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第16章SWAT模型

16.1概述

SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）（Arnoldetal.,1998;Neitschetal.,2002）是由美

国农业部农业研究中心(USDA-ARS）开发的流域尺度模型。模型开发的目的是在具有多种

土壤、土地利用和管理条件的复杂流域，预测长期土地管理措施对水、泥沙和农业污染物的

影响。SWAT模型经历了不断的改进，很快便在水资源和环境领域中得到广泛承认和普及。

Beraetal.（2003）称之为在农业和森林为主的流域具有连续模拟能力的最有前途的非点源

模型。模型主要组成部分包括气候、水文、土壤温度和属性、植被生长、营养物、杀虫剂和

土地管理等。

本章首先介绍了SWAT模型的发展历史和基本结构，然后从水文评估、污染物流失、

气候变化影响、洪水短期预报、敏感性分析、率定和不确定性分析、模拟关键影响因素及与

其他模型的比较和耦合等方面详细介绍了SWAT模型的必威体育精装版研究进展，进而分析了模型特

点，并提出今后研究的展望，最后结合黄河河源区气候变化对水文循环影响的研究案例详细

介绍了SWAT模型的具体应用。

16.2模型发展历史

16.2.1模型的发展与改进

SWAT主要基于SWRRB，并且吸取了CREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO的主要特

BetterAssessmentScienceIntegrating

征。SWAT作为一种非点源模型已被并入BASINS（

pointandNonpointSources）

。BASINS由美国环保局（USEPA）开发，其主要目的是在

全国范围内分析和制定最大日负荷(TotalMaximumDailyLoads,TMDL）的标准和指导方针。

SWAT模型自90s初开发以来，已经经历了不断的回顾和扩展。模型主要的改进版本为：

⑴SWAT94.2：添加了水文响应单元（HRUs）。

⑵SWAT96.2：添加了自动施肥和自动灌溉；添加了冠层存储；添加了CO模块以模拟

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气候变化对作物生长的影响；Penman-Monteith潜在蒸散发方程；基于动力存储模型的层间

流；河道内营养物水质方程QUAL2E；河道内杀虫剂演算。

⑶SWAT98.1：改进融雪演算；河道水质模型改进；营养物循环演算扩展；放牧、粪肥

使用和瓦管排水；修改模型以适用于南半球。

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⑷SWAT99.2：改进营养物循环，稻田/湿地演算改建，水库/池塘/湿地营养物沉淀去除；

河岸存储；河道重金属演算；将年的参考从2位变为4位；SWMM模型的城市累积/冲刷和

USGS回归方程。

⑸SWAT2000：细菌输移演算；GreenAmpt下渗；改进天气生成器；允许太阳辐射、

相对湿度和风速的读入或生成；允许潜在ET值的读取或计算；所有潜在ET方法的回顾；

高层带过程改进；允许模拟无数个水库；Muskingum演算；修正的休眠计算以适用于热带

地区。

⑹SWAT2005：改进了杀虫剂输移模块；增加了天气预报情景分析；增加了日以下步长

的降水量生成器；使在计算每日CN值时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。

SWAT模型有一定的适用范围，在具体应用时要进行改进和提高，目前其主要的改进形

式有SWIM、SWATMOD、SWAT-G和E-SWAT等。SWIM模型的开发目的是为中尺度流域

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(100-10000km)水文和水质模拟提供一个综合性的工具。它基于SWAT模型和MATSALU

模型，并且与GRASS集成。SWIM利用MATSALU提供的三种层次流域分解方法和N模

块，使之在区域尺度上更易应用并且增强了