基于swat模型的流域径流模拟研究进展

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1、第30卷第3期水文Vol．30No．32010年6月JOURNALOFCHINAHYDROLOGYJun．,2010基于SWAT模型的流域径流模拟研究进展1-21孙瑞，张雪芹（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2.广西大学林学院，广西南宁530005）摘要：本文概述了国内外应用SWAT模型在流域径流模拟研究方面的主要进展。简要介绍了SWAT模型的径流模拟功能，概括了在不同流域、不同时间尺度上基于SWAT模型的径流模拟的适用性，并针对模型在具体应用时受特定区域下垫面影响这一限制因素，归纳了模型径流模拟功能的开发、改进与拓展。在此基础上，介绍了模型输

2、入参数和环境变化对径流模拟结果的影响，特别是气候和土地利用/覆被变化对径流的影响。最后，总结了现有基于SWAT模型的流域径流模拟研究存在的问题，并就这些问题的解决方案进行了讨论。关键词：SWAT模型；径流模拟；气候变化；土地利用；覆被变化中图分类号：P338+.9文献标识码：A文章编号：1000-0852（2010）03-0028-05SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）[1-2]模型是美国农nits,简称HRU）；SWAT96.2添加植物截流和壤中流、Penman-业部（UnitedStatesDepartmentofAgricultu

3、re，简称USDA）开Monteith潜在蒸散发计算模块；SWAT98.1修正融雪模块，增加发的分布式水文物理模型。它以日为时间步长，可同时连续长放牧和施肥等管理措施选项；SWAT99.2改进对水库、池塘和湿时段模拟流域的水文过程、水土流失、化学过程、农业管理措施地水量平衡的处理方法，增加城市径流模拟计算；SWAT2000改和生物量变化，并能预测在不同土壤条件、土地利用类型和管进天气发生器，增加Green-Ampt渗流计算方法和马斯京根河理措施下人类活动对上述过程的影响。SWAT模型以其强大的道汇流演算方法，提供更多的潜在蒸散发计算方法，且水库数功能、先进的模型结构

4、及高效的计算，在世界各国得到了广泛量不再受限。目前模型最新版本为SWAT2005，该版本添加气象应用。其中，径流模拟是SWAT模型最基本、最重要的功能，基预报情景和半日降雨发生器，并将保持率参数作为土壤水分含于SWAT模型的径流模拟是SWAT研究的焦点。量的函数计算每日径流曲线数值。SWAT模型的径流模拟通常将研究流域划分成若干个单元1SWAT模型与径流模拟流域，以减小流域下垫面和气候要素时空变异对模拟精度的影SWAT[1-2]是在SWRRB（SimulatorforWaterResourcesin响。流域离散的方法有自然子流域、山坡和网格3种。根据不同RuralB

5、asins）模型基础上发展起来的。20世纪70年代中期以植被覆盖和土壤类型，单元流域进一步细分为若干个HRU。每来，美国农业部陆续开发了CREAMS（Chemicals,Runoffand个HRU都单独计算径流量，最后得到流域总径流量。SWAT模ErosionfromAgriculturalManagementSystems）、GLEAMS型提供Green-Ampt方法或SCS曲线法计算地表径流；度-日因（GroundwaterLoadingEffectsonAgriculturalManagement子模型计算融雪量；动态存储模型计算壤中流；Hargreaves法

6、、Systems）和EPIC（ErosionProductivityImpactCalculator）等模Priestley-Tayor法或Penman-Monteith法计算潜在蒸散发。型，但它们在模拟较大流域时均存有不足。因而开发了SWRRBSWAT将地下水分为浅层和深层地下水，浅层地下径流汇入流模型，它将流域划分为多个子流域并单独模拟。为“连接”各个域内河流，深层地下径流汇入流域外河流。河道水流演算采用子流域的运行结果，Arnold等开发了ROTO（RoutingOutputsto变动存储系数模型或马斯京根法。Outlet）模型。但该模型仍有局限性：在进行河道

7、和水库调洪演算2模型径流模拟的适用性时，必须将多个SWRRB模型单独运行的结果输入到ROTO模型，这样不仅输入输出文件繁琐，且对计算机的存储容量要求SWAT模型最早应用于美国多个全国或区域性项目。采用较高。为此，20世纪90年代，融合SWRRB和ROTO两个模型SWAT[3～6]验证了模型径流模拟在全美、伊利诺斯模型，Arnold等为一体的新的分布式流域水文模型，即SWAT模型应运而生。州3个流域、密西西比河支流等不同时空尺度、不同水文条件、SWAT模型自开发以来不断完善，发展出一系列版本。其不同地形特征流域的适用性。模型对长期径流量模拟准确，短中，SWAT94