SWAT操作说明
SWAT（Soil and Water Assessment TooL）操作说明
（ArcView界面）
http:/https://www.wendangku.net/doc/404230630.html,./swat
R.Srinivasan
Blackland Research and Extension Center
Texas Agricultural Experiment Station
Texas A&M University
翻译：高歌 许红梅
（国家气候中心）
2007年11月
主要内容
1．简介
2．目的
3．扩展部分
4．流域划分及土地利用、土壤类型定义
5．应用SWAT
6．结果的后处理及显示
简介
土壤和水评估工具（SWAT）是一个具有物理基础可进行连续事件模拟的水文模式，用于预报土地管理措施对水、沉积物的影响以及农用化学物的大量使用、复杂流域的土壤变化、土地利用和管理条件的长期影响。模拟时，一个流域被划分为一定数量均匀的子流域（即水文响应单元 HRUs），子流域内的土壤和土地利用具有一致的特征。每个子流域的输入信息包括：天气；子流域内统一的陆面覆盖、土壤以及管理措施；池塘或水库，地下水以及主要的河道及子流域支流。径流的运载，沉淀物、营养物和杀虫剂在子流域主要河道的运载情况也可以模拟，主要考虑了一些影响水文的物理过程。更为细致的SWAT功能的描述，请参考SWAT User’s Manual, Version 99.2 (https://www.wendangku.net/doc/404230630.html,/swat/swatdoc.html#new)。
目的
操作说明介绍软件安装及熟悉基本操作。
建立项目
A VSWATX , ArcView3.x的扩展版。建立一个ArcView项目，该项目包括连接处理好的资料以及兼容所有GIS常用的功能。项目还包括一个常用的ArcView 图形用户界面（GUI），有菜单、按钮和工具。
1.启动ArcView3.x, 从File菜单中选取extension, 浏览A VSWATX并选择可选框，出现
A VSWATX界面（图１）。
2.按下New Project旁边的按钮，弹出对话框，从下拉菜单选择资料目录，然后填写创建
项目的名称，如：SWATDEMO. 文件名最长可以有８个字符，不给出文件的扩展名。文件默认的扩展名为.apr，然后点击ok（图２）。
3.显示对话框供用户定义资料目录（图3），然后点击ok打开新创建的项目，并且出现
WaterShed DelineationTool 对话框(流域区分工具对话框)和新菜单A Vswat（图4）。
流域划分、土地利用、土壤定义功能
Water shed Delineation 工具利用Arc View空间分析软件结合DEM和数字化的网络及用户输入进行流域划分。具体步骤如下；
步骤１：
从Delineat菜单选择Automatic，打开Watershed delination对话框。对话框分为５部分：Dem设置，河流定义，出口和入口定义，出口选择和水库定义（图５）。
步骤２．添加DEM 网格
1．点击文件打开按钮，添加SWAT需要的DEM网格。
2．打开对话框，其中包括Select from Watershed View和Load DEM gird from disk两个选项。
选择Load DEM grid from disk和位于Work directory\Topography下的Dem 网格，点击ok.
