SWAT使用手册中文翻译.docx
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SWAT使用手册中文翻译
SoilandWaterAssessmentToolUser’sManualVersion2000
S.L.Neitsch,J.G.Arnold,J.R.Kiniry,R.Srinivasan,J.R.Williams,2002
Chapter1overview
1.1流域结构WATERSHEDCONFIGURATION
✧子流域
-无数量限制的HRUs(每个子流域至少有1个)
-一个水塘(可选)
-一块湿地(可选)
✧支流/干流段(每个子流域一个)
✧干流河网滞留水(围坝拦截部分)(可选)
✧点源(可选)
1.1.1子流域(subbasins)
子流域是流域划分的第一级水平,其在流域拥有地理位置并且在空间上与其他子流域相连接。
1.1.2水文响应单元(HRU)
HRUs是子流域拥有特定土地利用/管理/土壤属性的部分,其为离散于整个子流域同一土地利用/管理/土壤属性的集合,且假定不同HRU相互之间没有干扰。
HRUs的优势在于其能提高子流域负荷预测的精度。
一般情况下,一个子流域每会有1-10个HRUs。
为了能在一个数据集组合更多的多样化信息,一般要求生成多个具有合适数量HRUs的子流域而不是少量拥有大量HRUs的子流域。
1.1.3主河道(Reach/MainChannels)
水流路线、沉积物和其他经过河段的物质在theoreticaldocumentationsection7中有描述。
1.1.4支流(TributaryChannels)
辅助性水流渠道用来区分子流域产生的地表径流输入的渠系化水流。
附属水道的输入用来计算子流域径流产生到汇集的时间以及径流汇集到主河道的输移损失。
辅助性水道输入定义了子流域最长达水流路经。
对某些子流域而言,主河道可能是最长的水流路经,如果这样,辅助性水流渠道的长度就和主河道一样。
在其他子流域,辅助性河道的长度和主河道是不同的。
1.1.5池塘、湿地和水库(Ponds/Wetlands/Reservoirs)
两类水体(池塘/湿地)在每个子流域都会有定义。
进入这些滞留水体的水在子流域生成——它们不接收其他子流域产生的水。
与此相反,水库接收的水包括了所有上流子流域进入河网的水。
SWAT直接模拟了来自流域土地面积的水量、沉积物和营养物质的负荷。
但是有些流域的负荷与土地面积无关,直接来自点源,SWAT允许用户增加进入主河网的点源每日和平均每日负荷。
1.2输入文件汇总OVERVIEWOFINPUTFILES
SWAT输入文件:
.fig
(watershedlevelfile)
流域结构文件。
该必须文件定义了流域的路经网络。
File.cio
(watershedlevelfile)
控制输入/输出文件。
该必须文件包括了所有流域水平和子流域水平的变量输入文件的名称。
.cod
(watershedlevelfile)
输入控制代码文件。
该必须文件指定了模拟长度、输出频率和不同过程的选项。
.bsn
(watershedlevelfile)
流域输入文件。
流域水平参数必须文件。
捕获所有文件。
.pcp
(watershedlevelfile)
降雨输入文件。
该可选文件包括了每个雨量站实测每日降雨。
每个模拟中最多可以用18个降雨文件,每个文件最多可以包含300雨量站。
每个特定雨量站的数据被分配到子流域文件.cio中。
.tmp
(watershedlevelfile)
温度输入文件。
该可选文件包含了每个气象站每日实测最高、最低气温。
每个模拟中最多可以用18个温度文件,每个文件最多可以包含150个气象站。
每个特定气象站的数据被分配到子流域文件.cio中。
.slr
(watershedlevelfile)
太阳辐射输入文件。
该可选文件包含了每个站的实测日太阳辐射。
该太阳辐射文件最多可以保存300个站的数据。
每个特定气象站的数据被分配到子流域文件.cio中。
.wnd
(watershedlevelfile)
风速输入文件。
该可选文件包含了每个站实测的每日平均风速。
该风速文件最多可以保存300个站的数据。
每个特定站的数据被分配到子流域文件.cio中。
.hmd
(watershedlevelfile)
相对湿度输入文件。
该可选文件包含了每个站的实测相对湿度值。
该相对湿度文件最多可以保存300个站的数据。
每个特定气象站的数据被分配到子流域文件.cio中。
.pet
(watershedlevelfile)
潜在蒸散发输入文件。
该可选文件包含了流域每日PET值。
crop.dat
(watershedlevelfile)
土地覆盖/作物生长数据库文件。
