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ArcSWAT介紹與數(shù)據(jù)準備
氣象數(shù)據(jù)庫與土壤數(shù)據(jù)庫下載
土壤數(shù)據(jù)庫構(gòu)建
ArcSWAT模型構(gòu)建與結(jié)果解讀
基于SWAT-CUP的模型率定

土地利用數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)下載

首先登陸網(wǎng)址中科院1km土地利用數(shù)據(jù)：http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=264

也可以去清華大學高精度土地利用數(shù)據(jù)：http://data.ess.tsinghua.edu.cn/

本次以中科院的下載方式進行介紹。

進入界面如圖所示

在數(shù)據(jù)集（庫）目錄中選擇土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，點擊進入，可以看到數(shù)據(jù)詳情介紹，包含有數(shù)據(jù)的具體分類系統(tǒng)表。

下滑至最下面有下載鏈接，如果看不到下載鏈接，請先注冊登陸，根據(jù)需要下載資料，一天好像只能下載一次，此處我以北京的為例。

下載完解壓后長這樣。

數(shù)據(jù)處理

為什么要進行數(shù)據(jù)處理？
此處下載的數(shù)據(jù)類型包含25個二級類型，通常來講種類過多，不利于后面SWAT的計算與處理，在不影響研究的情況下，可以進行適當?shù)暮喜?#xff0c;當然，如果研究關(guān)注各種土地利用的影響，就另當別論了。

這里我考慮都使用一級類型，即將11和12兩種類型和為一種，21、22、23、24等和為第二種，依次類推。

首先打開工具箱，找到重分類。

打開重分類工具箱，進行重分類。

重分類完成之后的圖像。

構(gòu)建索引表

為什么需要構(gòu)建索引表？
我們下載的數(shù)據(jù)集與swat模型中自帶的數(shù)據(jù)庫類型不完全一致，因此需要根據(jù)重分類后的土地利用情況與SWAT數(shù)據(jù)庫中的類型進行一一對應(yīng)起來，即建立索引表。

構(gòu)建索引表，根據(jù)下載的土地利用的數(shù)據(jù)說明表可以看出，總共分為7類，其中海洋在北京這塊沒有，因此總共是六類，分別是：耕地，林地，草地，水域，城鄉(xiāng)、工礦和居民用地以及未利用土地。

將我們下載的這些土地利用情況與SWAT分類對應(yīng)，建立索引表。

這個對應(yīng)表來源網(wǎng)絡(luò)，在實際使用時根據(jù)情況自行調(diào)整，如果有更好更準確的對應(yīng)方法，不妨各位大佬評論留言一起分享~~~

新建一個txt文件，根據(jù)前面查得的對應(yīng)關(guān)系，將資料填進去，即得到索引表。

土壤數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)下載

數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所（IIASA）所構(gòu)建的世界和諧土壤數(shù)據(jù)庫（Harmonized World Soil Database）（HWSD）。
http://www.fao.org/nr/land/soils/harmonized-world-soil-database/en/

數(shù)據(jù)分辨率為1km，中國境內(nèi)數(shù)據(jù)源為第二次全國土地調(diào)查南京土壤所提供的1：100萬土壤數(shù)據(jù)，外蒙地區(qū)數(shù)據(jù)源為區(qū)域土壤及地形數(shù)據(jù)庫（SOTWIS）比例尺為1：500萬。

數(shù)據(jù)處理

為什么需要進行重分類？
我們下載的數(shù)據(jù)中土壤種類通常很多，數(shù)據(jù)量大，不便于后續(xù)的處理和計算，因此一般先進行重分類，將一些土壤合并，減少種類。

根據(jù)所需要的區(qū)域進行裁剪，同時對裁剪完的圖像進行投影

在SWAT模型中，DEM、土地利用數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)需要投影到統(tǒng)一坐標系，前面的土地利用圖層也是需要投影的，記得自己加上去。

右鍵投影后的圖像，打開圖層屬性，選擇用唯一值顯示，如圖所示。

進行上一步操作后，圖像變成五顏六色的了，左側(cè)每個顏色對應(yīng)一個數(shù)字，數(shù)字表示土壤的編號。

為了更好地理解，需要先打開下載的HWSD數(shù)據(jù)庫。

打開HWSD數(shù)據(jù)庫，雙擊HWSD_DATA這張表，可以看到，這張表里面含有很多數(shù)據(jù)，后面會用到，其中這張表MU_GLOBAL這一列表示的就是前面GIS每種土壤后面對應(yīng)的數(shù)字。