3．打开另外一个对话框，确定网格是否已经投影。如果已投影，选择YES. 选择的DEM 加到Basins浏览，并且它的名字在DEM网格文本框中显示。
4．点击靠近DEM网格文本框的Properties框，DEM的属性框可检验DEM地图属性是否正确，并且可以根据需要改变。DEM的属性应该正确的定义网格尺度和单位。
步骤3. 确定流域区域
该界面允许你输入或建立网格地图，该地图可遮蔽一部分的DEM网格（和形状）定义河流网络。这些地图不是必须的但是可加速GIS操作时间。
1．点击Focusing Watershed Area旁边的可选框。有三项选择可选以确定研究的流域区域：Load mask grid from disk, manually delineate and Select boundary theme from basins view。
选择Load mask grid from disk （从磁盘下载遮蔽网格）选项，点击Ok. 选择位于工作目录下的遮蔽网格文件，点击ok。
2．Manually Delineate 选项提供利用标准的ArcView选项画多变形遮蔽边界。出现一个有三个按钮的工具条：DRAW, EDIT Vertex和DELETE。这些工具提供在Arcview可画和修改多边形的近似功能。点击DRAW按钮将用鼠标人为画出研究流域的边界。双击鼠标左键完成多边形。EDIT Vertex 可调整边界。DELETE删除选择多边形。如果满意人工制作的边界，点击APPLY。而后建立一个遮蔽边界网格，并加到Watershed View 中（图6）。
注意：
1．如果遮蔽边界网格文件已存在，可选择Load mask grid from the disk选项。这网格将加在Basin view 并且用于流域划分。
2．已在Basin view的多边形主题可选择作为遮蔽边界网格，从Basin view选项中选择边界主题。
注意；
可随时退出主要的Watershed Delineation对话框和再次打开，通过从Delineation 菜单中选择Automatic。
步骤4. 生成流域网
流域网比如支流文件（V1或V3）或者National Hydrography Dataset(NHD)可以设置在DEM中，定义流域网的位置。
注意：
NHD 是比例尺为1：100，000的增强流域网络。它基于USGS水文资料的数字等值线图集合相关支流信息（主要来自EPA河流支流文件版本3，RF3）制作而成。
步骤5. 流域定义
流域定义确定流域网和子流域出口。图7的流域面积对话框显示最小、最大和建议的子流域面积（公顷）。可在指定值的变化范围中选择改变子流域尺度。这个功能在确定流域网络细节、尺度和子流域数起着非常重要的作用。面积阈值定义了形成河流始端的流域面积。
1．选择建议的阈值，点击APPLY。流域网和河流连接点，用于定义子流域的出口，在DEM地图网格上显示（图8）。
就这一点而言，有多项选择：（1）改变阈值面积、重新运行河流和出口定义路径；
（2）通过输入位置表格增加出口点；（3）人工添加出口点；（4）移去出口点。假设出口和河流定义可以用于研究区域入口的定义处理，入口代表任意点源设置在研究区域或者从上游地区到流域的入口。
注意：
1．通过具体的面积阈值，确定流域网。
2．需要最小的单元数保证流域划分。
3．最小阈值面积是对整个流域而言的，不是对即将划分的子流域。
4．本窗口给的建议面积为可用的平均值。
步骤6：主流域出口的选择和定义
这一步中，你将选择一个或多个出口位置定义主流域的边界。
1．点击SELECT按钮，选择流域出口。在BASIN显示窗口将出现 crosshair。在ourlet.
击鼠标左键, 或在需要的出口位置外边的屏幕上形成一个框。本例子中，在研究区域边缘的下游处选择出口1（图9），在弹出的出口选择框中点击ok。在下面的对话框选择YES 将继续划分主要的流域和子流域。弹出的框将表示完成流域和子流域的划分。
2．划分好的子流域将加到BASINS View. 如果划分不满意或你想选择不同的出口，点击UNDO按钮，重新执行步骤6（1）。
3．点击APPLY估计子流域参数。这项功能基于DEM和子流域主题计算基本的流域特征值。计算结果存在河流和子流域主题数据库文件中的添加字段。点击Ok, 完成流域划分。图10表明划分好子流域的流域。
4．打开Streams 或 Subbasins表，浏览计算好的特征值。
注意：
按住SHIFT键，可选择多个出口，这个特征允许SWAT同时模拟附近地区流域。不要在另一出口的上游选择出口。至少需要一个出口做划分。
步骤7：水库
增加或删去水库定义划分过程。这个过程类似于人工增加和删去出口。总过程如下：
1．添加水库，点击添加按钮，点击要增加水库的子流域。水库将放在该子流域的出口。弹出的对话框显示检查水库放置的位置。如果显示的子流域不对，点击No, 重复步骤7（1）。
如果正确，点击Yes.
2．删去水库，点击Remove按钮。在要删去水库周围画个方框，按住鼠标左键，移动鼠标。
弹出对话框显示确认删除水库。如果显示的子流域不对，点击No, 重复步骤7（2）。如果正确，点击Yes.
