[發(fā)明專利]一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法

在審

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• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109616223A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 金鑫
• 申請（專利權）人: 青海師范大學
• 主分類號: G16Z99/00
• 分類號: G16Z99/00
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 梁永昌

1.一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法，其特征在于，

所述SWAT作為一個半分布式的水文模型，首先將整個研究流域根據流域的地形因子、河網分布特征劃分為若干子流域，在此基礎上，SWAT進一步按流域的土地利用類型、土壤類型和坡度面積閾值劃分水文響應單元，即HRUs，由于SWAT假設模擬時段內土地利用類型、土壤類型和坡度不變，生成的HRUs不會因為模擬年份的不同而改變屬性，每個單獨的HRU上，SWAT采用概念性模型估算降雨、產流、泥沙等。這些計算完成后進行河道匯流演算，最后求得出口斷面的流量、泥沙量和污染負荷量；

SWAT模型模擬的流域水文過程可分為：

1)水循環(huán)之陸面部分，即產流和坡面匯流部分，它控制著每個子流域內主河道的水、沙、營養(yǎng)物質等的輸入量；

2)水循環(huán)之水面部分，即河道匯流部分，決定水、沙等物質從河網向流域出口的輸移；

根據水量平衡原理，SWAT模型的水量計算遵循下式：Tu＝T0+∑(Seay-Rtvsg-Eu-Ttffp-Rw)ui＝1 (1)；

SWAT模型改進分為以下幾個部分：

部分一：保證利用多年土地利用/覆被數據生成的HRUs的數量、面積和空間位置不變；

部分二：在生成HRUs之前，首先將研究時段內的逐年土地利用數據進行空間疊加，生成疊加后的土地利用圖并得到其對應的屬性表，該屬性表中有斑塊號以及各個斑塊所對應的不同年份的土地利用類型等屬性。將空間疊加后的土地利用圖與土壤類型圖、坡度圖再次進行空間疊加，疊加過程中逐年調用前一步生成的屬性表中各個斑塊對應的不同年份的土地利用類型，生成不同年份的HURs；

部分三：需要修改原始SWAT模型的運算流程,原始的SWAT模型在計算之前先進行參數初始化，后進入日循環(huán)，與原始的SWAT模型相比，新的SWAT模型在參數初始化之前加入了一層循環(huán)結構，使程序在初始化參數之前讀取當前年份的輸入數據(HRUs數據)，而后計算進入日循環(huán)階段；程序所讀取年份的上一年若是模擬時段的最后一年，則結束計算；否則每年最后一天的模擬結束之后將模型模擬結果寫入文件并再次讀取本年份的輸入數據并進行相應的參數初始化，再進入日循環(huán)；根據新的模型計算結構修改SWAT源代碼，使其能真正體現土地利用數據的逐年變化。

2.根據權利要求1所述一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法，其特征在于：

所述HRUs為整個研究流域根據流域的地形因子、河網分布特征劃分為若干子流域，在此基礎上，SWAT進一步按流域的土地利用類型、土壤類型和坡度面積閾值劃分水文響應單元。

3.根據權利要求1所述一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法，其特征在于：

所述式(1)中St為土壤含水量/mm；S0表示前期的土壤含水量/mm；t表示模型模擬的時間步長；Rday表示第i天的降水量/mm；Qsurf表示第i天的地表徑流量/mm；Et表示實際的蒸發(fā)量/mm；Sseep表示第i天的土壤滲透量/mm；Qgw表示基流量/mm。

4.根據權利要求1所述一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法，其特征在于：

用Fortran語言在Windows平臺應用程序開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2010中根據以上結構對SWAT源代碼進行修改修改并編譯成功后，替換原始的SWAT.exe可執(zhí)行程序，改進后的SWAT模型實現了對土地利用/覆被數據的逐年調用。