该必须文件包含了流域所有被模拟的土地覆盖的作物生长参数。
till.dat
(watershedlevelfile)
耕作数据库文件。
该必须文件包含了流域由模拟耕作操所引起的混合数量和深度信息。
pest.dat
(watershedlevelfile)
杀虫剂数据库文件。
该必须文件包含了流域所有用于模拟的杀虫剂的迁移率和降解信息。
fert.dat
(watershedlevelfile)
肥料数据库文件。
该必须文件包含了流域所有用于模拟化肥和有机肥的养分含量的信息。
urban.dat
(watershedlevelfile)
城市数据库文件。
该必须文件包含了流域用于模拟的城市围的建立/冲毁的固体的信息。
.sub
(subbasinlevelfile)
子流域输入文件。
为子流域水平参数的必须文件。
.wgn
(subbasinlevelfile)
天气发生器输入文件。
该必须文件包含了生成子流域典型每日天气数据所必须的统计数据。
.pnd
(subbasinlevelfile)
池塘/湿地输入文件。
该可选文件包含了子流域滞留水的信息。
.wus
(subbasinlevelfile)
水资源利用输入文件。
该可选文件包含了子流域消耗水的信息。
.rte
(subbasinlevelfile)
主河道输入文件。
该必须文件包含了管理水和沉积物在子流域主河道运动的参数。
.wwq
(subbasinlevelfile)
流域水质输入文件。
该可选文件包含了用于主河道模拟QUAL2E迁移的参数。
.swq
(subbasinlevelfile)
河流水质输入文件。
该可选文件包含了用于模拟子流域主河道杀虫剂和QUAL2E养分迁移的参数。
.hru
(HRUlevelfile)
HRU输入文件。
HRU水平参数的必须文件。
捕获所有文件。
.mgt
(HRUlevelfile)
管理输入文件。
该必须文件包含了用于HRU模拟的管理情景和特定土壤覆盖。
.sol
(HRUlevelfile)
土壤输入文件。
该必须文件包含了HRU土壤物理特征的信息。
.chm
(HRUlevelfile)
土壤化学输入文件。
该可选文件包含了HRU土壤中初始营养物质和杀虫剂水平的信息。
.gw
(HRUlevelfile)
地下水输入文件。
该必须文件包含了子流域浅层和深层蓄水层的信息。
因为浅层蓄水层的土地覆盖的不同,该文件的信息在HRU水平允许变化。
.res
(reservoirfile)
水库输入文件。
该可选文件包含了用于模拟水和沉积物经过水库运动的参数。
.lwq
(reservoirfile)
湖泊水质输入文件。
该可选文件包含了用于模拟水和沉积物经过水库运动的参数。
recday.dat
recmon.dat
recyear.dat
reccnst.dat
(pointsourcefile)
点源输入文件。
该类可选文件包含了输入河网的点源负荷的信息。
用来存储的数据的文件类型取决于数据的形式(daily,monthly,yearly,oraverageannual)。
第二章SWAT输入文件-配置文件WATERSHEDCONFIGURATION
2.1流域离散技术DISCRETIZATIONSCHEMES
常用的流域离散技术有三种:
✧Gridcell.该结构允许用户将特定的空间细节连接到一个模拟中。
用该技术的模型有AGNPS(Youngetal.,1987),ANSWERS(Beasleyetal.,1980)和WEPP栅格版本(Foster,1987)。
✧Representativehillslope.该结构对模拟山岭坡度很有用。
该技术用于APEX(Williamsetal.,1998)和WEPPhillslopeversion(LaneandNearing,1989)。
✧Subwatershed.该结构保存了流域天然河道和水流路经。
该技术用于WEPP流域版本(Foster,1987),HYMO(WilliamsandHann,1973),和SWRRB(Arnoldetal.,1990)。
以上方法各有优缺点,SWAT采用了subwatershed结构作为优先离散法。
但是,因为SWAT中的命令传送语言,以上三种方法都可以用老模拟一个流域,无论单独使用还是联合使用。
2.2流域控制文件(.FIG)
加1页空白(附表1)
2.2.2.5TransferCommand(4)
SWAT转移命令允许水从一个水体转移到另一水体,比如灌溉。
command
4
dep_type
水源:
1-河道,2-水库
dep_num
水源编号
dest_type
接受水体:
1-河道,2-水库
dest_num
接受水体编号
trans_amt
转移总量
trans_code
转移量定义方式:
1-转移百分比,2-每日最小转移量(m3/day),3-每日转移量(m3/day)