步骤8：退出流域划分对话框
1．点击EXIT退出流域划分对话框
步骤9：浏览地形报告
1．从项目窗口中Reports打开Topographic Reports. 可浏览流域和子流域高度的面积和百分率分布情况。
土地利用和土壤主题的定义
在Watershed菜单的Land Use and Soil Definition选项确定SWAT和NPSM 模式运行的土地利用和土壤。这些主题用于确定每一个流域的水文响应单元分布。
SWAT和NPSM 模式需要土地利用资料判定每一个子流域中每一土地类型的面积。除了土地利用信息外，SWAT依靠土壤资料确定每一个流域水文特征范围。Land Use and Soil Definition选项指导用户通过确定资料，保证这些资料具有合适的格式。选项特别提供形状和网格格式的土地利用和土壤资料。形状文件自动转为网格，格式需要通过Arcview计算研究区域里的土地利用和土壤分布。
步骤1：确定土地利用主题
1．从Utilities菜单中选择Land Use and Soil Definition选项，弹出“definition of land use and soil themes”对话框（图11）。
2．选择靠近SWAT Model的ratio 按钮。
3．通过点击靠近Land Use Grid 的打开文件夹按钮选择土地利用资料层。
4．出现Set the Land Use Grid 对话框。有Select Landuse themes from Watershed View 或Load Land Use theme(s) from disk 选项。选择Load Land Use theme(s) from disk，点击ok。
选择Grid 格式作为土地利用输入资料的格式。
5．在Work directory \vegetation set 选择Vegetation\Landuse 文件夹。点击yes打开信息对话框。
6．信息对话框表明成功下载土地利用主题。点击OK，执行土地利用再分类，形成SWAT 所需要的格式。
土地利用网格代码必须设置土地覆盖和植被描述。可输入检查表或人工分配一个土地覆盖和植被码。如果土地利用网格通过可选的方法分类，你必须建立一个检查表和人工输入信息。
7．选择土地利用检查表通过点击靠近Look-up Table Grid Values—Land cover classes的打开文件夹按钮。出现Table Grid Values—Land Cover Classes 对话框。
8．选择用户定义的检查表以.txt 格式表示。
9．获得土地利用资料及相应的4个土地利用特征码后，可从Lookup Table Grid Values中选择User table选项(图11)。
注意：
z人工建立检查表，双击靠近第一类数的“Land Use Swat”字段。来自SWAT土地类型两个数据库显示在对话框供选择：土地覆盖/植被和城市。选择数据库并打开它，然后会显示土地覆盖码或者城市类型码。选择想要的代码，点击ok。重复该过程
获得每个网格点上的值。
z如果在数据库中没有想要的土地覆盖类型，需要在数据库中增加土地覆盖分类。
10．点击再分类按钮。土地利用地图将根据Look up table再分类。再分类的土地利用地图见图12。
步骤2：确定土壤主题
1．点击在“definition of land use and soil themes”对话框中的靠近“soil Grid” 的打开文件夹按钮，选择土壤层资料（图11）。
2．显示“Set the Soil Grid”对话框。可选择Select Soil themes from Water shed View 或Load soil themes from disk。从磁盘上选择土壤地图并下载。信息框显示下载成功，点击ok, 执行土壤网格的再分类。
土壤地图网格必须与U.S.土壤数据库相连，或者用户的土壤数据库。在Option下面，点击用于连接土壤地图和土壤资料方法旁边的按钮。共有5个可选项：
z Stmuid: State STATSGO多边形数，主要的土壤状况
z S5id: USDA土壤序列资料的Soil5id 数
z Name: 用户土壤数据库中的土壤名。
z Stmuid+Seqn: State STATSGO 多边形数和土壤状况的序列号。
z Name+Stmuid: State STATSGO 多边形数和土壤状况的序列名。
