SWAT模型的研究应用进展

解志林 高良敏 司家济

摘 要：SWAT模型在國内外流域水文过程、土壤侵蚀、非点源污染等研究领域得到广泛的应用。但模型输入数据精度、缺少模拟模块等较多问题依然存在。在研究者们不断改进调整下，SWAT模型会变得更加完善。

关键词：SWAT模型；非点源污染；土壤侵蚀；产流产沙

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

1 模型简介

SWAT模型是由美国农业部农业研究中心（USDA-ARS）开发的模型，它是在结合CREAMS、EPIC、GLEAMS等模型的基础上发展起来的分布式水文模型[1]。SWAT模型可以模拟大型复杂河流中土地管理活动对水量和质量，沉积物运移，农药和营养物质淋失的影响盆地[2]。SWAT模型是基于连续时间段的模拟，能模拟几年、几十年的过程，模拟结果可以日、月、年为单位输出，不能模拟某次单一的降雨事件[3]。该模型主要是基于GIS提供的空间信息模拟不同的水文物理化学的输移与转化过程[4]。

降水在低洼处汇聚，从而产生地表径流，在流动过程中不断侵蚀土壤，泥沙和氮、磷等污染物随径流冲刷，进入水体，造成江河湖泊等水体非点源污染。基于非点源污染产生的特点，SWAT模型构建3个模块来模拟非点源污染：水文过程、土壤侵蚀和污染负荷[5]。

2 模型发展与应用

国外学者对SWAT 模型的应用较早，很多工作已经比较深入。Schomberg等应用SWAT模型在Minnesota州和Michigan州对不同土地利用下产沙量、产流量进行了模拟。Arabi等利用SWAT模型模拟得出不同的亚流域的划分，会影响到营养物负荷量和径流量、产沙量的模拟结果。Tripathi M.P等模拟了小流域的径流量、产沙量和非点源污染负荷量，而后应用SWAT模型的不同管理措施组合对该流域面源污染负荷关键区进行了综合评价。Vigiak O等人用SWAT模拟多瑙河流域的泥沙通量，流域范围内的模型模拟结果表现令人满意[6-10]。

国内引进SWAT模型的时间相对较晚，但随着近年来人们对该模型的认识不断提高使得该模型得以迅速发展。目前，国内研究者对SWAT 模型的研究主要集中在：产流/产沙模拟、非点源污染研究、模型输入参数对模拟结果的影响研究三个方面。黎云云等研究表明SWAT模型在渭河流域各个分区均有较好的适用性[11]。杨宝林等基于SWAT模型建立了金华市莲塘口流域的面源污染分布式模型，识别出关键的污染源 [12]。

3 模型不足与改进

当然，SWAT模型也存在一些缺点和不足之处。主要是由于模拟时模型包含大量的气象和水文数据以及各种其他监测信息，因此在预测非点源污染负荷过程中存在很大的不确定性。不确定性主要来自输入，模型结构，参数和输出不确定性，数字高程模型（DEM）分辨率，SWAT中的内置化肥数据库有其局限性，在中国运用SWAT模拟非点源污染中考虑家畜粪便时，需要建立一个新建一个化肥数据库，以便更准确地表示局部状况[13-15]。

选择合适的DEM分辨率、调整输入数据精度、划分合适的子流域。Qi等人开发了一种新的基于物理的土壤温度模块，作为目前在SWAT中使用的经验土壤温度模块的替代方案[16]。Hoang等人通过修改相关的水文SWAT代码，将河岸氮模型加入SWAT以模拟河岸带的反硝化过程。Dile等人为SWAT模型开发一个开源用户界面。接口QSWAT用Python编程语言编写[17] 。

4 结论与展望

SWAT模型在国内外流域水文过程、土壤侵蚀、非点源污染研究方面应用广泛。但模型输入数据精度、输入数据单元尺度的转换、缺少模拟模块等较多问题依然存在。相信在研究者们不断改进下，SWAT模型会变得更加完善。未来对不同土地利用方式、施肥、管理措施的综合情景分析会成为SWAT模型重要的研究领域。

参考文献：

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[8]Arabi M，Rao S G，Hantush M M，et al.ROLE OF WATERSHED SUBDIVISION ON MODELING THE EFFECTIVENESS OF BEST MANAGEMENT PRACTICES WITH SWAT[J].Jawra Journal of the American Water Resources Association，2010，42（02）：513-528.

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[10]Vigiak O，Malagó A，Bouraoui F，et al.Modelling sediment fluxes in the Danube River Basin with SWAT.[J].Science of

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[11]黎云云，暢建霞，金文婷等.基于SWAT模型的渭河流域分区径流模拟研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2017， 45（04）：204-212.

[12]杨宝林，崔远来，赵树君等.基于SWAT模型的莲塘口流域农业面源污染模拟[J].武汉大学学报（工学版），2016，49（03）：359-364.

[13]Yen H，Jeong J，Feng Q Y，et al.Assessment of Input Uncertainty in SWAT Using Latent Variables[J].Water Resources Management，2015，29（04）：1137-1153.

[14]Liu R，Wang Q，Xu F，et al.Impacts of manure application on SWAT model outputs in the Xiangxi River watershed[J]. Journal of Hydrology，2017，555.

[15]Xu F，Dong G，Wang Q，et al.Impacts of DEM uncertainties on critical source areas identification for non-point source pollution control based on SWAT model[J].Journal of Hydrology，2016，540：355-367.

[16]Qi J，Li S，Li Q，et al.A new soil-temperature module for SWAT application in regions with seasonal snow cover[J].Journal of Hydrology，2016，538：863-877.

[17]Dile Y T，Daggupati P，George C，et al.Introducing a new open source GIS user interface for the SWAT model[J]. Environmental Modelling & Software，2016，85：129-138.

作者简介：解志林（1995-），男，安徽滁州人，硕士在读，研究方向：水污染控制。

为通讯作者