中科院-SWAT模型结构与软件

SWAT模型结构与软件,SWAT模型的用途,SWAT模型的结构,SWAT模型相关软件,1,2,3,SWAT模型结构与软件,主要内容,SWAT模型应用示例,4,1SWAT模型的用途,1.1模型作用概述,1.1.1模型的目标,SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）模型可用于预测土地管理措施对于具有多种土壤类型、土地利用和管理措施的大面积复杂流域中径流、泥沙负荷及营养物质流失的长期影响。,1.1.2从文献看模型作用,FromGassmanetal.,2007,1.1.3从输出变量看模型作用,1.2模型的发展与演变,SWAT模型是一个半分布式水文模型，以相对均质的水文响应单元（HRU）为模拟单元，能够模拟复杂流域中的径流、泥沙、氮-磷、杀虫剂等流出量及蒸散发量，还可输出日土壤水、土壤温度等时态变量，并能预测土地管理措施的影响。,简要概括，SWAT模型具有如下特点：（1）长时期连续模拟；（2）模拟产水、侵蚀产沙和非点源污染；（3）充分结合GIS，操作方便；（4）模型核心代码公开，扩展方便；（5）不断更新的软件及辅助工具；（6）活跃的、广大的科研团体。,1.3SWAT模型的特点,2.1模型核心部分理论构架,2SWAT模型的结构,2.2模型详细结构,不饱和带浅含水层,地表径流,基流,壤中流,蒸散发,深层损失,(修改自Bauwens,2006),下渗,根系层,深含水层,汇流,陆面水文模拟,水分的垂直向下运动,2.3模型的软件组成,SWAT程序包,SWAT操作界面,SWAT200X可执行程序,基于现有GIS软件（如ArcGIS、ArcView和MapWindow等）的二次开发，用于将地理、气象等数据准备为模型所需参数的格式。,利用准备好的模型参数，模拟每天的流域过程，输出模拟结果。,划分HRU,DEM,提取水系,划分子流域,HRU的空间离散分布,HRU参数,2.4模型对流域的空间剖分,2.5模型的文件组成,输入输出控制文件,运行控制流域参数,气象数据,模型自带数据库,子流域及HRU参数文件,输出文件,2.6模块调用流程,SWAT计算Subbasin内部水分运动的流程,3SWAT模型的相关软件,3.1SWAT模型的界面,SWAT操作界面,ArcView3.xAVSWAT200 xDiLuzio等(1998,2000,2002),ArcGISArcSWAT200 xOlivera等(2006),MapWindowMWSWATGeorge和Leon(2007),3.2SWAT模型的核心代码,3.3SWAT模型的辅助工具,SWAT辅助工具,基流分割bflow.exeArnold等(1995),自动参数率定SWAT-CUPAbbaspour(2007),参数管理SWATeditor,结果可视化VizSWAT,气候统计pcpSTAT.exe,4SWAT模型应用示例,4.1例子概述,界面平台：ArcGIS9.2withSP6SWAT版本：ArcSWAT2.1.6参数自动率定软件：SWAT-CUP,目的：利用SWAT模型进行径流模拟,4.2软件安装,软件下载与安装,SWAT-CUP：http:/www.eawag.ch/forschung/siam/software/swat/index,ArcSWAT：/,安装ArcGIS9.2以及相应补丁,4.3输入数据收集,土壤类型图及土壤属性表,植被图,流域DEM,日降水、最高最低气温、太阳辐射、风速、空气相对湿度等气象数据，和气候统计数据,观测径流,管理措施、水库、湿地等具体信息,4.4数据整理,土壤属性表按格式导入模型数据库的usersoil表中，同时制作土壤类型检索表,植被类型采用SWAT的编码，制作植被类型检索表,气象数据格式整理,气候统计数据按格式导入模型数据库的userwgn表中，制作气象站检索表,4.5模型参数提取,4.5模型参数提取,4.5模型参数提取,子流域文件,HRU参数文件,4.6模拟结果,初始参数模拟结果,与实测值相比：峰值太高；基流略低。,控制多级汇流面积的河道结点,4.7模拟结果的提取,查看模拟结果output.rch,4.7参数率定（Calibration）,由于输入数据存在着不确定性，因此需要将输入数据的范围限定在合理范围内，对参数进行率定(Arnold和Allen,1996;王中根等,2007)。模型的参数率定过程，一般是指通过让参数取值适合当前流域具体情况，使模型的模拟输出值与实际观测值之间达到最小的误差。该过程通常是进行水文模拟时所需经历的重要环节。参数率定可以根据经验知识手工进行，也可基于一定的数学方法通过计算机自动进行。,4.7参数率定,备调参数初步筛选,4.7参数率定,参数敏感性分析,Sensitivityanalysisstudiesthe“sensitivity”oftheoutputofasystemtochangesintheparameters,inputvariablesorinitialconditions,4.7参数率定,参数敏感性分析,4.7参数率定,通过参数敏感性分析，选择敏感参数,D*为模型默认参数值，随HRU不同而不同。,4.7参数率定,采用所需的目标方程（总径流量、径流序列吻合度等），对模型参数进行自动率定,4.8验证（Validation）,验证模型对“独立”数据的模拟结果是否准确，通过模型建立的输入-输出关系是否经得起考验。,目的：,用独立于模型验证时段的气象数据驱动模型，比较模拟结果和观测值的吻合程度。,方法：,其它,模拟结果文件介绍ArcViewSW