3．选择Name自动下载网格值，点击再分类按钮，获得土壤网格。再分类土壤网格在Watershed view 中可以看到（图13）。
注意：
1．可人工再分类土壤网格，方法同土地利用网格。
2．用户在数据库定义检查表，或通过点击Open folder增加文本格式。
步骤3：土地利用和土壤网格的迭加
选择模式、土地利用和土壤层、土地利用和土壤检查表时，点击Overlay。当迭加完毕，出现信息框，点击ok 执行水文响应单元确定过程。
步骤4：浏览土地利用和土壤分布报告
从项目窗口的Report 中Landuse and Soil Distribution 打开SWAT model, 浏览每个子流域内每一类土地利用和土壤分类的面积和百分比分布。
水文响应单元分布
在执行SWAT之前，必须基于土地利用和土壤资料确定在流域中的水文响应单元（HRU）。Watershed 菜单允许用户设置判据，用于确定水文响应单元分布。对每个子流域一个或多个土地利用和土壤合并为水文响应单元。
将流域分为具有统一下垫面和土壤合并的小区域使得模式反映不同作物和土壤蒸散量的差异。对每一个响应单元独立预估径流量，最后汇集为总径流量，这增加了准确性，并且给出水量平衡更好的物理描述。
用户有两个选择：对每个子流域设置简单的水文响应单元或者对每个子流域设置多重的水文响应单元。如果选择简单HRU，则HRU由主要的土地利用分类和土壤类型决定。如果选择多重HRU，用户可以为土地利用和土壤资料制定敏感性，这将用于确定每个流域的HRU
的数目和种类。
步骤1：水文响应单元的定义
1．在Utilities菜单下，选择HRUs Distribution 选项。打开Swat Model: Definiton of the land use/soil distribution 对话框（图14）。
2．选择Multiple Hydrologic Response Unites 选项，点击ok.。
3．可在Land use/soil distribution definition 对话框修改，确定每一个子流域土地利用和土壤百分率(图15)。
4．选择期望的土壤和土地利用阈值（土壤30%和土地利用10%），点击ok.
5．建立的水文响应单元可在新的SWAT View中显示（图16）。通过选择Report菜单下的HRU Distribution 浏览水文响应单元的分布情况。
6．如果分布不是很好，重复上述步骤，选择土地利用和土壤敏感性，直到满意。
注意：
z选择多重水文响应单元可减少每一个子流域的最小土地利用。
z例如，如果设置土地利用阈值为15%，小于15%的部分将减少，HRU将对超过15%的面积设置水文响应单元。
z对土壤分类也是如此。
z SWAT View 和Watershed View可互相转换。
SWAT
下面列出模式应用必须的关键步骤：
1．为模式划分流域
2．定义土地利用和土壤网格
3．基于土地利用和土壤资料确定水文响应单元分布
4．确定水、气温和天气资料
5．确定输入资料，需要土壤、天气、土地覆盖、植被生长、施肥、杀虫剂使用、耕作和城市活动
6．如果需要，编辑输入文件
7．安装和运行SWAT，需要输入模拟期信息，PET估计和其他选择
8．浏览SWAT输出结果
目前，已完成三个步骤，下面我们着重介绍准备输入资料、运行模型以及浏览模式输出。
注意：
z空间分析为主要工具。
z所有SWAT输入和输出是Metric unites (MKS).
输入菜单
输入菜单位于SWAT View, 建立数据库包含产生默认输入资料的需要信息。在输入菜单
上的命令对1个项目来讲只处理1次。然而，如果用户修改水文响应单元分布，输入菜单命
令必须再处理。
步骤1：定义天气资料
1．选择SWAT View 下Input菜单下的Weather Station选项。
打开Weather Data Definition 对话框(图17)，可定义降水、气温和其他天气资料；对于降水和气温，可选择模式模拟资料或从资料表中读取。天气资料，可根据美国1112个天气站建立的天气发生器资料模拟，存在数据库或者通过数据库表输入常规气象资料。
2．选择Rainages 获取降水资料。打开Location table text box，点击文件夹按钮，浏览Work Directory 目录，并且选择pcpfork.dbf，点击ok.
