SWAT（Soiland WaterAssessment Tool）模型是美国农业部（USDA）开发的适用于较大流域尺度的分布式非点源污染负荷模型“模型利用大量的流域基础数据”，如气象数据、土壤性质、植被覆盖、土地管理措施及GIS和RS提供的空间数据等，作为输入来模拟预测具有多种土壤类型、土地利用和管理条件的大面积复杂流域，包括水的运动、泥沙的运动、植物生长过程和营养物质的循环等物理过程，其中营养物质考虑引起水体污染的主要因子氮和磷。
模型将流域离散化为在土地利用、水文、土壤等方面相对一致的网格（cell）——水文响应单元（HRU）来解决空间的异质性问题，模拟过程以网格为单元进行，流域产生的各种物质以递推的方式流经每一分室，最后流出流域出口。对土地利用比较单一，地形坡度又比较小的流域，可以采用较大的网格来表征；土地利用变化较大，地形起伏比较大的流域则需要较小的网格来表征。SWAT模型结构示意图如图3.8所示。
1.水文子模型
模型对水文部分的研究主要是针对径流量和峰值流量进行的，其中径流量的计算以美国土壤保持局提出的描述降雨径流关系的SCS曲线数值法（SCS Curve Number Method）
图3.8 SWAT模型结构示意图
为基础，基本方程简述如下：
式中 Q——地表径流量，mm；
R——日降雨量，mm；
Ia——雨量初损，mm；
S——持水系数，mm。
雨量初损值Ia包括径流形成之前的表面存储、中途截流和入渗，一般取0.2S。持水系数S是土壤水文分组、作物、管理和土壤前期含水量的函数，与径流曲线数值（CN）有关，由下式求得：
CN是反映雨前流域特征的无量纲参数，是土壤性质、植被覆盖以及土壤湿度等参数的函数，根据区域土壤和土地覆盖类型，参照SCS曲线计算方法提取的取值条件，确定了不同土地利用方式的CN值。
SWAT计算的峰值径流量采用一种修正的推理方法，基本方程如下：
式中 qpeak——峰值地表径流量，m3/s；
C——径流系数；
i——降雨强度，mm/h；
Area——子流域面积，km2。
2.土壤侵蚀子模型
SWAT模型采用修正的通用土壤流失方程（MUSLE）（Williams，1995）来计算由降雨和径流引起的土壤侵蚀。通用土壤流失方程由Wischmeier和Smith开发（1965，1978），而MUSLE是它的一个改进版，基本方程如下：
式中 sed——1d内的产沙量，t；
Qsurf——1d内的地表径流量，mmH2O/ha；
qpeak——峰值流量，m3/s；
areahru——水文响应单元的面积，ha；
KUSLE——USLE方程中的土壤可侵蚀性因子；
CUSLE——USLE方程中的作物经营管理因子；
PUSLE——USLE方程中的土壤侵蚀防治措施因子；
LSUSLE——USLE方程中的地形因子；
CFRG——土壤的糙度因子。
3.营养物迁移子模型
该模型采用相关方程计算土壤中氮、磷的迁移，对不同形态营养物分别进行考虑。(www.xing528.com)
（1）可溶性氮输移模型。SWAT主要以硝态氮作为反映可溶性氮含量的指标进行模拟，在径流水体中其浓度用下式计算：
式中 
——地表径流中
离子的浓度，kg/mm3；
——表层土壤中
离子的含量，kg/hm2；
Q——日地表径流量，mm；
θe——阴离子被排斥的孔隙所占百分比；
SATly——土壤层饱和水容量，mm。
（2）颗粒态氮输移模型。吸附于土壤颗粒的有机氮可以随地表径流输运进入河道，这部分进入水流的颗粒态氮含量的计算方法由McElroy等（1976）给出，并经过Williams和Hann（1978）的修正，方程如下：
式中 OrgN——地表径流中有机氮含量，kg/hm2；
OrgNly——表层土壤中有机氮含量，kg/hm2；
ρb——土壤密度，mg/m3；
dep——土壤表层深度，10mm；
sed——泥沙日产量，t；
area——水文响应单元面积，hm2；
Q——日地表径流量，mm。
（3）可溶性磷输移模型。地表径流中输运的可溶性磷含量由下式计算：
式中 Psurf——地表径流中可溶性磷的含量，kg/hm2；
Ply——表层土壤中溶解的磷量，kg/hm2；
ρb——土壤密度，mg/m3；
dep——土壤表层深度，10mm；
k——磷的土壤分离系数，m3/mg。
（4）颗粒态磷输移模型。模型以有机磷、矿质磷为代表来模拟颗粒态磷在土壤和径流之间的迁移过程，而以这种形态进入水流的磷的含量其计算方法由McElroy等（1976）给出，并经过Williams和Hann（1978）的修正，方程如下：
式中 sedP——地表径流中随沉积输移的磷含量，kg/hm2；
MinPly——表层土壤中矿质磷含量，kg/hm2；
OrgPly——表层土壤中有机磷含量，kg/hm2；
ρb——土壤密度，mg/m3；
dep——土壤表层深度，mm；
sed——泥沙日产量，t；
area——水文响应单元面积，hm2；
Q——日地表径流量，mm。
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