2.2.2.6AddCommand(5)
Add命令是将前两个子流域的水、泥沙和化学负荷进行汇总。
2.2.2.7RechourCommand(6)
从文件(点源或上游区域)按小时读取流量、泥沙和化学负荷的路径
command
6=rechourcommand
hyd_stor
输出位置
filehr_num
文件编号
drainage_area
灌溉区域(km2)
file_hr
输入文件名。
见Chapter31
2.2.2.8RecmomCommand(7)
2.2.2.9RecyearCommand(8)
command
9=savecommand
hyd_num
水文储存位置编号
filesave_num
文件编号
print_freq
打印频率。
0-按日平均,1-按小时平均
print_fmt
打印格式:
0-代码格式,1-界面格式
file_mass
输出文件名
2.2.2.10SaveCommand(9)
Save命令允许用户将日数据输出到指定的文件。
这个文件可以被SWAT的另一次运行读取(recdaycommad)
2.2.2.13Structurecommand(12)
模拟水流经大坝等水利建筑时通过翻滚进入水中的氧气。
command
12=structurecommand
hyd_stor
输出位置
hyd_num
输出编号
aeration_coff
曝气系数
第三章SWAT输入文件-流域控制文件(FILE.CIO)
流域控制文件(file.cio)
NBYR
模拟时长(年)。
如果有预测阶段,则需要加上预测时长
IYR
模拟开始时间(yyyy)
IDAF
模拟开始时间(d)
IDAL
模拟结束时间(d)
IGEN
随机数循环代码。
SWAT的天气发生器需要一系列随机数,若使用代码中的默认随机数,IGN=0.有些情况下,用户希望改变天气顺序,可以通过改变IGN来实现。
IGN的设置决定了模拟开始之前随机数发生器的运行次数。
当气象数据不由缺失时,这个参数会影响天气发生器对气象数据的补充。
PCPSIM
降雨输入代码。
1-实测,2-模拟
IDT
降雨数据时间尺度
IDIST
降雨分布代码。
用于生成日降雨值。
0-非正态分布,1-混合指数分布
REXP
IDIST=1时的指数值。
默认值为1.3
NRGAGE
模拟用到的雨量站文件数
NRTOT
模拟用到的雨量站记录数
NRGFIL
每个雨量站文件中的雨量站记录数
TMPSIM
气温输入代码。
1-实测,2-模拟
NTGAGE
模拟用到的气温站文件数
NTTOT
模拟用到的气温站记录数
NTGFIL
每个气温站文件中的雨量站记录数
SLRSIM
NSTOT
RHSIM
NHTOT
WINDSIM
NWTOT
FCSTYR
预测期开始时间(YYYY)
FCSTDAY
预测期开始时间(D)
FCSTCYCLES
预产期模拟次数
ISPROJ
特殊项目标记。
0-不是特殊项目,1-重复模拟
ICLB
自动方法标记。
不确定性分析等
CALFILE
不确定性分析文件名
IPRINT
输出代码。
0-月,1-日,2-年
NYSKIP
不用输出的模拟年
ILOG
流量输出代码。
0-直接输出,1-对数输出
IPRP
杀虫剂数据output.pst输出代码。
0-不输出,1-输出
IPRS
土壤化学数据output.chm输出代码。
0-不输出,1-输出到
IPDVAR(:
)
第四章SWAT输入文件-流域输入文件(.BSN)
流域输入文件中定义了流域的主要特征。
这些特征控制着流域水平的物理过程的变化。
除了流域的面积,其他该文件中的参数都可以设成缺省值或使用变量文件中的推荐值。
如果流域细菌和杀虫剂过程需要模拟的话,则要对控制这些过程的变量进行初始化。
变量名
定义
1水量平衡
TITLE
文件的第一行用于存放用户注解。
注解可以有80个空格的位置。
模型不会对标题行进行任何处理,该行可以为空。
DA_KM
流域面积(km2)
SFTMP
降雪温度(℃)。
降水转变为雪/冻雨的平均气温。
取值围-5℃-5℃,缺省值1℃
SMTMP
融雪基础温度(℃)。
雪只有在达到融雪基础温度时才融化,取值围-5℃-5℃,缺省值0.5℃
SMFMX
6月21日的融雪因子(mmH2O/℃-day)。
如果流域位于北半球,SMFMX就是最大融雪因子。
如果流域位于南半球,SMFMX就是最小融雪因子。
SMFMX和SMFMN允许融雪速率在一年变化,该变量根据雪堆的密度影响融雪。
在乡村,融雪因子的变化围1.4-6.9mmH2O/℃-day(HuberandDickinson,1988)。
在市区,融雪的限值要高一点,因为城市中的雪由于交通工具和行人等的踩压而使密度变大。
