(SWAT-3)SWAT土壤数据库的建立
一、提取所研究区域的soil栅格数据来源于联合国粮农组织(FAO)和维也纳国际应用系统研究所(IIASA)所构建的世界和谐土壤数据库HWSD。http://www.fao.org/nr/land/soils/harmonized-world-soil-database/en/数据分辨率为1km,中国境内数据源为第二次全国土地调查南京土壤所提供的1:100万土壤数据,外蒙地区数据源为区域土壤及地形数
一、 提取所研究区域的soil栅格
数据来源于联合国粮农组织(FAO)和维也纳国际应用系统研究所(IIASA)所构建的世界和谐土壤数据库HWSD。
http://www.fao.org/nr/land/soils/harmonized-world-soil-database/en/
数据分辨率为1km,中国境内数据源为第二次全国土地调查南京土壤所提供的1:100万土壤数据,外蒙地区数据源为区域土壤及地形数据库(SOTWIS)比例尺为1:500万。
裁剪自己所需研究区域的dem。
二、 对提取的土壤dem进行投影
在SWAT里输入的dem均需投影在同一平面坐标系内。
1、 将soil图层加载到GIS里,在该图层的属性里将显示值改为唯一值。
2、 将dem投影成平面坐标系
Data Management Tools →Projections And Transformations→ Raster →Project Raster
若在选择投影坐标系统无当前投影选项时,需要先定义一个坐标转换:
Projections And Transformations→ Define Projection→Raster →Project Raster
三、 土壤重分类
1、 将投影后的dem属性表导为.dbf文件:
用Excel打开导出的dbf文件如下图:
2、 找到并打开HWSD 数据库:
3、 找到数据库中的HWSD_DATA双击打开后如下图,其中MU_GLOBAL值与前面导出的soil属性表中VALUE值是对应的,导出此表备用。
(鼠标右键单击HWSD_DATA,导出,Excel)
导出后表格如下:
4、 利用导出的属性表里的VALUE值去查找HSWD_DATA里MU_GLOBAL值。将相同值对应的HSWD_DATA里的数据全部摘录在同一张表里,如下:
根据HSWD_DATA里SU_SYM90值去查找对应的中文含义:
5、 计算属性表里每一个VALUE对应的栅格数目占比,找出属于同一土壤分组中占比最大的值,并将该分组内的所有土壤记为此值,均采用占比最大的土壤所持有的的属性。
例:下表中雏形土(CAMBISOLS)所属分组中包含有30个不同的value值,且各代表栅格占比不同,其中11031的占比最大,所以将其余29个都归为11031代表的土壤类型中,所有属性均采用11031对应的属性。
6、 采用此方法,对所有数据进行处理之后,在GIS里对投影后的soil数据进行重分类:ArcToolbox →Spatial Analyst Tools→ Reclass→ Reclassify
重分类后的dem如下图:
四、 土壤数据库建立
因下载的数据与SWAT中生成的数据库的数据不一致,所以需要建立一个索引关系,让自带的数据库能够识别我们输入的数据。
1、 找到新建的SWAT工程文件夹里的SWAT2012.mdb数据库,找到usersoil表,导出为Excel备用。
2、 将已重分类好的各项数据粘贴到导出的usersoil表中,各项参数解释如下(以下HSWD表指已经重分类并摘录出相关参数信息的表):
(1) OBJECTID、MUID、SEQN(不要超过4个字段)、S5ID 、CMPPCT无实际意义,可任意填写。
(2) SNAM:土壤的名称,可以填写土壤分组英文名称.
(3) NLAYERS :土壤层数,根据土壤分层确定.
(4) HYDGRP:水文分组,根据最小渗透率确定 .
(5) SOL_ZMX :土壤剖面最大根系深度,默认1000,也可以填HSWD里REF_DEPTH*10(单位换算,SWAT单位mm。HSWD单位cm).