3．选择Climate Stations 获取气温资料。打开Location table text box，点击文件夹按钮，浏览Work Directory 目录，并且选择tmpfork.dbf，点击ok.
4．选择US数据库选项获取Weather Simulation Data，点击打开文件夹按钮，自动增加天气模拟数据库。
5．选择好降水、气温和天气资料后，在Weather Stations 对话框的底部出现ok按钮，点击ok, 生成SWAT所需的输入资料。
6．显示成功产生输入资料的信息框。
用INPUT菜单下的WRITE ALL选项生成所有的输入资料，或者产生每一个输入文件，输入文件需要有：
z流域外形文件（.fig）
z土壤资料(.sol）
z天气发生器(.wgn)
z总的水文响应单元资料(.sub)
z土壤化学物输入(.chm)
z河流水质输入(.swq)
z池塘输入(.pnd)
z管理输入(.mgt)
z主河道资料(.rte)
z地下水资料(.gw)
z水利用资料(.wus)
步骤2：写出全部资料（图18）
1．在Input菜单下，选择Write All 选项。如果想继续写出全部输入资料，点击Yes。2．显示输入资料目前状态对话框，窗口显示产生的所有输入文件和状态。
3．对于子流域和主要河道输入文件，会提示是否改变默认的Manning’s值，点击No, 默认
0.014。
4．对于管理输入文件，有信息提示，用US天气数据库估计植被热单位是否足够，如果研究区域包含在数据库里，点击Yes。
5．有信息提示成功完成输入文件。
步骤3：浏览流域结构报告
1．在Report菜单下，选择FIG file选项，浏览流域结构报告。
编辑输入菜单
在Edit Input菜单下的命令显示产生对话框，可选择默认的SWAT输入资料。Edit Input 菜单能够在模式校验过程中进行输入资料的修改。在这个练习中，不需要编辑任何输入信息。
然而，为使熟悉A VSWATX中编辑输入文件功能，下面列出总的过程：
步骤1：编辑数据库
1．选择Edit Input菜单下Database菜单项，选择要编辑的数据库菜单选项。
步骤1-1：编辑土壤数据库（图31）
1．双击 User Soils 选项
2．出现Add and Edit User Soil 对话框，显示缩写的土壤名字。双击一个土壤名字，编辑整个土壤廓线资料或单独土壤层的信息。
3．可在数据库中增加新的土壤，通过双击Add New按钮。
4．点击EXIT退出编辑数据库。弹出对话框确认是否保存或放弃。
类似于土壤数据库的编辑，也可编辑天气、土地覆盖、植被生长、施肥、杀虫剂、耕种和城市面积数据库。
注意：
移动鼠标指针，靠近任何编辑的输入对话框目标，将显示参数的简短描述。
步骤2 ：编辑点源排放输入
1．选择Edit Input 下的Point Sources Dischargers项菜单。“Edit Point Dischargers Input” 对话框显示子流域包含的污染点源情况（图20）。
2．点击已编辑好的点源数据库子流域数。
“Point Dischargers Data”对话框包含点源资料性质的显示。对话框允许输入点源资料采用以下四种形式之一: 日载常数，平均年载量，平均月载量及日载量。
3．选择格式。默认点源资料格式选择为日载常数。如果选择这个格式，需要选择或者输入平均日径流（m3）, 沉积物载量（吨），有机氮，有机磷、NO3, 矿物P（kg）,三种金属和2类细菌或直接下载的PCS资料。如果选择年资料选项，通过打开文件夹按钮，从磁盘下载资料。点击Load PCS按钮，下载PCS资料。如果选择月资料或日资料，从磁盘上下载资料。
4．点击OK完成点源排放数据库的编辑。
5．如果你希望编辑另外一个子流域的点源资料，从Edit Discharger Input 对话框中选择，击EXIT退出，完成点源资料库的编辑。
步骤3：编辑排放输入资料入口
1．从Edit Input菜单中选择排放入口。
2．在一个项目中，有多个入口，在Edit Inlet Dischargers Input 对话框中包含排放入口。3．修改入口输入信息，方法与编辑点源排放数据库过程类似。
4．对话框允许4种输入资料信息：日载量常数，平均年载量，平均月载量和日载量。选择一种格式。
5．默认的入口排放资料格式选项为日载量常数。如果选择该格式，需要输入平均日流量（m3）,沉积物下载（吨），以及有机氮，有机磷，NO3和矿物磷载量。
6．如果你选择年记录，月记录和日记录，将从磁盘上下载资料。
7．点击ok完成排放入口的编辑。
8．编辑其他流域的入口，从Edit Inlet Discharger Input 对话框选择，点击退出完成排放入口的编辑。
9．如果没有排放入口，将显示No Inlet Dischargers in the Water shed。
步骤4：编辑水库输入
1．在Edit Input 菜单上编辑水库，选择水库。显示子流域水库的对话框。
2．编辑子流域水库，点击Edit Reservoirs Inputs 对话框的子流域数。
3．如果没有水库，将显示No Reservoirs in the Water shed.
