SWAT模型研究进展

  • 格式:docx
  • 大小:9.48 KB
  • 文档页数:2

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
的结果表明模型对黑河高海拔山区流域多水源的水文过程、 融雪径流和地下径流 参
数的选择、浅水层回归因子、 海拔高度带的划分等对该流域地下径流和融雪径 流精
度影响很大。陈军锋 ,陈秀万用 SWAT 模型对长江上游梭磨河流域进行水量 平衡研
究 ,揭示了梭磨河流域的气候波动和土地覆被变化对流域径流的影响 ,表明
20 世纪 60~90 年代 ,梭磨河流域的径流变化中 ,由土地覆被变化引起的约占 1/5

随后 ,陈军锋等模拟了梭磨河流域 4 种不同土地覆被情景下的多年降水径流蒸发 关
系 ,定量评估了土地覆被变化对径流、蒸发和洪峰流量的影响 ,表明随着土地覆
被状况由无植被到有林地覆被 ,径流深减小 ,蒸发量增加 ,枯季径流深减小幅度明
显小于雨季的减小幅度 ,而且雨季初期径流深减小的幅度大于雨季后期。张蕾娜 等
以白河上游的云州水库流域为例 ,研究了 1980 年土地利用状况下的流量过程 说明
应用模型对土地利用空间变化的水文响应分析可行。
在验证模型适用性的同时, 国内学者还根据我国自然条件和资料特点对模型 进
行了改进以提高其模拟精度。其中,为克服 SWAT 地下水模块的弱势,应用 SWAT 和
地下水模型 GAM 对华北平原地下水系统进行了联合模拟调参;考虑到 黄河流域干
旱,修改了叶面积指数曲线和地下水蒸发的计算, 改进了模型的植物、 土壤水和地
下水模块;为研究西南岩溶流域表层岩溶带和岩溶浅层水的调蓄功 能,改进了产流
模块;针对模型在黑河流域和汉江流域水文模拟中存在的问题, 增加了土壤粒径转
换模块和天气发生器 (WGEN)数据预处理模块,改进了模型 的 WGEN 算法、潜在蒸
散量模拟算法以及气象参数的空间离散方法。另外,在 高海拔地区,由于空间差异
大,气象站资料空间插值后代表性较差。为此,需对 气温和降水资料做 高 度校
正 , 譬如带 有高度校正 的梯度 距离倒数加 权法
(GIDW)。针对青藏高原特殊下垫面,刘昌明等加入流域高程带划分、气温递 减率
和降水递减率等参数,以改进高原控制融雪的水文和大气过程。