swat模型參數(shù)及運(yùn)行過程

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1、第1章SWAT模型1.1SWAT模型參數(shù)1.1.1DEM數(shù)據(jù)DEM大部分是比較光滑的地形表面模型，但是由于誤差及某些特殊地形的存在，造成DEM表面會(huì)有一些凹陷的地區(qū)存在，導(dǎo)致得到精度不高的水流方向結(jié)果，使得原始DEM數(shù)據(jù)不能滿足研究的需要。因此，在進(jìn)行絕大多數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)之前，都會(huì)將原始DEM數(shù)據(jù)通過ArcGIS軟件的水文分析模型進(jìn)行洼地填充，最終得到滿足研究需求的無洼地DEM數(shù)據(jù)。1.1.2土地利用數(shù)據(jù)通過對(duì)洱海流域高分辨遙感影像監(jiān)督分類取得研究區(qū)的土地利用空間分布圖后，首先查看分布圖的投影坐標(biāo)體系，如果與研究

2、中設(shè)定的不相同，則需要利用ArcToolbox的投影模塊Projections對(duì)其進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換；第二步需要建立圖中分類編碼與模型中土地分類編碼之間的聯(lián)系，以供模型模擬使用。1.1.3氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)主要包括流域的氣溫?cái)?shù)據(jù)（日平均、最高和最低）、太陽輻射、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水?dāng)?shù)據(jù)（包括降雨強(qiáng)度、月均降雨量、月均降雨量標(biāo)準(zhǔn)偏差、降雨的偏度系數(shù)、月內(nèi)干日數(shù)、月內(nèi)濕日數(shù)、平均降雨天數(shù)等參數(shù)）。在數(shù)據(jù)類型上，這些數(shù)據(jù)可以是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也可以通過SWAT模型的天氣發(fā)生器模擬生成，或者是統(tǒng)計(jì)和模擬數(shù)據(jù)的結(jié)合；在數(shù)據(jù)格式上，這

3、些氣象數(shù)據(jù)需要以DBF格式保存在ArcGIS自帶的屬性數(shù)據(jù)庫中；在時(shí)間尺度上，模型的模擬時(shí)間步長可以為年、月、日。1.1.4土壤數(shù)據(jù)SWAT模型需要將各類土壤的水文、水傳導(dǎo)屬性作為輸入值,并將其分為按土壤類型和按土壤層輸入的兩類參數(shù)。按土壤類型輸入的參數(shù)包括：(1)每類土壤所屬的水文單元組；(2)植被根系最大深度；(3)土壤表面到最底層深度；(4)土壤空隙比等。按土壤層分層輸入的數(shù)據(jù)有；(5)土壤表面到各土壤層深度；(6)土壤容重；(7)有效田間持水量；(8)飽和導(dǎo)水率；(9)每層土壤中的粘粒、粉沙、沙粒、礫

4、石含量；(10)USLE方程中的土壤可蝕性K；(11)田間土壤反照率；(12)土壤電導(dǎo)率。土壤物理屬性數(shù)據(jù)按獲取方式的不同可分為以下四類:(l)通過查閱土壤志獲得數(shù)據(jù):土壤名稱、土壤層數(shù)、根系深度和表層到底層土壤深度根據(jù)《土壤志》直接獲得。(2)實(shí)測數(shù)據(jù)和通過實(shí)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到:粘土、壤土、砂土和礫石采用的是采樣后實(shí)測的土壤數(shù)據(jù)，有機(jī)碳含量是由實(shí)測的有機(jī)質(zhì)含量轉(zhuǎn)化得到。(3)通過計(jì)算得到的數(shù)據(jù)。土壤容重、有效水容量和飽和傳導(dǎo)系數(shù)使用SPAW軟件計(jì)算得到，水文單元組、地表反射率、土壤侵蝕因子由已知數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算

5、得到。(4)使用SWAT模型的默認(rèn)值:陰離子交換孔隙度、土壤最大可壓縮量、電導(dǎo)率使用SWAT模型的默認(rèn)值。土壤的化學(xué)屬性，包括土壤每層的全磷、全氮、速效磷含量，是通過野外采樣，實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)得到的實(shí)測數(shù)據(jù)。1、土壤粒徑數(shù)據(jù)土壤粒徑數(shù)據(jù)是SWAT模型中重要的輸入?yún)?shù)，對(duì)模擬結(jié)果的精度有重要的影響作用。SWAT模型中采用的土壤粒徑標(biāo)準(zhǔn)為美國制標(biāo)準(zhǔn)，而中國的土壤質(zhì)地采用的是卡欽斯基制和國際制標(biāo)準(zhǔn)，因此國內(nèi)數(shù)據(jù)無法在SWAT模型中直接使用，使用時(shí)需要將其轉(zhuǎn)化為美國制標(biāo)準(zhǔn)。粒徑轉(zhuǎn)換的方法主要包括:一次樣條插值，二次樣條插值

6、，三次樣條插值，線性插值、spline內(nèi)插方法等。國際制、卡欽斯基制和美國制標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別如下表所示。表1土壤顆粒標(biāo)準(zhǔn)國際制（mm）卡欽斯基制（mm）美國制（mm）＞2礫石礫>1＞2礫石0.2-2粗沙土砂0.05-10.05-2沙土0.02-0.2細(xì)沙土粗粉砂0.01-0.050.002-0.05粉土0.002-0.02粉土中粉砂0.005-0.01＜0.002粘土＜0.002粘土細(xì)粉砂0.001-0.005粘粒<0.0012、SPAW軟件計(jì)算部分參數(shù)通過美國華盛頓州立大學(xué)開發(fā)的土壤水特性軟件SPAW軟件中的So

7、il-Water-Characteristics(SWCT)模塊，并根據(jù)粘土(Clay)、砂(Sand)、有機(jī)物(OrganicMatter)、鹽度(Salinity)、砂礫(Gravel)等參數(shù)計(jì)算出:(1)凋萎系數(shù)；(2)田間持水量；(3)飽和度；(4)土壤容重；(5)飽和導(dǎo)水率等5個(gè)變量。由變量(1)和(2)可以計(jì)算逐層的有效田間持水量(SOL_AWC)，其計(jì)算公式為:SOL_AWC=FC-WP，其中FC為田間持水量，WP為凋萎系數(shù)。3、土壤有機(jī)碳參數(shù)將土壤有機(jī)質(zhì)的含量乘以0.58可以求得土壤中有機(jī)碳的

8、含量。4、土壤水文組在SWAT模型中采用SCS徑流曲線數(shù)模型對(duì)徑流進(jìn)行模擬研究，而水文土壤組則是這個(gè)模型的重要參數(shù)之一。美國自然環(huán)保署(NaturalResourceConservationService)根據(jù)土壤入滲率特征，將具有相似徑流能力的土壤分為四個(gè)土壤水文組(A，B，C和D)，該組具有相同的降水和地表特征。土壤的水文分組定義如表2所示：表2土壤水文分組土壤類型最小下滲率（mm/h）滲透率土