SWAT模型的研究應(yīng)用進(jìn)展

解志林 高良敏 司家濟(jì)

摘 要：SWAT模型在國(guó)內(nèi)外流域水文過(guò)程、土壤侵蝕、非點(diǎn)源污染等研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但模型輸入數(shù)據(jù)精度、缺少模擬模塊等較多問(wèn)題依然存在。在研究者們不斷改進(jìn)調(diào)整下，SWAT模型會(huì)變得更加完善。

關(guān)鍵詞：SWAT模型；非點(diǎn)源污染；土壤侵蝕；產(chǎn)流產(chǎn)沙

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.205

1 模型簡(jiǎn)介

SWAT模型是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究中心（USDA-ARS）開(kāi)發(fā)的模型，它是在結(jié)合CREAMS、EPIC、GLEAMS等模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的分布式水文模型[1]。SWAT模型可以模擬大型復(fù)雜河流中土地管理活動(dòng)對(duì)水量和質(zhì)量，沉積物運(yùn)移，農(nóng)藥和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)淋失的影響盆地[2]。SWAT模型是基于連續(xù)時(shí)間段的模擬，能模擬幾年、幾十年的過(guò)程，模擬結(jié)果可以日、月、年為單位輸出，不能模擬某次單一的降雨事件[3]。該模型主要是基于GIS提供的空間信息模擬不同的水文物理化學(xué)的輸移與轉(zhuǎn)化過(guò)程[4]。

降水在低洼處匯聚，從而產(chǎn)生地表徑流，在流動(dòng)過(guò)程中不斷侵蝕土壤，泥沙和氮、磷等污染物隨徑流沖刷，進(jìn)入水體，造成江河湖泊等水體非點(diǎn)源污染。基于非點(diǎn)源污染產(chǎn)生的特點(diǎn)，SWAT模型構(gòu)建3個(gè)模塊來(lái)模擬非點(diǎn)源污染：水文過(guò)程、土壤侵蝕和污染負(fù)荷[5]。

2 模型發(fā)展與應(yīng)用

國(guó)外學(xué)者對(duì)SWAT 模型的應(yīng)用較早，很多工作已經(jīng)比較深入。Schomberg等應(yīng)用SWAT模型在Minnesota州和Michigan州對(duì)不同土地利用下產(chǎn)沙量、產(chǎn)流量進(jìn)行了模擬。Arabi等利用SWAT模型模擬得出不同的亞流域的劃分，會(huì)影響到營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷量和徑流量、產(chǎn)沙量的模擬結(jié)果。Tripathi M.P等模擬了小流域的徑流量、產(chǎn)沙量和非點(diǎn)源污染負(fù)荷量，而后應(yīng)用SWAT模型的不同管理措施組合對(duì)該流域面源污染負(fù)荷關(guān)鍵區(qū)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。Vigiak O等人用SWAT模擬多瑙河流域的泥沙通量，流域范圍內(nèi)的模型模擬結(jié)果表現(xiàn)令人滿意[6-10]。

國(guó)內(nèi)引進(jìn)SWAT模型的時(shí)間相對(duì)較晚，但隨著近年來(lái)人們對(duì)該模型的認(rèn)識(shí)不斷提高使得該模型得以迅速發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)SWAT 模型的研究主要集中在：產(chǎn)流/產(chǎn)沙模擬、非點(diǎn)源污染研究、模型輸入?yún)?shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響研究三個(gè)方面。黎云云等研究表明SWAT模型在渭河流域各個(gè)分區(qū)均有較好的適用性[11]。楊寶林等基于SWAT模型建立了金華市蓮塘口流域的面源污染分布式模型，識(shí)別出關(guān)鍵的污染源 [12]。

3 模型不足與改進(jìn)

當(dāng)然，SWAT模型也存在一些缺點(diǎn)和不足之處。主要是由于模擬時(shí)模型包含大量的氣象和水文數(shù)據(jù)以及各種其他監(jiān)測(cè)信息，因此在預(yù)測(cè)非點(diǎn)源污染負(fù)荷過(guò)程中存在很大的不確定性。不確定性主要來(lái)自輸入，模型結(jié)構(gòu)，參數(shù)和輸出不確定性，數(shù)字高程模型（DEM）分辨率，SWAT中的內(nèi)置化肥數(shù)據(jù)庫(kù)有其局限性，在中國(guó)運(yùn)用SWAT模擬非點(diǎn)源污染中考慮家畜糞便時(shí)，需要建立一個(gè)新建一個(gè)化肥數(shù)據(jù)庫(kù)，以便更準(zhǔn)確地表示局部狀況[13-15]。

選擇合適的DEM分辨率、調(diào)整輸入數(shù)據(jù)精度、劃分合適的子流域。Qi等人開(kāi)發(fā)了一種新的基于物理的土壤溫度模塊，作為目前在SWAT中使用的經(jīng)驗(yàn)土壤溫度模塊的替代方案[16]。Hoang等人通過(guò)修改相關(guān)的水文SWAT代碼，將河岸氮模型加入SWAT以模擬河岸帶的反硝化過(guò)程。Dile等人為SWAT模型開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)源用戶(hù)界面。接口QSWAT用Python編程語(yǔ)言編寫(xiě)[17] 。

4 結(jié)論與展望

SWAT模型在國(guó)內(nèi)外流域水文過(guò)程、土壤侵蝕、非點(diǎn)源污染研究方面應(yīng)用廣泛。但模型輸入數(shù)據(jù)精度、輸入數(shù)據(jù)單元尺度的轉(zhuǎn)換、缺少模擬模塊等較多問(wèn)題依然存在。相信在研究者們不斷改進(jìn)下，SWAT模型會(huì)變得更加完善。未來(lái)對(duì)不同土地利用方式、施肥、管理措施的綜合情景分析會(huì)成為SWAT模型重要的研究領(lǐng)域。

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作者簡(jiǎn)介：解志林（1995-），男，安徽滁州人，碩士在讀，研究方向：水污染控制。

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