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【水文水资源] SWAT、AquaCrop模型、HYPE、Aquatox、Delft3D、FVCOM、3s水文、

news 2025/7/25 11:10:32

基于ArcGIS Pro的SWAT模型全流程高效建模实践与深度进阶应用

目前，流域水资源和水生态问题逐渐成为制约社会经济和环境可持续发展的重要因素。SWAT模型是一种基于物理机制的分布式流域水文与生态模拟模型，能够对流域的水循环过程、污染物迁移等过程进行精细模拟和量化分析。

第一部分：SWAT模型实践部分

一、SWAT模型及应用介绍

1.1 面源污染概要

1.2 SWAT模型及应用

1.3 AI大模型辅助SWAT应用

1.4 SWAT模型原理
1.5 SWAT模型输入文件

1.6 ArcGIS Pro下的SWAT模型

二、SWAT模型中GIS必备技术

2.1 ArcGIS Pro的优势

2.2 ArcGIS Pro安装和注意事项

2.3 ArcGIS Pro必备技术

2.4 ArcGIS Pro常见数据格式

三、SWAT模型操作流程
3.1 SWAT模型安装

3.2 建立SWAT项目

3.3 SWAT模型子流域划分

3.4 HRU划分

3.5 气象数据及其它数据输入

3.6 SWAT运行及结果读取

四、SWAT结果分析及地图制作

4.1 SWAT结果查看与导出

4.2 SWAT结果时间变化分析

4.3 SWAT结果空间变化分析

4.4 SWAT结果符号设置与地图制图

五、DEM数据制备流程

5.1 DEM数据的作用

5.2 认识DEM数据

5.3 DEM数据的获取

5.4 DEM数据的预处理

六、掩膜数据制备流程

6.1 掩膜数据的作用与原理

6.2 认识burn in数据

6.3 ArcGIS Pro数字化简介

6.4 制作研究区掩膜数据

七、土地利用数据制备流程

7.1 土地利用调用流程

7.2 土地利用的获取

7.3 土地利用处理

7.4 ArcGIS Pro遥感数据解译土地利用

7.5 土地利用类型索引表建立

八、土壤数据制备流程

8.1 土壤数据调用流程

8.2 土壤数据的获取

8.3 土壤数据的处理

8.4 SWAT土壤数据库参数

8.5 土壤数据库参数计算

8.6 土壤类型索引表的建立

九、气象数据制备流程

9.1 气象数据的调用原理

9.2 气象数据获取

9.3 气象数据处理

9.4天气发生器介绍及参数计算

9.5 气象站点索引文件制作

十、其它数据制备流程

10.1 点源污染输入

10.2 水库数据输入

10.3 灌溉措施输入

10.4 管理措施输入

十一、参数率定与结果验证

11.1 参数率定与结果验证原理

11.2 SWAT-CUP软件介绍

11.3 SWAT-CUP水量率定与验证

11.4 SWAT-CUP水质率定与验证

11.5 参数敏感性分析

11.6 率定验证后参数回带及模拟

十二、SWAT模型结果分析

12.1 水源涵养量分析

12.2 SWAT模型泥沙分析

12.3 面源污染时空变化分析

第二部分：SWAT模型【进阶部分】

一、SWAT模型应用热点分析

1.1 SWAT模型应用文献解析及热点剖析

1.2 讨论

二、AI大模型辅助SWAT模型建模与分析
2.1目前常用大模型介绍

2.2 如何使用好AI

2.3 prompt介绍

2.4 AI大模型与SWAT模型建模与分析

三、无资料地区快速建立SWAT模型

3.1 无资料地区DEM数据制备

3.2 无资料地区土地利用制备

3.3 无资料地区土壤数据制备

3.4 无资料地区气象数据制备

3.5 SWAT建模过程中的AI应用

3.6 案例分析：遥感产品和SWAT模型结合研究

四、基于控制单元的流域SWAT模型建立

4.1 ArcGIS Pro水文分析及SWAT应用

