农田水文模型SWAP软件简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土壤水盐运移与作物生长模拟模型,SWAP,原理,与应用,主要内容：,模型介绍,模型组成,模型机理,模型输入,模型输出,模型率定,SWAP,介绍,Soil Water Atmosphere Plant Model,是荷 兰,Wageningen University and Research Center,开发的用于模拟田块尺度的非饱和带水流及盐分运移、热量传递和作物生长与产量的,模型,SWAP,模型的早期版本是,Feddes,等,(1978),开发的,SWATR(Soil Water Actual Transpiration Rate),模型。该模型为有作物生长条件下的土壤水分运动模拟模型，适用于多层土壤，并能够考虑地下水动态变化的影响。在后来的,20,多年中，该模型经过,Beimans,等,(1983),Wesseling,等,(1991),、,van,den Broek,等,(1994),和,van,Dam,等,(1997),的不断补充和完善，增加了更多的系统边界条件、作物生长模拟、土壤膨胀收缩效应和溶质运移等内容，形成了,SWAP2.0,版本。目前推出的最新版本是,SWAP3.2,SWAP,模型示意图,模型组成,模型由六部分组成：,土壤水流运动模块,溶质运移模块,热量传输模块,土壤蒸发,模块,作物,腾发量计算,模块,作物,生长模拟模块,模型机理,土壤水流运动,溶质运移,土壤蒸发,作物腾发量计算,作物生长模拟,土壤水流运动方程,根据,Darcy,定律,可,得出,Richard,方程,:,根 据 微 单元土壤体积的水平衡原理可得出以下土壤水的连续方程,:,土壤水分特征曲线,在SWAP模型中，,土壤水力函数可采用van,Genuchten,(1980)和Mualem(1976)公式，,也可采用土壤实测数据关系表达,van,Genuchten,(1980),：,用上面所示的土壤水分特征曲线，联合,Mualem(1976,)提出的非饱和土壤水力传导度模型，可得以下关系式:,根系吸水,一定土壤深度的潜在根系吸水率 ，可由以下公式得出：,在,SWAP,中，假设根系密度均匀分布，所以上式可以写为,实际上，土壤的过度干早或者过度湿润和土壤盐分过高产生的应力都会,减少,S,p,(,z,),的,值,左,图给出了水应力引起根系吸水减少的,系数,rw,与,土壤水势,h,以及潜在腾发,量,T,p,之间,关系,;,右,图给出了盐应力引起根系,吸水,胁迫,系数,rs,与,土壤水电导,度,EC,sw,之间,的,关系,SWAP,中假设水和盐应力同时作用时对作物根系吸水的影响是相乘的关系，所以实际的根,吸水率,S,a,(,z,),可以,由下式计算,:,根系吸水,溶质运移,土壤水中溶质的主要运移机理是分子扩散、对流、机械弥散。在,SWAP,模型中，溶质运移按对流一,弥散方程,进行,计算,弥散通量可表达为：,溶质扩散,系数对土壤的实际含水率是十分敏感的，由于它严重的影响着溶质运移的路径和有效横向运移面积。在,SWAP,模型中，采用,Millington,和,Quirk(,1961,）,提出的公式来描述水流路径弯曲度，扩散系数表达式为,溶质运移,在层流条件下，与孔隙流速,v(cm/d),成正比关系,:,由单 元 体 的质量守恒定律，溶质运移的连续方程可以表达为,:,溶质运移方程,作物腾发,量,SWAP中主要用以下两个步骤来计算作物的,需水量,：,首先，通过改进后的彭曼公式来,计算作物的,潜在,蒸发,蒸腾,量,其次,，考虑到实际中作物由于水分胁迫和盐分胁迫而会引起根吸水的减少，从而计算出实际的作物腾发,量,作物腾发量,Penman-Monteith,：,土壤蒸发,当土 壤 湿 度较大时，土壤蒸发量决定于大气条件，等于潜在土壤蒸发量。当土壤较干燥时，土壤蒸发量将减少。表层土壤最大土壤蒸发量,E,max,可,按达西定律计算。在,SWAP,中也可用,Black,等,(1969),Bosten,和,Stroosnijder,(1986),提出的经验公式,计算,Black,经验公式：,Bosten,Stroosnijder,公式,：,作物生长模型,SWAP,模 型中采用的作物模型包括详细作物生长模型,(WOFOST 6.0,;,Spitters,et al,.,1989;,Hijmans,et al,.,1994,),和简单作物,模型,详细的作物模型模拟作物的生长过程，而简单模型则模拟作物的最终,产量,SWAP,模型中的简单作物模型是静态模型，它只描述作物最终产量与水分的关系。简单作物模型要求输入叶面积指数、作物高度以及作物根深与作物各发展阶段的函数。简单作物模型计算作物的实际产量与潜在产量的比值即相对,产量,作物生长模型,J.Doorenbos,和,A.H.Kassam,模型（,D-K,模型）,模型边界条件,上边界条件：,1,、有效降雨量,2,、作物潜在腾发量和土壤潜在腾发量,3,、作物实际腾发量和土壤实际腾发量,4,、灌溉制度,模型边界条件,下边界条件：,1,、地下水位,2,、底部水流通量,3,、来自深层水流通量,4,、作为地下水位函数的水流通量,5,、底部的压力水头,6,、底部水流通量为零,7,、土壤剖面的自由排水,8,、土壤空气界面的自由出流量,模型,输入界面,模型输入,气象资料,模型输入,灌溉,作物,土壤,水分,溶质,热量,模型输入,模型输入,模型输出,SWAP,模型的输出结果可通过,Output,主菜单查看，包括文本、,2,维图形和,3,维图形,3,种形式。,输出结果有：累计水量平衡分量,(,灌水量、有效降雨量、潜在与实际蒸发量、潜在与实际腾底部水流通量、侧向排水量、土壤储水量,),、地下水位、逐日水量平衡平分量、溶质平衡分量、土壤温度、逐时段,(,最短为,1,天,),土壤物理量,(,含水率、水压力水头、溶质、温度,),的剖面分布,等,模型输出,模型输出,模型率定,需要率定的土壤水力参数：,饱和含水量,残留含水量,饱和导水率,经验系数,需要率定的溶质运移参数：,降水矿化度,分子扩散系数,D,扩散长度,L,根系吸收溶质系数,自由水和吸附水之间的溶质交换率,谢谢！,