(6) ANION_EXCL : 阴离子交换孔隙度(默认0.5)
(7) SOL_CRK : 土壤剖面潜在或最大裂隙体积(默认0.5)
(8) TEXTURE : 土壤层结构(可根据SPAW的结果确定)
下面是第一层土壤的数据,后面的数字代表第几层,HSWD里显示有几层,则需要填到后缀字母相同为止,1对应T,2对应S。
(9) SOL_Z1 : 表层到底层的深度,注意这里要看土壤分几层,一般如果前述SOL_ZMX是1000mm且土壤分为两层,那么第一层一般写300mm,第二层写1000mm
(10) SOL_BD1:土壤湿容重,采用HSWD表里的(T_REF_BULK_DENSITY)对应的值
(11) SOL_AWC1:土壤可利用水量(SPAW计算)
(12) SOL_K1:饱和水力传导系数(SPAW计算)
(13) SOL_CBN1 :有机碳含量,采用HSWD表里的(T_0C)
(14) CLAY1:粘土,采用HSWD表里的(T_CLAY)
(15) SILT1:粉土,采用HSWD表里的(T_SILT)
(16) SAND1 :沙土,采用HSWD表里的(T_SAND)
(17) ROCK1 :砾石,采用HSWD表里的((T_GRAVEL))
(18) SOL_ALB1 :地表反照率(默认0.01)
(19) USLE_K1: USLE方程中的可蚀性因子(计算)
(20) SOL_EC1:电导率,采用HSWD表里的(T_ECE)
注:(14)、(15)、(16)条需要进行粒径转换,三者之和应为100。
除需要通过计算的,可将HSWD表里的数据粘贴到导出的usersoil表中。
3、 用SPAW软件计算TEXTURE、SOL_BD(可选)、SOL_AWC、SOL_K
首先打开SPAW对其进行如下设置:
设置完成后,将数据分别输入SPAW中进行计算(注意:每次输完数之后按回车键):
注:(1)Salinity、Compaction对计算结果影响不大,可不用设置。
(2)有教程里也讲到SOL_AWC=Field Capacity(田间持水量)-Wilting Point(饱和导水率),本次采用的是截图里的取值方式。
4、 计算USLE_K(可蚀性因子)
利用Williams等在EPIC模型中发展起来的土壤可蚀性因子K值的估算方法,只需要土壤的有机碳和颗粒组成资料即可计算。公式如下:
5、 水文分组HYDGRP计算
土壤水文学分组的定义在 SWAT 用户手册中对其分组标准进行了规定,主要依据 0-5 m 厚的表层土壤的饱和导水率大小, 将土壤分成 A、 B、 C、 D 4 组,并作出了概念性的说明。 A 类为渗透性强、潜在径流量很低的一类土壤,主要是一些具有良好透水性能的砂土或砾石土,土壤在完全饱和的情况下仍然具有很高入渗速率和导水率;B 类为渗透性较强的土壤,主要是一些砂壤土,或者在土壤剖面的一定深度处存在一定的弱不透水层,当土壤在水分完全饱和时仍具有较高的入渗速率; C 类为中等透水性土壤,主要为壤土,或者虽为砂性土,但在土壤剖面的一定深度处存在一层不透水层,当土壤水分完全饱和时保持中等入渗速率; D 类为微弱透水性土壤,主要为粘土等。
根据Z土壤中含沙量(%)分别计算土壤各层的平均颗粒粒径Y,然后计算下渗率X,取其中最小的X作为最小下渗率,考虑两个公式:
Y=Z/10×0.03+0.002
X=(20*Y)^1.8
当沙粒含量为0时,Y取0.01mm,当沙粒含量为100%时,Y取0.3mm,粘土含量为100%时,Y取0.002mm。
计算示例:
至此 SWAT模型土壤物理属性数据库所需参数全部确定,如下:
将分组完成的usersoil表导入SWAT数据库中对应的usersoil表中。
6、 新建.txt文档,建立与土地利用索引表类似的土壤索引表。
土壤数据库建立完成。
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