HWSD_DATA這張表后面還會用到，因此先將其導(dǎo)出，在HWSD_DATA上右鍵導(dǎo)出為excel即可，導(dǎo)出之后的表如圖所示，命名為HWSD_DATA。

打開GIS中剛剛處理完的圖層的屬性表，可以看出，其中的VALUE值對應(yīng)上面的MU_GLOBAL，COUNT表示柵格的個數(shù)，需要將這個屬性表導(dǎo)出。

全選屬性表，左上角的小三角下拉選擇Export，選擇路徑和命名，將.dbf文件導(dǎo)出，這個文件可以直接用excel打開。

導(dǎo)出后的表如圖所示，包含VALUE和COUNT。

利用導(dǎo)出的圖層的VALUE值，在HWSD_DATA中的MU_GLOBAL查找，找到相同數(shù)字的一行（即相同土壤編號），復(fù)制粘貼到一起，如圖。

為了便于看清，我習慣于將各個土壤進行中文分類。

利用SU_SYM90這一列的縮寫，對應(yīng)查找土壤的名稱，得到各個土壤的分組，最后匯總得到如圖所示。

經(jīng)過以上的操作，就把GIS的目標圖層的所有土壤數(shù)據(jù)從HWSD_DATA中提取出來了，并且每一個土壤的柵格個數(shù)也統(tǒng)計好了（可以理解為每種土壤面積的占比），同時對每種土壤進行了中文名稱的匯總。

從這張匯總表里面可以看出，土壤的種類有幾十，如果不進行重分類，后面的操作過于麻煩，因此考慮根據(jù)土壤分組進行重分類，同一土壤分組下的所有土壤歸為一類，將該土壤分組中百分比最高的這類土作為最終土壤，該組中其他土壤都采用這類土的屬性。

簡而言之，統(tǒng)一土壤分組中的土，誰的百分比高，其他土就都聽她的，變成它的小弟。

舉例來說根據(jù)得到的這張總表，雛形土中11031這類占比最多，那么其他的雛形土都命名為11031。

這里的分類方法沒有那么絕對，主要目的就是為了減少土壤數(shù)量，在減少數(shù)量的情況下盡量保證原始土壤類型占比多的土壤類型，在處理完之后仍然比較多，而相對小的有可能就被其他土壤類型合并了。

原理清楚了，下面就接著進行GIS操作。打開工具箱，找到重分類。

最后分類完成，得到新的圖層，可以看出土壤類型減少了很多。

為什么需要建立土地利用索引表？
我們下載的數(shù)據(jù)與SWAT中生成的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)不一樣，也就是說我們的土地類型的相關(guān)數(shù)據(jù)在SWAT自帶的數(shù)據(jù)庫中檢索不到，我們需要自己把這些屬性信息添加進去才能使用。

首先我們研究一下SWAT中土壤屬性表有哪些字段，打開SWAT中新建的工程文件夾，其中數(shù)據(jù)庫SWAT2012則是在項目創(chuàng)建時自動建立的，打開土壤屬性表usersoil，將屬性表導(dǎo)出來，單獨放在excel中，將之前根據(jù)圖層篩選得到的土壤類型數(shù)據(jù)粘貼過來，構(gòu)建新的屬性表，下面會講述如何對應(yīng)粘貼。


下面逐一進行介紹，首先介紹土壤的基本屬性。

對于沒有太多作用的字段OBJECTID、MUID、SEQN、S5ID、CMPPT可以自己編寫，我習慣性將HWSD數(shù)據(jù)庫中的MU_GLOBAL填在OBJECTID這一列，SEQ填在SEQN這一列。

其他字段設(shè)置情況：
SNAM可將HWSD中的SU_SYM90寫入；
NLAYERS對應(yīng)HWSD中的T_TEXTURE；
HYDGRP后續(xù)需要計算，先空著；
SOL_ZMX可參考REF_DEPTH，也可寫默認值1000，注意SWAT中單位是mm，HWSD中是cm；
ANION_EXCL默認0.5；
SOL_CRK默認0.5；
TEXTURE后續(xù)需要計算得到，先空著。

