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SWAT(Soil and Water Assessment Tool)
模型概述

       SWAT是由Jeff Arnld博士为美国农业部(USDA)农业研究(ARS)开发的流域或流域一缩尺模型。SWAT的开发用来模拟土地管理实践对水、泥沙、不同的土壤背景下农用化学品量的巨大差异并进行长期预测,以及土地使用和管理情况的影响。该模型不但具有物理基础,而且具有高计算效率;它使用现成的设备并使用户能够研究土地管理带来的长期影响。SWAT是一种连续时间模型(如一个长期的产量模型),而不是设计来模拟详细、单事件洪水演算的模型。

模型介绍
1.模型特征
  • 流域的水文,泥沙和水质模型
  • 农药的传输过程的结果和迁移转化模拟
  • 河床侵蚀模拟
  • 农村和农业的管理措施,包括详细的农地种植、耕作、灌溉、施肥、放牧、采集手续
2.模型支持
  • 流域:         高度支持
  • 受纳水体:中度支持
  • 生态:         低度支持
  • 空气:         不支持
  • 地下水:     低度支持
3.模型功能

简介

       SWAT能把流域和次分流域区别开来。每个次分流域都是通过溪流进一步分成水文响应单位(HRU)。HRU 是一种独特的组合,在HRU水平上,对土壤和植被类型在次分流域、水文、植被生长上进行sWAr 模拟和管理措施。来自每个水文响应单位(HRU)的水、营养物质、沉积物以及其他污染物汇集到次分流域,然后按流域网络出口流出。

详细资料

       SWAT的关键环节和算法如下:

  • 气象方面:天气模拟或用户输入
  • 水文方面:林冠截留,径流(SCSCN)入渗(Green-Ampt),以及蒸发(Penman-Monteith, Priestley-Taylor, or Hargreaves)流动
  • 土地覆盖/植物生长方面:水和养分的吸收、作物和植物生长数据库
  • 侵蚀:MUSLE使用峰值径流率
  • 侵蚀:氮和磷循环
  • 农业措施:播种、耕作、灌溉、施肥、农药管理、放牧和采伐。SWAT还具有为许多农业地区有益的自动施肥和自动灌溉等的管理措施
  • 城市地区:SWAT污染物累积及径流冲刷与SWMM使用的方法类似
  • SWAT使用两种方法来模拟河网径流:多变的蓄水网格(水流连续性方程)和Muskingum的路径方法(楔板和棱镜存储)
  • 泥沙:河流输沙能力与水流流速相关。模型计算的最大输沙量比实际的最大含沙量小,泥沙发生淤积。如果实际的泥沙小于最大泥沙浓度,淤积的泥沙则会重新悬浮进入水中。
  • SWAT模拟河流内生物和营养化过程:包括藻类的生长、死亡、沉降和在水中的氧气、通风和光合作用、水温的变化等
  • 时间和空间的尺度:以天为单位,“流域”及其大小可灵活多变
  • SWAT模拟泥沙沉降和质量平衡、农药运输过程和结果(仅限于存储层),营养盐(氮和磷)沉降和湖泊叶绿素a在水库、池塘、湿地和洞穴中的生产(经验)过程
4.模型框架
  • 子流域和流域的水文响应单元
  • 简单的一维河流,以及充分混合的水库/湖泊模型
5.尺度
  • 空间尺度
    • 一维、单元或子流域
  • 时间尺度
    •  以天为单位
6.假设
  • SCSCN方法 (Green-Ampt途径,但要求对每个数据实施渗透)和MUSLE方法可以适用于模拟区域
  • 河流和水库的水体假设为一维
7.模型优点
  • 很强的物理机理
  • 很大的文档
  • 利用地理信息系统接口(BASINS)的设备
  • 详细的作物生长模型和数据库
  • 良好的土地管理模块和数据库
  • 适用于研究从小型到大型流域
8.模型缺点
  • 不能模拟时间小于一天的事件,如一个单一的风暴事件和水体环境中溶解氧的变化
  • 只能从点源输入来模拟保守的金属物质
  • 每次仅能模拟通过河网内的农药的一种途径
  • 不能指定适用肥料的实际区域
  • 假设一维充分混合的河流和水库
  • 一个大流域可分为数以百计的水文响应单元(HRU),从而需要数百个输入文件,难于管理且没有良好的修改界面
  • 目前的版本没有一个很好的后处理程序模型
9.应用历史

     该模型自90年代初已广泛应用于水文、面源污染和TMDL研究。详情请参阅参考文献清单。

10.模型评价

     许多研究论文对模型和模型的应用进行了评价(参见参考文献)

11.模型输入
  • 土地用途(MRLC及其他)
  • 土壤类型(STATSGO和其他)
  • 地形(30×30 米DEM或其他格式)
  • 子流域(手动或BASINS 3.0的自动划分工具)
  • 点源(PCS或其他数据库)
  • 气候数据(每天的气温、降水、太阳辐射、风速)
  • 作物和管理数据库
  • 美国地质勘探局流量数据(校准)
  • 长期的流域水质数据(模型校准用)
  • BASINS提供了大量的输入数据并为开发和运行SWAT模型进行预处理
12.用户指南
  • SWAT2000对所有的理论文献的数值模拟模型进行了审核
  • SWAT2000用户指南提供所有输入变量的定义
  • 网址:http://www.brc.tamus.edu/swat/swatdoc.html
13.硬件/软件要求
  • 计算机硬件
    • 个人电脑
  • 操作系统
    • PC-DOS, Microsoft Windows
  • 程序语言
    •  FORTRAN (模型) 和 ArcView Avenue (界面)
  • 运行时间估计
    • 低于一个小时
14.链接支持

      BASINS

15.相关系统

       SWAT是数个ARS模型的合并特征模型,并与SWRRB模型的出现有直接的联系( Simulator for Water Resources in Rural Basins)。对SWAT的发展作出了重要贡献的模型有CREAMS ( Chemicals, Runoff,and Erosion from Agricultural Management Systems)、GLEAMS ( Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems )以及EPIC4 ( Erosion-Productivity Impact Calculator )。

16.敏感性/不确定性/校准

      校准工具在BASINS 3.0的基本模型界面上进行校验和敏感性分析(27个关键参数)。

17.模型界面
  • 非GIS DOS界面(Util)
  • ArcView界面—AVSWAT
  • BASINS 3.0 ArcView GIS 界面(包括输入编辑和输出查看工具和简单的校准工具)
18.联系信息

19.下载信息