包括雨水和雪水。
降水是流域的主要水源之一，对于水量平衡的计算和流域水资源的评估具有重要意义。
降水的形式和强度会受到气象因素的影响，如气温、湿度和风速等。
在SWAT模型中，可以通过降雨观测数据或气象模型的输出来获得降水数据。
径流是指降水经过地表和地下径流途径流入河流或湖泊的过程。
地表径流是指降水直接流入河流、湖泊或蓄水池等地表水体的过程，地下径流是指降水通过渗透、入渗和地下水流等途径进入地下水系统并最终流入河流、湖泊或蓄水池等地下水体的过程。
径流的计算是水量平衡模型中的重要环节，可以通过SWAT模型中的子模块进行模拟和计算。
蒸发腾发是指水分从地表和植被蒸发和蒸腾的过程。
地表蒸发是指
水分从地表（如土壤和水体表面）转化为水蒸气并进入大气中的过程，蒸腾是指植被通过根系吸收土壤中的水分，并通过植物叶面传导到大气中的过程。
蒸发腾发受到多种因素的影响，如气象因素、土壤水分和植被类型等。
在SWAT模型中，可以通过气象数据和土壤水分数据来模拟和计算蒸发腾发过程。
水体的储存变化是指流域内水的储存量的变化，包括土壤水分、地下水和湖泊等。
水的储存变化受到降水、蒸发腾发和径流等因素的影响。
在SWAT模型中，可以通过水文过程模块来模拟和计算水体的储存变化。
通过水量平衡方程的计算，可以对流域的水资源进行评估和管理。
例如，可以通过模拟不同的降水情景、蒸发腾发情景和土地利用变化情景等，来评估流域的水资源供需状况，为流域的水资源管理提供科学依据。
此外，还可以通过模型的敏感性分析和不确定性分析，评估模型的可靠性和精度，并确定模型中各参数的重要性和影响程度。
SWAT模型的水量平衡方程是流域水资源模拟和评估的重要工具，可以帮助我们更好地理解和管理流域的水资源。
通过对降水、径流、蒸发腾发和水体储存变化等过程的模拟和计算，可以为流域的水资源管理和决策提供可靠的科学依据。
同时，还可以通过模型的灵活性和可调性，进行不同情景和方案的模拟和评估，为流域的可持续发展和水资源保护提供指导。