瑞典市区融雪的研究(Bengston,1981,Westerstrom,1981)发现市区的融雪因子变化围3.0-8.0mmH2O/℃-day,沥青上的融雪研究(Westerstrom,1984)标明融雪因子为1.7-6.5mmH2O/℃-day。
缺省值为4.5。
SMFMN
12月21日的融雪因子(mmH2O/℃-day)。
如果流域位于北半球,SMFMN就是最小融雪因子。
如果流域位于南半球,SMFMN就是最大融雪因子。
SMFMX和SMFMN允许融雪速率在一年变化,该变量根据雪堆的密度影响融雪。
在乡村,融雪因子的变化围1.4-6.9mmH2O/℃-day(HuberandDickinson,1988)。
在市区,融雪的限值要高一点,因为城市中的雪由于交通工具和行人等的踩压而使密度变大。
瑞典市区融雪的研究(Bengston,1981,Westerstrom,1981)发现市区的融雪因子变化围3.0-8.0mmH2O/℃-day,沥青上的融雪研究(Westerstrom,1984)标明融雪因子为1.7-6.5mmH2O/℃-day。
缺省值为4.5。
TIMP
雪堆温度迟滞因子。
前一天雪堆的温度对当下雪堆温度的影响由迟滞因子控制,lsno。
该迟滞因子是雪堆密度、深度、暴露度和其他影响因子共同作用下所固有的。
TIMP变化围0.01-1.0。
当其为1时,当前的平均气温对雪堆温度的影响就会变大,且雪堆温度的影响就会变小。
当TIMP趋向0时,雪堆的温度受前一天温度的影响变小。
缺省值为TIMP=1.0。
IPET
潜在蒸散发(PET)方法。
0-Priestley-Taylormethod,1-Penman/Monteithmethod,2-Hargreavesmethod,3-readinpotentialETvalues。
不同方法的比较在Chapter2:
2ofthetheoreticaldocumentation.
PETFILE
潜在蒸散发输入文件名
ESCO
土壤蒸发补偿因子。
该系数已经被整合,允许用户修改分布深度,通过毛管、裂缝等的作用以满足土壤蒸发的需要。
取值围0.01-1.0。
该值越小,模型得到的最大蒸发量就越大。
缺省值为0.95,可以是流域水平也可以是hru水平(.hru中的ESCO)。
EPCO
作物消耗补偿因子。
某一天中作物消耗的水量是作物蒸发蓄水总量Et,和土壤可用水量SW的函数,如果上层土壤的含水量不能满足潜在水分消耗,用户可以允许下层土壤进行补偿。
该参数取值围0.01-1.00,当该参数为1.00时,模型允许底层土壤满足用水需求,当该参数为0时,允许取水深度变小。
缺省值为1,可以是流域水平也可以是hru水平(.hru中的ESCO)。
EVLAI
水面无蒸发发生时的叶面积指数。
EVLAI用于持水区中有作物生长的HRU(如水稻)。
只有当叶面指数达到EVLAI确定的值后才会发生水面蒸发。
(详细信息见TheoreticalDocumentationChapter27),取值围0.0-10.0,缺省值3.0。
FFCB
土壤初始贮水量,表示成土壤贮水能力的比例。
流域所有的土壤都被设成统一的比例值。
FFCB取值围0.0-1.0,如果该变量没有赋值,模型根据年均降雨量进行计算。
当FFCB=0.0是,模型就算计算FFCB值。
2地表径流
IEVENT
降雨/地表径流代码。
0-CN,1-Green&Amptinfiltration,2-Green&Amptinfiltration
ICN
日CN计算方法。
0-根据土壤湿度,1-根据植物蒸散发
CNCOEF
植物蒸散发径流曲线数。
0.5-2,缺省值为1
ICRK
裂缝流系数。
0-不模拟,1-模拟。
只有当土壤为变形土时才使用
SURLAG
地表径流延滞系数(surfacerunofflagcoefficient)。
在大的子流域中,只有部分径流能在产生当天到进入河流,其余部分汇集后进入河流的时间超过1天。
SWAT把地表径流储存特征和部分地表径流进入主河道的延滞结合在一起。
SURLAG控制着任何一天允许进入河流的水量占所有可用总水量的比例。
对于给定的时间,如果surlag减小,存贮的水减少,进入河道的水增加。
如果SURLAG没有输入数值,模型将其设成4.0。
ISED_DET
日最大半小时雨量代码。
0-通过三角分布生成,1-用月最大半小时雨量。
对于较小的研究区,不能用前者。
ADJ_PKR
最大流量校正因子(用于泥沙生成)泥沙是最大径流和日平均径流的函数。
SWAT最初不能利用日以下的降雨数据直接计算日以下的水文曲线。
这个参数用在MUSLE方程中,影响最小水文单元的泥沙侵蚀。
缺省值是1.0。
3营养循环
RCN
指降雨中N的浓度(mgN/L),如果没有数值输入,模型自动将其设为1.0。
CDN
反硝化系数。
该系数允许用户控制反硝化率。
0.0-3.0,缺省值为1.4.