步骤5：编辑子流域资料（图33）
1．编辑子流域输入文件，在Edit Input菜单选择Subbasins Data 选项。显示Edit Subbasin Inputs对话框。
对话框包含显示子流域、土地利用、土壤类型以及相应的输入文件组合。要选择一个输入文件，选择子流域、土地利用、土壤类型。当选择一个子流域，子流域内的土地利用、土壤类型出现在对话框内。具体化子流域、土地利用和土壤的综合。
2．编辑土壤物理因子资料，点击.sol扩展名。新的对话框显示要修改的.sol资料或从新的SWAT.sol文件夹直接下载资料。Soil save 框允许将对一个子流域同一种土壤类型编辑
的土壤信息延伸到所有子流域的同一种土壤类型（图34 a 和b）。
3．编辑天气发生器资料点击.wgn扩展名。新的对话框可修改.wgn资料或从新的SWAT.wgn 文件夹下载资料。保存选项允许拷贝编辑好的天气发生器资料到其他流域。如果你想拷贝编辑好的天气发生器资料到其他资料集，点击No (图 35 a和b)
4.编辑总的子流域资料，在Edit Subbasin Inputs 对话框中Select Input File部分中点击.sub
扩展名（图36）。新的对话框显示已有的总的子流域资料。修改资料，通过激活字段文本框。如果游标出现在字段中，就可修改。编辑月字段，点击左边的Month 按钮。点击右按钮，一旦完成编辑，点击ok。这个界面将保存所有变化并且返回Edit Subbasin Inputs 框。
5.编辑总的HRU资料，在Edit Subbasin Inputs对话框中的Select Input部分，点击.Hru扩
展名（图37）。新对话框显示已存在的所有HRU资料。为了修改资料，设置游标，激活字段文本框。游标出现在字段中，可以进行修改。完成后点击ok结束。如果不想拷贝编辑好的HRU资料到其他数据集，点击NO。
6.编辑主要的河道输入文件，在Edit Subbasin Inputs对话框中的Select Input部分，点击.rte
扩展名（图38）。新对话框显示已存在的所有河道资料。为了修改资料，设置游标，激活字段文本框。游标出现在字段中，可以进行修改。完成后点击ok保存修改。
7.编辑地下水输入文件，在Edit Subbasin Inputs对话框中的Select Input部分，点击.gw扩
展名（图39）。新对话框显示已存在的资料。设置游标，激活字段文本框, 修改资料。
可选择保存目前流域和所有子流域的变化。
8.编辑消耗水利用输入文件，在Edit Subbasin Inputs对话框中的Select Input部分，点击.wus
扩展名（图40）。新对话框显示已存在的资料。设置游标，激活字段文本框, 修改资料。
可选择保存目前流域和所有子流域的变化。编辑管理输入文件，在Edit Subbasin Inputs 对话框中的Select Input部分，点击.mgt扩展名（图41）。新对话框显示管理资料编辑。