การใช้แบบจำลอง SWAT
-
Upload
trairat-uthairangsee -
Category
Documents
-
view
931 -
download
43
Transcript of การใช้แบบจำลอง SWAT
SWAT Model for
Watershed Management
• SWAT is a river basin scale hydrologic quantify the impact of land management complex watersheds. • SWAT is a public domain model actively USDA Agricultural Research Service and Water Research Laboratory in • SWAT is constantly being updated expanding the range of its utility. What is SWAT?
What is SWAT?
SWAT
“ Soil and Water Assessment Tool ”
Developed by USDA, from the 1980’s – today.
Deterministic physically based model– it models known physical processes
Dynamic model – differential equations are used
(dt = 1 day)
Predictive model
Basically, it’s a long-term
hydrologic simulation model
SWAT features
Physically based • Needs basin-specific data on “...weather, soil properties,
topography, vegetation, and land management practices...”
• Benefits: • Ungaged watersheds can be modeled
• Sensitivity to different input data can be quantified
Uses readily available inputs • GIS sets often already compiled by different agencies
Computationally efficient • Even for very large basins
Determines long-term impacts • SWAT is a continuous time model
SWAT
MODEL OBJECTIVE
Predict the effect of management decisions (Climate
and vegetative changes, reservoir management,
groundwater withdrawals, water transfer) on water,
sediment, nutrient and pesticide yields on large,
ungaged river basins.
MODEL COMPONENTS:
Weather, surface runoff, percolation, ET,
transmission losses, pond & reservoir storage, crop
growth & irrigation, groundwater flow, reach routing,
nutrient & pesticide loading, water transfer
Spatial Modeling in SWAT
SWAT is also a distributed model. It has been
integrated into several GIS (ArcView,
ArcInfo, Grass).
Discretization scheme: sub-watersheds
Watershed Hydrology
All SWAT calculations are based on watershed
mass balance calculations (i.e. water in =
water out).
Watershed hydrology can be divided into 2
phases:
1. Land phase: processes = rainfall,
evaporation, transpiration, infiltration,
runoff,...
2. Routing phase: processes = water,
sediment and pollution flow in river.
Land Phase Modeling
For each HRU, SWAT models :
Weather
Hydrology
Land cover –
plant growth
Erosion
Nutrients (N, P)
Pesticides
Agricultural
management
Routing Phase Modeling
SWAT models:
Routing in main channel
water,
sediment,
nutrients,
pesticides
Routing in reservoirs
water balance,
sediment,
nutrients,
pesticides
Advantages of SWAT
• Daily Time Step • SWAT was developed to predict the effects of
various management scenarios on water quality,
sediment yields and pollutant loadings from rural watersheds • SWAT models can be built fairly easily using GIS interfaces
• Sub-basins lack interior routing routines (i.e. All HRUs are “connected”) • Cannot explicitly place a BMP into the model (except filter strips) • Cannot account for transient nutrient loads
Disadvantages of SWAT
การเตรียมขอมูลน าเข้าและ
การใชงานแบบจ าลอง
Soil Water Assessment
Tool (SWAT) Model Input
http://swatmodel.tamu.edu/ Download
System Requirements
The SWAT2005/ArcSWAT 1.0 Interface requires: Hardware:
Personal computer using a Pentium IV processor or
higher, which runs at 2 gigahertz or faster
1GB RAM minimum
500 MB free memory on the hard drive for minimal
installation and up to 1.25 GB for a full installation
(including sample datasets and US STATSGO data)
SWAT Model Input
INPUT DATA:
Physical • Elevation, Land cover, soil
Weather • Rainfall, air temperature (Min and max), solar
radiation, wind speed and relative humidity
Hydrological • Stream flow, sediment and nutrient delivery data
Non-point and point source pollution data • Fertilizer and pesticide application data
• Point source of pollution
SWAT Model
INPUT DATA: DEM:
• Contour, DEM (20m)จากกรมพัฒนาที่ดิน/กรมแผน
ที่ทหาร/ The United States Geological Survey
(USGS) • Watershed delineation • Stream network and confluences • Entering point sources
SWAT Model Input: Elevation
ขอมูลแผนท่ีภูมิประเทศ (Topography Map)
แผนที่ภูมิศาสตรในรูปตัวเลข หรือ Digital elevation model (DEM) หมายถึง แบบจําลองพื้นที่ ผิวของสภาพภูมิประเทศ ไดรับการพัฒนาโดย The United States Geological Survey (USGS) ใหเปน ฐานขอมูลที่บอกถึงลักษณะของพื้นผิวของพื้นที่ลุมนํ้า โดยขอมูล DEM สามารถใชในการบอกรายละเอียดของ เสนแบงพื้นที่ลุมนํ้ายอยในแตละพื้นที่ลุมนํ้าได
SWAT Model
INPUT DATA:
Land cover
• land cover/land use data • CN, manning’s coefficient
• land cover/land use map will need to be
reclassified into SWAT land cover/plant types.