4.2 pre-defined子流域及河网完整制备及注意事项

4.3 HRU深入剖析及可视化分析

4.4 pre-defined建模过程中的AI应用

4.5 案例分析：基于控制单元的流域SWAT模型建立

五、SWAT模型不确定性分析

5.1 不确定性分析

5.2 输入不确定性分析

5.3 参数不确定性分析

5.4 不确定性分析中的AI应用

5.5 案例分析：AI辅助下SWAT模型中DEM数据的不确定性分析

六、未来气候变化对水资源及面源污染的影响

6.1 气候变化简介

6.2 CMIP6数据介绍及下载

6.3 基于ArcGIS Pro及python的CMIP6数据处理

6.4 基于AI的CMIP6数据处理

6.5 案例分析：气候变化对SWAT模拟结果的影响

七、土地利用变化对水资源及面源污染的影响

7.1 土地利用变化简介

7.2 ArcGIS Pro土地利用变化分析

7.3 土地利用变化对SWAT模型结果的影响

7.4 FLUS未来土地利用变化预测

7.5 基于AI的土地利用变化分析

7.6 案例分析：土地利用变化对SWAT模拟结果的影响

八、关键源区及BMPs设置

8.1 最佳管理措施介绍

8.2 关键源区分析

8.3 SWAT中BMP的设置

8.4 BMP效果分析

8.5 BMP实施中的AI应用

8.6 案例分析：退耕还林措施对SWAT模拟结果的影响

九、SWAT改进与模型耦合

9.1 SWAT模型代码修改及应用

9.2 与SWAT模型结合的常用模型文献分析

9.3 SWAT模型改进中的AI应用

9.4 案例分析：SWAT模型初损率改进及对水资源的影响分析

十、常见问题及答疑

10.1 SWAT建模过程中常见问题汇总及解答

10.2 现场答疑

AquaCrop模型农业水资源管理及代码解析

AquaCrop是由世界粮食及农业组织（FAO）开发的一个先进模型，旨在研究和优化农作物的水分生产效率。这个模型在全球范围内被广泛应用于农业水管理，特别是在制定农作物灌溉计划和应对水资源限制方面显示出其强大的实用性。AquaCrop 不仅包含一个全面的数据库，还提供了用户友好的接口，使得它在实际应用中极为便捷。

专题一、模型原理与数据要求

1. AquaCrop模型的应用范围

2. 模型基本原理与计算框架

3.模型输入数据要求

4.模型应用实例简介

专题二、模型数据准备

1.气象数据准备：包括温度、降水量、蒸发量等。

2.土壤数据制备：土壤类型、含水量、水分保持能力

3.农作物数据制备：作物类型、生长周期、水分需求

4.管理措施的输入：灌溉方式、施肥计划、病虫害管理。

专题三、模型运行及结果分析

1.模型运行步骤

2.模型输出

3.模型结果分析（在线版）

专题四、参数分析

1.敏感性分析方法

2.模型敏感参数

3.参数的不确定性分析方法

4.参数的不确定性分析

5.参数调优建议

专题五、源代码分析

1.现代Fortran基础

2.模型Fortran代码编译

3.模型代码结构

4.模型入口分析

5.模型主要计算功能分析

全流程FVCOM水环境、污染物迁移、水交换、水质、潮流、温盐、波浪及泥沙数值模拟实践技术应用

近年来，随着计算技术的发展和对海洋、水环境问题认识的加深，数值模拟技术在海洋、水环境等科学研究中的应用越来越广泛。FVCOM因其独特的优点，成为研究海洋动力过程、污染物扩散、水质变化等问题的重要工具。作为一种基于有限体积法的数值模型，以其精确的计算方法和强大的适应性，广泛应用于水环境、潮流、温盐、波浪、泥沙等多种过程的模拟。FVCOM采用非结构化网格，可以灵活地适应复杂地形和不规则边界，这使得它在模拟中表现非常出色。其次基于有限体积法，确保了计算的保守性和稳定性，能够准确模拟潮流、波浪和泥沙等物理过程。FVCOM在水环境领域的应用也十分广泛，涵盖了污染物迁移模拟、水质数值模拟、海洋生态系统模拟、水交换过程模拟以及极端天气对水环境的影响等众多方面。

