1、模型介紹模型組成模型機(jī)理模型輸入模型輸出模型率定 Soil Water Atmosphere Plant Model是荷 蘭 Wageningen University and Research Center開發(fā)的用于模擬田塊尺度的非飽和帶水流及鹽分運(yùn)移、熱量傳遞和作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量的模型SWAP模型的早期版本是Feddes等(1978)開發(fā)的SWATR (Soil Water Actual Transpiration Rate)模型。該模型為有作物生長(zhǎng)條件下的土壤水分運(yùn)動(dòng)模擬模型，適用于多層土壤，并能夠考慮地下水動(dòng)態(tài)變化的影響。在后來的20多年中，該模型經(jīng)過Beimans等(1983), Wes

2、seling等(1991)、van den Broek等(1994)和van Dam等(1997)的不斷補(bǔ)充和完善，增加了更多的系統(tǒng)邊界條件、作物生長(zhǎng)模擬、土壤膨脹收縮效應(yīng)和溶質(zhì)運(yùn)移等內(nèi)容，形成了SWAP2.0版本。目前推出的最新版本是SWAP3.2模型由六部分組成：l土壤水流運(yùn)動(dòng)模塊l溶質(zhì)運(yùn)移模塊l熱量傳輸模塊l土壤蒸發(fā)模塊l作物騰發(fā)量計(jì)算模塊l作物生長(zhǎng)模擬模塊 l土壤水流運(yùn)動(dòng)l溶質(zhì)運(yùn)移l土壤蒸發(fā)l作物騰發(fā)量計(jì)算l作物生長(zhǎng)模擬根據(jù)Darcy定律, 可得出Richard方程:( )qs htz ( )1( )( )hk hzhc hs httz根 據(jù) 微 單元土壤體積的水平衡原理可得出以下土壤

3、水的連續(xù)方程:在SWAP模型中，土壤水力函數(shù)可采用van Genuchten (1980)和Mualem (1976)公式，也可采用土壤實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)van Genuchten (1980)：用上面所示的土壤水分特征曲線，聯(lián)合Mualem(1976)提出的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度模型，可得以下關(guān)系式:11srrnnnh1( )11nnnrrssrsrKK一定土壤深度的潛在根系吸水率 ，可由以下公式得出：在SWAP中，假設(shè)根系密度均勻分布，所以上式可以寫為0()()()rootrootpprootDlzSzTlz dz0( )1( )( )rootrootppprootrootDlzSzTTDlz

4、 dz( )pSz實(shí)際上，土壤的過度干早或者過度濕潤(rùn)和土壤鹽分過高產(chǎn)生的應(yīng)力都會(huì)減少 Sp(z) 的值左圖給出了水應(yīng)力引起根系吸水減少的系數(shù)rw與土壤水勢(shì)h以及潛在騰發(fā)量 Tp 之間關(guān)系; 右圖給出了鹽應(yīng)力引起根系吸水脅迫系數(shù) rs與土壤水電導(dǎo)度 ECsw 之間的關(guān)系SWAP中假設(shè)水和鹽應(yīng)力同時(shí)作用時(shí)對(duì)作物根系吸水的影響是相乘的關(guān)系，所以實(shí)際的根吸水率 Sa(z) 可以由下式計(jì)算:( )( )arsrwpSzSz 土壤水中溶質(zhì)的主要運(yùn)移機(jī)理是分子擴(kuò)散、對(duì)流、機(jī)械彌散。在SWAP模型中，溶質(zhì)運(yùn)移按對(duì)流一彌散方程進(jìn)行計(jì)算彌散通量可表達(dá)為：溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)對(duì)土壤的實(shí)際含水率是十分敏感的，由于它嚴(yán)重的影響

5、著溶質(zhì)運(yùn)移的路徑和有效橫向運(yùn)移面積。在SWAP模型中，采用Millington和Quirk (1961）提出的公式來描述水流路徑彎曲度，擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式為difdiscJqcDDz7/32difwporDD在層流條件下， 與孔隙流速v (cm/d)成正比關(guān)系:由單 元 體 的質(zhì)量守恒定律，溶質(zhì)運(yùn)移的連續(xù)方程可以表達(dá)為:disDd isd isDLvsXJStz ()bsbrXcQScQk Sc bdifdisbrcQqccDDcQk Sctzzz SWAP中主要用以下兩個(gè)步驟來計(jì)算作物的需水量：首先，通過改進(jìn)后的彭曼公式來計(jì)算作物的潛在蒸發(fā)蒸騰量其次，考慮到實(shí)際中作物由于水分脅迫和鹽分脅迫而會(huì)引

6、起根吸水的減少，從而計(jì)算出實(shí)際的作物騰發(fā)量11vairairsatanWWairpcropvairairpCeeRGrETrr Penman-Monteith：pradaeroETETET當(dāng)土 壤 濕 度較大時(shí)，土壤蒸發(fā)量決定于大氣條件，等于潛在土壤蒸發(fā)量。當(dāng)土壤較干燥時(shí)，土壤蒸發(fā)量將減少。表層土壤最大土壤蒸發(fā)量 Emax可按達(dá)西定律計(jì)算。在SWAP中也可用Black等(1969), Bosten和Stroosnijder (1986)提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算Black經(jīng)驗(yàn)公式：BostenStroosnijder公式：1/2121/222,adrypappapEtifEEEfEEESWAP 模 型

7、中采用的作物模型包括詳細(xì)作物生長(zhǎng)模型(WOFOST 6.0; Spitters et al., 1989; Hijmans et al., 1994)和簡(jiǎn)單作物模型詳細(xì)的作物模型模擬作物的生長(zhǎng)過程，而簡(jiǎn)單模型則模擬作物的最終產(chǎn)量SWAP模型中的簡(jiǎn)單作物模型是靜態(tài)模型，它只描述作物最終產(chǎn)量與水分的關(guān)系。簡(jiǎn)單作物模型要求輸入葉面積指數(shù)、作物高度以及作物根深與作物各發(fā)展階段的函數(shù)。簡(jiǎn)單作物模型計(jì)算作物的實(shí)際產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量的比值即相對(duì)產(chǎn)量J.Doorenbos和A.H.Kassam模型（D-K模型）,1,11a ka ky kp kp kkna kakpp kYTKYTYYYY上邊界條件：1、有效降雨量2、作物潛在騰發(fā)量和土壤潛在騰發(fā)量3、作物實(shí)際騰發(fā)量和土壤實(shí)際騰發(fā)量4、灌溉制度下邊界條件：1、地下水位2、底部水流通量3、來自深層水流通量4、作為地下水位函數(shù)的水流通量5、底部的壓力水頭6、底部水流通量為零7、土壤剖面的自由排水8、土壤空氣界面的自由出流量氣象資料灌溉作物土壤水分溶質(zhì)熱量SWAP模型的輸出結(jié)果可通過Output主菜單查看，包括文本、2維圖形和3維圖形3種形式。輸出結(jié)果有：累計(jì)水量平衡分量(灌水量、有效降雨量、潛在與實(shí)際蒸發(fā)量、潛在與實(shí)際騰底部水流通量、側(cè)向排水量、土壤儲(chǔ)水量)、地下水位、逐日水量平衡平分量、溶質(zhì)平衡分量、土壤溫度、逐時(shí)段(最短為1天)土壤物理量(含