SWAT Model Input: Land cover
SWAT Model Input: Land cover cont.
to use USGS category codes when creating the map (or use a USGS land use/land cover map).
to select the SWAT land cover/plant type or urban code for each category
to create a look up table that identifies the 4-letter SWAT code for the different categories of land cover/land use
SWAT Model Input: Land cover cont.
ขอมูลแผนที่การใชประโยชนที่ดิน (Land Use/Land Cover Map)
ขอมูลแผนที่การใชประโยชนที่ดิน (Land Use/Land Cover, LULC) เป ็นข ็อมูลซึ่งไดมาจากการแปลภาพถายทางอากาศ หรือ ภาพถายดาวเทียม โดยการรวบรวมขอมูลในประเทศไทยกรมพัฒนาที่ดิน (Land Development Department) ไดจัดทําขอมูลการใชประโยชนที่ดิน(LULC) ขึ้นโดยวางซอน (Overlay) อยใูนชั้นของแผนที่ของดิน (Soil Map layer) โดยขอมูลนี้ได จากการแปลภาพถายดาวเทียม สําหรับในการแบงประเภท (Category) ของการใชประโยชนที่ดินสําหรับแบบจําลอง SWAT จะแบงเปนประเภทดังนี ้ 1. พื้นท่ีปาไม (FRSD) 2. พื้นที่เกษตรกรรม (AGRL) 3. นํ้า (WATR) 4. ทุงหญา (PAST) 5. ที่อยอูาศัย หรือ เมือง (URBN)
SWAT Model Input: Soil
Runoff, infiltration, sediment and anion
exchange
The user will import SWAT soil files or
type the soil data into the User Soils
database for each of the map categories
prior to creating the project.
คุณสมบัติทางกายภาพของดินแยกตามเนื้อดิน
สมบัติทางกายภาพของดินแยกตามชั้นดิน
คา CN condition II แบงตามการใชประโยชนที่ดิน และ ชนิดดิน ประเภทตาง ๆ พัฒนาโดย U.S. Department of Agriculture (1972)
SWAT Model Input: Weather
Rainfall, solar radiation, air temperature,
humidity and wind speed
Major input for hydrology, sediment and
chemical transport
ET
Source: Weather station data from each island
Each weather station location will be entered
with the corresponding data
Fertilizer and pesticide data
Large number of names of fertilizer and pesticide in the SWAT database
New chemicals can be entered
Allows if manure is used in the application
SWAT Model Input: Chemicals
• DEM : The Digital Elevation Model ซึ่งจัดรูปแบบเปน GIS grid
• Amask : เปนแผนที่หนากากแสดงขอบเขตในการคํานวณของแผนที่
• LandUse : แผนที่พืชคลุมดิน / การใชประโยชนที่ดิน ซึ่งจัดรูปแบบเปน GIS
• Soil : แผนที่ของดิน ซึ่งจัดรูปแบบเป็น GIS grid
GIS grid theme (.asc) Table (.mdb)
• ตารางขอมูลแสดงข้อมูลดิน
• ตารางขอมูลแสดงข้อมูลการใช้ประโยชน์ท่ีดิน
• ตารางขอมูลแสดงข้อมูลอากาศ
Input Data .asc
MWSWAT MapWindow Interface for
Soil and Water Assessment Tool
(SWAT)
การใช้งาน MapWindow Interface
ส าหรับแบบจ าลอง SWAT
การลงโปรแกรมก่อนใช้งานแบบจ าลอง
• Run X\Software\ dotnetfx.exe
• Run (double click) X\Software\ MapWindow46SR.exe to
install MapWindow
• Run X\Software\ MWSWAT.exe to install MWSWAT • Run X\Software\ SWATPlot.exe to install SWATPlot and
SWATGraph. • Run X\Software\SwatEditor\ Setup.exe to install the
SWAT Editor.