注意：有的字段如果原來數(shù)據(jù)庫中有值的話，可以按照HWSD中填寫，如果沒有就寫默認值也行。


下面是土壤第一層的屬性字段，字母后面都寫有數(shù)字1，依次類推，若土壤有三層，則最后這些參數(shù)需要填到3。

字段設(shè)置情況：
SOL_Z1是表層到深層的深度，注意這里要看土壤分幾層，一般如果前述SOL_ZMX是1000mm且土壤分為兩層，那么第一層一般寫300mm，第二層寫700mm；
SOL_BD1可以采用HWSD中的T_REF_BULK_DENSITY字段，也可以采用后面計算的結(jié)果；
SOL_AWC1和SOL_K1需要計算，先空著；
SOL_CBN1采用T_OC的值；CLAY1采用T_CLAY的值；
SILT1采用T_SILT的值；
SAND1采用T_SAND的值；
ROCK1采用T_GRAVEL的值；
SOL_ALB1默認0.001；
USLE_K1需要計算獲得，先空著；
SOL_EC1采用T_ECE的值。

注意：HWSD中字母開頭為T表示第一層，開頭為S表示第二層。


根據(jù)上述的規(guī)則，依次對照前面獲取的HWSD的數(shù)據(jù)，填寫SWAT表頭的數(shù)據(jù)表，最后得到表如圖所示，除了幾個空著的（標黃部分），我的土壤最多只有兩層，因此只寫到了兩層。



計算TEXTURE、SOL_BD（可選）、SOL_AWC、SOL_K。

SOL_BD可以用之前數(shù)據(jù)庫中的值，也可以用這里計算的值

這里要根據(jù)土壤層數(shù)分別計算，TEXTURE對應(yīng)填寫土壤質(zhì)地，用英文首字母縮寫表示，土壤層之間用-連接，以第一層的計算為例。

打開SPAW，點擊options，選擇Units下面的Metric和Volume。


根據(jù)前面填寫的各個參數(shù)，對應(yīng)計算，如圖所示。


將計算得到的數(shù)據(jù)填進excel即可，后面第二層計算方式相同，兩層都計算完了就可以填寫土層結(jié)構(gòu)了。

水文分組HYDGRP的計算
根據(jù)土壤平均粒徑分層計算土壤下滲率，若最小下滲率出現(xiàn)在土層上層深度小于500mm時，則參考正常標準；若最小下滲率出現(xiàn)在土層上層深度500-1000mm時，則將土壤水文單元上調(diào)一類，即B調(diào)至A；若最小下滲率出現(xiàn)在土層上層深度1000mm之下，則基于1000mm之上的土壤下滲率來劃分水文分組。

但一般簡便來算，計算的都最小下滲率查閱表格選擇分組即可。

根據(jù)Z，土壤中含沙量（%）分別計算土壤各層的平均顆粒粒徑Y(jié)，然后計算下滲率X，取其中最小的X作為最小下滲率，考慮兩個公式：
Y=Z/100.03+0.02
X=(20Y)^1.8

當沙粒含量為0時，Y取0.01mm，當沙粒含量為100%時，Y取0.3mm，粘土含量為100%時，Y取0。002mm。

計算完成如下圖所示。

計算USLE_K1可蝕性因子

土壤可蝕性因子計算按照下面幾個公式即可。


計算方式如下。

最后分組完成之后將數(shù)據(jù)加入到SWAT2012中的usersoil中即可。

土壤類型索引表的建立

與土地利用索引表的建立類似，新建一個txt文件。

氣象數(shù)據(jù)的處理

這一塊我的理解也不是很透徹，因此大家僅借鑒

在swat中氣象數(shù)據(jù)的準備包含：天氣發(fā)生器、降水數(shù)據(jù)、氣溫數(shù)據(jù)、相對濕度、
風速和日照，其中前三者是必須的，而天氣發(fā)生器需要自行準備，后面的數(shù)據(jù)可以直接從站點獲取。

