SWAT模型簡介
SWAT模型是在SWRRB(Simulator for Water Resources in Rural Basins)模型基礎上發展起來的，融合了ARS幾個模型的特點。模型自開發以來，已經在北美、歐洲等地取得了廣泛的應用驗證，并在應用中不斷的改進。SWAT模型幾經修改補充，已曆經了許多個版本。部分研究認為，SWAT模型是在以農業和森立為主的流域具有連續模拟能力的最有前途的非點源污染模拟模型。
SWAT模型的産生
SWAT模型的最直接前身是SWRRB模型。而SWRRB模型則起始于20世紀70年代美國農業部農業研究中心開發的CREAMS(Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems)模型。此時的SWRRB模型還是一個僅能夠模拟土地利用對田間水分、泥沙、農業化學物質流失影響、具有物理機制的田間尺度非點源污染模型。為了解決水質評價問題，SWRRB模型于20世紀80年代後期引進了重點描述地下水中化學物質、農藥對農業生态系統影響的GLEAMS(Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems)模型的殺蟲劑部分。同時，為了研究土壤侵蝕對作物生産力的影響，引進作物生長模型EPIC(Erosion- Productivity Impact Calculator)。至此，SWRRB模型已可模拟評價複雜農業管理措施下的小流域尺度非點源污染，但于較大尺度流域的模拟尚不可靠，最大僅能用于500km2的流域範圍内。
20世紀80年代晚期，美國印第安事務局（the Bureau of Indian Affairs）急需一個适于數千平方公裡的模型來評價亞裡桑那州和新墨西哥州的印第安保留土地區的水資源管理措施對下遊流域的影響。為在幾千平方公裡大流域内應用SWRRB模型，必須将該流域劃分成若幹個面積約為幾百平方公裡的子流域。然而SWRRB模型僅能将子流域劃分為10個，且各子流域排出的徑流量和泥沙量直接通過流域出口。由于SWARRB模型在模拟較大尺度的流域時存在的這些不足，又開發了ROTO(Routing Output to Outlet)，該模型接受SWRRB模型的輸出結果，通過河道和水庫的彙流計算彙集到整個流域的出口，有效克服了SWRRB模型子流域數量的限制，但還存在輸入輸出文件量大煩瑣，計算存儲空間所需大等缺點。20世紀90年代，為解決上述問題，提高計算效率，在Aronld主持下将SWRRB與ROTO整合在一起成為SWAT模型，實現了模型的統一。
SWAT模型的發展
自SWAT模型建立後又經曆了多次修改，各個版本的主要修改内容如下：
SWAT94.2：引入多水文響應單元（Multy Hydrologic Response Units）。水文響應單元的引入讓更多的空間物理特性得到考慮，使模型能夠反映不同土地利用和土壤類型的蒸發、産流、入滲等水文過程，從而提高了産出預測的精度。
SWAT96.2：在管理措施中增加了自動施肥和自動灌溉；增加了植物冠層截留；在作物生長模型中引進了CO2部分用來分析氣候變化的影響；增加了Penman-Monteith潛在蒸騰方程式；增加了基于動力波的土壤中側向流動的計算模塊；增加了河道中營養成分的水質方程以及對殺蟲劑遷移的模拟。
SWAT98.1：改進了融雪模塊、河道中水質計算模塊；擴展了營養成分循環模塊；在管理措施中增加了放牧、施肥等選項；模型得以改進為适用于南半球。
SWAT99.2：修改了營養成分、水稻及濕地模塊。年份表示由二位改為四位。增加了由于沉澱作用引起的水庫、池塘、濕地中養分減少的計算；增加了城區污染物的累積和沖刷計算。
SWAT2000：增加了細菌遷移模塊，Green-Ampt入滲模塊，馬斯京根法彙流計算；改進了天氣生成器；允許太陽輻射、相對濕度、風速、潛在的ET值等直接讀入或生成；改進了高程處理過程，為适用于熱帶地區對休眠部分的計算進行了修改。
AVSWAT2000：将SWAT2000作為一個擴展模塊結合到ArcView GIS中，具備了很強的空間分析與處理功能。
AVSWAT2005：集成了敏感性分析和自動校準與不确定性分析模塊。并且增加了日以下步長的降水量生成器和允許用戶定義天氣預測期。前者為SWAT模型的短期預報打下了基礎；後者允許用戶在模拟降水時，預測期之前降水采用多年平均值而預測期降水采用預測期平均值來模拟，這種改進對評價流域内預測天氣的影響非常有用，如預測暴雨的影響可以提早對水庫進行合理的調控。
模型的原理與結構
SWAT是一個物理基礎的模型，可以進行連續時間序列的模拟。SWAT模拟的流域水文過程分為水循環的陸面部分（即産流和坡面彙流部分）和水循環的水面部分（即河道彙流部分）。前者控制着每個子流域内主河道的水、沙、營養物質和化學物質等的輸入量；後者決定水、沙等物質從河網向流域出口的輸移運動。整個水分循環系統遵循水量平衡規律。
SWAT模型涉及到降水、徑流、土壤水、地下水、蒸散以及河道彙流等。
模型數據處理過程
SWAT模型所需的數據有地形、土壤、土地利用、氣象、水文、營養物質等，根據研究目的不同可以選擇建立不同的數據庫，模型本身帶有Land Cover/Plant Growth Database、Urban Database數據庫。除此之外，還需要結合研究區域的特點和研究目的，建立用戶數據庫，其中包括耕作數據庫、殺蟲劑數據庫、營養物質數據庫、土壤數據庫。