Double click
เข้าใช้งาน MapWindow Interface
คลิก ปิด ถ้าจะสร้างโปรเจคใหม่
คลิก เลือกโปรเจคที่เคย save
MWSWAT is a plug-in for the MapWindow
(www.mapwindow.org) GIS system. To start a project
Start MapWindow
Use the Plug-ins menu and
check the following
o MWSWAT
o Watershed Delineation
o GIS Tools
o Shapefile Editor
Setting up MapWindow
สร้าง project ใหม่ คลิก New Project
เลือก MWSWAT
เปิด project งานที่ save ไว้แล้ว คลิก Existing
Project
Adding tables to the project database
Access database ms1.mdb
• Use File -> Get External Data -> Import, navigate to Tutorial\maps\ms1.mdb , click Import • Click Select All and then OK to import the tables. File -> Exit the database.
• Example1_landuses which relates values (integers) from our landuse map to SWAT landuse codes • Example1_soils which relates values (integers) from our soil map to soil names • Example1_weather which contains information about the weather stations we will use • Example1_usersoil which contains data about our soils • Some tmpnnnn and pcpnnnn tables with temperature and precipitation data for our weather stations
Adding tables to the project database
Watershed Delineation
► click Delineate Watershed
► click the folder button
,navigate to Tutorial\maps, select
dem.asc, and click Open.
► click Process DEM.
2. Network Delineation.
1. Setup and Preprocessing
3. Outlet Definition and Delineation Completion.
Watershed Delineation
1. Setup and Preprocessing
► check Use a
Focusing Mask
► navigate to
Tutorial\maps, select
bnd.asc,
► click
BaseDEM(dem20).asc
2. Network Delineation
► Use a Custom
Outlets/Inlets Layer is checked
► click Draw Outlets/Inlets
3. Outlet Definition and Delineation Completion.
HRU’s
Sub-basins are actually divided further into Hydrologic
Response Units (HRUs).
An HRU is a polygon containing a unique combination of soil
and land-use.
HRU layer
Land Use layer Soils layer
HRU definition
HRU definition
Lu.asc
Soil.asc
ตารางฐานข อมูล็Lu ตารางฐานข อมูล็Soil
click
Results
Results are daily time series of modeled parameters (values can be averaged over months, years or over the whole simulation period).
Results are available for different spatial identities:
HRU’s,
sub-basins,
channel reaches.
Data
Graph
Animation
Edit SWAT Input
User soils
การปรับเทียบแบบจําลอง
จุดประสงคการปรับเทียบแบบจําลองเพื่อลดความแตกตางระหวางขอมูล จากการวัดกับขอมูลจากแบบจําลองใหเหลือนอยที่สุด โดยทุกแบบจําลองจําเปน ต้องมีการปรับเทียบกับทุกพื้นที่ลุมนํ้าที่ทําการศึกษาโดยหลักเกณฑทางอุดมคติในการปรับเทียบแบบจําลองมีหลักการดังนี ้
1. ผลลัพธในการจําลองมีคาเทากับขอมูลจากการวัด
2. การประมาณคาพารามิเตอรมีคาตรงกันกับคุณลักษณะของพื้นที่ลุม นํ้า
การปรับคาพารามิเตอรของแบบจําลอง SWAT
CN – SCS runoff Curve number AWC – ปริมาณนํ้าที่ดินสามารถเก็บนํ้าไวได (available water capacity of soil layer) GW_REVAP – คาสัมประสิทธิ์นํ้าใตดินที่ไหลจาก shallow aquifer ไปสชูั้นดิน (revap) REVAPMN – ปริมาณนํ้าที่นอยสุดใน shallow aquifer ที่ทําใหเกิดการไหลของนํ้าใตดินที่ไหล จาก shallow aquifer ขึ้นสชูั้นดิน (revap) GWQMN – ปริมาณนํ้าที่นอยสุดใน shallow aquifer ที่ทําใหเกิดการไหลของนํ้าใตดินที่ไหล จาก shallow aquifer เปน Return flow
SWAT Calibration
User interface
SWAT-CUP
SWAT-CUP
ที่มา : http://www.eawag.ch/organisation/abteilungen/siam/software/swat/index_EN
• SWAT-CUP is a computer program for
calibration of SWAT models.
• SWAT-CUP is a public domain program, and as
such may be used and copied freely. The program
links GLUE, ParaSol, SUFI2, and MCMC
procedures to SWAT.
• It enables sensitivity analysis, calibration,
validation, and uncertainty analysis of a SWAT
model.