SDNCO
土壤含水量的反硝化临界值。
反硝化是细菌降解氮,将NO3-变为N2或N2O。
SWAT不能描述土壤中的氧化还原剂,所以用这个参数表示厌氧条件。
如果土壤含水量高于这个参数值,那么假设属于厌氧条件,并模拟反硝化。
缺省值为1.10.
N_UPDIS
植物吸收氮的分布参数。
在地表根的分布最为密集,在该部分土壤中植物对氮的吸收也大于低层土壤。
氮吸收分布参数控制了氮吸收的深度分布,其重要性体现在控制了上层土壤中被移走的氮的最大值。
该参数越大,移走上层土壤的氮越多。
土壤剖面顶层10mm土壤受地表径流的影响,会影响地表径流带走的氮量。
模型允许氮从根层下部向上部输送以充分补偿上层的氮亏缺,因此,氮的变化不会对该参数产生显著的影响。
UBN的缺省值为20.0。
P_UPDIS
植物吸收磷的分布参数。
该参数控制植物在不同水平层吸收的磷,其意义和UBN相似。
土壤中移除的磷来自溶解态磷库,其重要性体现在控制了上层土壤中被移走的可容态磷的最大值。
土壤剖面顶层10mm土壤受地表径流的影响,会影响地表径流带走的磷的量。
模型允许磷从根层下部向上部输送以充分补偿上层的氮亏缺,因此,磷的变化不会对值产生显著的影响。
UBP的缺省值为20.0。
(pic.4-9)
NPERCO
硝态氮渗滤系数。
该参数控制着径流硝态氮浓度和渗漏液中硝态氮浓度之间的关系。
变化围0.01-1.0,当NPERCO趋向于0,径流中硝态氮的浓度接近0。
当NPERCO趋向于1.0,径流中硝态氮的浓度和滤液中的一样。
缺省为0.20。
PPERCO
磷淋失系数(10m3/Mg)。
该系数是土壤表层10mm中溶解态磷的浓度和淋溶液中磷浓度比率。
取值围10.0-17.5,缺省值为10.0。
该系数是土壤表层10mm中溶解态磷的浓度和淋溶液中磷浓度比率。
取值围10.0-17.5,缺省值为10.0。
PHOSKD
土壤磷分割系数(m3/Mg)。
该系数是土壤表层10mm溶解态磷的浓度和地表径流溶解态磷的浓度之比。
土壤中磷移动的主要机制是扩散,扩散是离子在小围(1-2mm)由于浓度梯度移动。
由于溶解态磷的移动性有限,地表径流只能和表层10mm的可溶态磷相互作用。
模型对该参数的默认值为175.0。
PSP
有效磷指数。
很多研究表明,可溶态磷肥施用后,可溶态磷的浓度由于和土壤的反应而在快速下降。
在最初的“快速”反应后,可溶态磷的浓度可在随后的几年保持缓慢的下降(BarrowandShaw,1975;MunnsandFox,1976;RajanandFox,1972;Sharpley,1982)。
为了计算溶液中P的快速减少,SWAT假定快速平衡存在于溶液磷和活性矿物池中,随后的慢反应由慢平衡模拟,假定期存在于活性和稳态矿物池中。
运算法则控制着离子态磷在这3个库中的运动(Jonesetal.,1984)。
溶液和活性矿物库中的平衡由有效磷指数控制,该指数特指化肥磷在成熟期时在溶液中的量,如在快速反应后。
已经有很有方法测定有效磷指数。
Joneseral.(1984)推荐了Sharpleyetal.(1984)的方法,该方法中K2HPO4以不同的量进入土壤溶液中。
土壤灌溉至田间持水量并在25℃下慢慢干燥,干了以后再使其湿润再变干,如此循环6个月到成熟期。
此时,溶液中的磷用阴离子交换树脂提取。
有效磷指数计算方法如下:
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