【SWAT水文模型】率定参数选择及校准技巧

news2024/12/22 20:02:52

SWAT模型率定参数选择及校准技巧

  • 水量平衡与径流(Water Balance And Stream Flow)
    • 1 基本水量平衡和总径流校准(Basic Water Balance & Total Flow Calibration)
      • 1.1 校准地表径流:
      • 1.2 校准地下径流:
    • 2 流量过程线校准(Temporal Flow Calibration)
    • 3 径流空间上的校准(Spatial Flow Calibration)
  • 参考

水文模型评价指标参见另一博客-【水文模型】评价指标。

SWAT模型率定(CALIBRATION)分为以下几步:
1、水文-水量平衡与径流
2、泥沙
3、水质-营养物(氮、磷、农药、DO、细菌)
由于本人研究只关注流量大小,在此只介绍【水量平衡与河流流量】相关率定步骤。

水量平衡与径流(Water Balance And Stream Flow)

在校准之前,必须对流域内的实际情况有所了解。理论上,必须具有河流实测数据或是流域出口实测数据。首先对年平均值做校准,年校准之后,可以延伸至月、日记录,进行校准微调。
年平均观测和模拟值汇总为下表的格式:

项目Total Water Yield 总水量Baseflow 基流Surface Flow 地表径流
实测 Observemmmmmm
SWAT Simulationmmmmmm

如果在流域出口处校准,对应的SWAT 值的表在.std 文件中。在文件的末尾,在标题为Ave Annual Basin Values 的表中列出了这些值。
如 果 对 流 域 内 某 个 测 站 进 行 校 准 , 总 水 量 可 以 从 河 段 .rch 文件的FLOW_OUT 字段计算得到。
基流和地表径流值必须从HRU 输出文件(.sbs)或子流域输出文件 (.bsb)得到。为估计基流和径流的贡献,必须对GWQ,SURQ和总水量(WYLD) 的年平均值做平均计算,以求得目标流域面积加权平均值。地表径流和基流必须转化为对总水量(WYLD)的百分比,这些百分比然后乘以河道输出文件中的总水量。不能直接用GWQ 和SURQ 的值,是因为河道内的降水,蒸发,输移损失等会改变从HRU 或子流域输出文件的WYLD 字段预测的净水量。

这里有几种把观测径流量分割为基流和地表径流,并计算其百分率的方法。如果有每日径流数据,可以使用基流分割程序来完成这项分析过程。

1 基本水量平衡和总径流校准(Basic Water Balance & Total Flow Calibration)

基本要素:

  • 总量
  • 在水文组中的分布

1.1 校准地表径流:

Step 1:调整CN2(.mgt),直到地表径流符合要求。
附录 A 中有很多表包含了多种多样土地覆盖类型的CN 值。
调整 CN 值之后,若地表径流仍然不符合要求,则调整SOL_AWC (.sol)或ESCO(.bsn or .hru)。

1.2 校准地下径流:

Step 2:一旦校准好地表径流,就开始比较基流模拟值和实测值。
如果模拟基流值太

  • 增加 GW_REVAP(.gw),GW_REVAP 的最大值为0.20。
  • 减小 REVAPMN(.gw),REVAPMN 的最小值为0。
  • 增加 GWQMN(.gw),GWQMN 的最大值自行处理。

如果模拟基流值太,检查水向含水层的流动。
若地下水补给 GWQ(.sbs or .bsb)大于或等于所需要的基流:

  • 减小 GW_REVAP(.gw),GW_REVAP 的最小值为0.02。
  • 增加 REVAPMN(.gw)。
  • 减小 GWQMN(.gw),GWQMN 的最小值为0。

Step 3:反复steps 1、2 直到地表径流和基流校准好。

2 流量过程线校准(Temporal Flow Calibration)

基本要素:

  • 峰值
  • 退水
  • 考虑前提条件

若年平均、年地表径流和基流都校准好之后,则校准流量过程线。包括以下一些问题:

  1. 峰值看起来合理了,但是衰减期值降得太快:
  • —河道水力传导率CH_K(.rte):表示河床水流出的有效水力传导率
    对于常年接受地下水补给的河流来说,地下水通过河床侧部和底部补给河流,使得河道对水量损失的有效水力传导率等于0。
    只有没有接受持续性的地下水补给的季节性河流,其有效水力传导率才会大于0。
  • 基流α系数 ALPHA_BF(.gw)

在这里插入图片描述
2) 在融雪季节里,峰值会很高而衰退值很低:
检查最大和最小积雪融化速率 SMFMX 和SMFMN(.bsn),需要降低这些值。另外一个会影响积雪融化的参数是气温下降速率TLAPS(.sub),需要增加这些值。最后,需要修改基流α系ALPHA_BF(.gw)。
在这里插入图片描述
3) 部分洪峰没有模拟
发生原因:

  • 降雨站点没有代表性
  • 局部暴雨-没有响应
  • 测站没有正常工作(降雨或径流)

解决方法:

  • 采用具有代表性的气象站的降雨资料
  • 仔细地检查时间段内的降水和流量数据
    在这里插入图片描述

3 径流空间上的校准(Spatial Flow Calibration)

校准径流应从流域上游的测站开始向下游逐步展开,这是很重要的,当校准下游测站时,不会修改已经校准好的上游测站集水区域的相关文件的参数的。

参考

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