數(shù)據(jù)下載

進入下載網(wǎng)站：www.cmads.org.com ，下滑至最后面，可以看見數(shù)據(jù)集和下載鏈接，根據(jù)需要下載相應(yīng)的鏈接。

這里我選擇的是的CMADSV1.0(Chinese)，如圖所示。

進入下載網(wǎng)頁之后，點擊申請下載，需要注冊和登陸，填寫相關(guān)信息，申請成功后可以在個人中心的數(shù)據(jù)訂單的數(shù)據(jù)下載中看見。

根據(jù)指示下載軟件，在軟件最上方輸入相應(yīng)的IP地址，用戶名和用戶密碼，點擊連接之后，一段時間連接成功，在下方的框內(nèi)可以看見數(shù)據(jù)集，右鍵點擊下載即可。

數(shù)據(jù)量比較大，可能需要下載一段時間，此處就不截圖了。

我將文件夾和壓縮包都下載下來了，以備不時之需，下載地址只有一個星期的有效期。

數(shù)據(jù)處理

將壓縮包一一解壓后，找到以下目錄中的地圖，用GIS打開，同時導(dǎo)入自己要用的區(qū)域的圖層。

為了更加清楚看見所需地區(qū)的站點編號，將北京圖層放大，數(shù)據(jù)量大，可能會卡住，圈出北京的所有站點，并記錄下來。

北京：119-167_{119-173、119-167}125-167、125-167_{125-174、119-174}125-174

圈出來的方框共有56個站，可以刪掉距離較遠且沒有代表性的站，我去掉了圖中20個站，因此最終36個站。

根據(jù)圖中標注的文件夾，找到數(shù)據(jù)集中給定的索引文檔，并新建一個自己的索引表，依次根據(jù)前面的編號找到索引表中的數(shù)據(jù)，復(fù)制到自己的文檔中。

所有的索引表都需要進行這一步操作。

一些文檔的解釋：
Relative-Humidity-104000-txt\日平均相對濕度(fraction) (txt)
Precipitation-104000-txt \日24h累計降水量(mm) (txt)
Solar radiation-104000-txt \日平均太陽輻射(MJ/m2) (txt)
Temperature-104000-txt \日最高最低氣溫(℃) (txt)
Wind-104000-txt \日平均風速(m/s) (txt)
PCPFORK.txt 降水索引表
RHFORK.txt 相對濕度索引表
SORFORK.txt 太陽輻射索引表
TMPFORK.txt 溫度索引表
WINDFORK.txt 風速索引表

至此，除了天氣發(fā)生器之外的各項數(shù)據(jù)已經(jīng)基本準備完畢。

天氣發(fā)生器

此處有教程是用的SWATWEATHER進行計算，但我自己研究的時候看到了這個版本，目前還不知道是否可行，能夠計算，但是計算結(jié)果還在驗證中。

新建一個txt文件，根據(jù)前面的站點信息來填寫，如圖所示，根據(jù)前面的索引表來得到txt的內(nèi)容。

導(dǎo)出SWAT2012中WGEN_user這張表，將txt文檔中四列數(shù)據(jù)導(dǎo)入到excel中，后面的數(shù)字可以自己寫。

最后將這個excel導(dǎo)入到SWAT2012中WGEN_user表即可。

打開天氣數(shù)據(jù)定義的對話框，如圖所示。

根據(jù)每一個對話框要求的數(shù)據(jù)，一一導(dǎo)入索引表，天氣發(fā)生器選擇用戶，即選擇了數(shù)據(jù)庫中剛剛自己導(dǎo)入的表，最后點ok，完成導(dǎo)入。

接下來選擇Write SWAT Database Table，點擊全選，然后計算。

這里我是計算完成后的界面，顯示已完成。

最后還有一個更新數(shù)據(jù)庫的選項，如果哪一個表發(fā)生了變化，可以選擇更新。

以上主要介紹了三大比較復(fù)雜的部分的數(shù)據(jù)處理以及軟件操作的相關(guān)部分，自學總結(jié)的經(jīng)驗，如有錯誤，敬請批評指正，謝謝大家~~~
有興趣的可以加入QQ群，一起交流學習278075707

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SWAT模型教程---土地利用、土壤数据、气象数据的处理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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