第一章、FVCOM基础理论

1、主流海洋数值模式及特点介绍

2、FVCOM控制方程介绍

3、FVCOM数值方法介绍

4、FVCOM程序计算流程介绍

5、FVCOM求解过程推导详解

第二章、FVCOM运行环境部署

1、虚拟机安装及配置

2、Linux系统安装配置

3、Linux系统下FVCOM常用命令介绍

4、INTEL编译器安装配置

5、OPENMPI安装配置

6、NETCDF库安装配置

7、Linux环境变量配置

8、实操练习：FVCOM运行环境搭建及水动力算例运行

第三章、FVCOM三维水动力数值模拟前处理

1、岸线数据提取及处理

2、地形数据的获取及处理

3、SMS非结构三角形网格生成

4、SMS网格划分、优化技巧详解

5、SMS地形数据插值

6、实操练习：某海域岸线提取，SMS生成优化及地形插值

7、Python前处理使用及详解

8、Matlab前处理使用及详解

9、Chinatide前处理使用及详解

10、实操练习：某海域岸线FVCOM运行所需全部的文件制作

第四章、FVCOM三维水动力数值模拟

1、FVCOM 编译及所有模块详解

2、FVCOM模型可解决问题介绍

3、FVCOM运行所需全部参数详解

4、案例讲解：某海域FVCOM三维水动力数值模拟参数设置

5、FVCOM运行时可视化变量检查

6、实操练习：使用FVCOM进行某海域三维水动力数值模拟

第五章、FVCOM三维水动力计算结果可视化及率定方法

1、FVCOM水动力计算结果文件查看及全部变量详解

2、Matlab绘制水位等值线图、流场矢量图

3、FVCOM水动力常用率定方法介绍

4、案例讲解：某海域水动力计算结果的率定

5、实操练习：FVCOM水动力计算结果可视化

第六章、FVCOM三维温盐数值模拟前处理

1、FVCOM三维温盐数值模拟所需文件介绍

2、FVCOM三维温盐模拟所需气象数据下载及处理

3、FVCOM三维温盐初始场设置

4、FVCOM三维温盐开边界数据下载及处理

5、径流输入文件制作

6、实操练习：某海域FVCOM三维温盐前处理文件制作

第七章、FVCOM三维温盐数值模拟率定及可视化

1、FVCOM三维温盐模块编译

2、FVCOM三维温盐数值模拟参数配置

3、FVCOM三维温盐数值模拟结果可视化

4、FVCOM三维温盐常见率定方法介绍

5、温度极大值、盐度极小值等常见问题的处理

6、实操练习：某海域FVCOM三维温盐数值模拟结果可视化及初步率定

第八章、FVCOM波浪数值模拟及可视化分析

1、SWAN模型介绍

2、FVCOM波流模块介绍

3、FVCOM波流模块编译

4、FVCOM波流模块配置文件详解

5、FVCOM波流输入文件制作及试运行

6、参数设置及率定方法浅析

7、案例+实操练习：某海域波浪数值模拟

8、FVCOM波浪可视化及结果分析方法

第九章、FVCOM泥沙数值模拟及可视化分析

1、FVCOM泥沙模型介绍

2、FVCOM泥沙模块编译

3、FVCOM泥沙模块配置文件详解

4、FVCOM泥沙输入文件制作及试运行

5、参数设置及率定方法浅析

6、案例+实操练习：某海域泥沙数值模拟

7、FVCOM泥沙可视化及结果分析方法

第十章、FVCOM示踪（粒子）数值模拟及可视化分析

1、FVCOM示踪（粒子）数值模拟所需文件介绍

2、FVCOM粒子追踪模块编译

3、该问题粒子释放文件制作

4、该问题参数设置

5、案例+实操练习：某海域示踪（粒子）数值模拟

第十一章、FVCOM交换（染色剂）数值模及可视化分析

1、FVCOM交换（染色剂）数值模拟结果可视化

2、粒子时空分布作图及分析

3、粒子输运轨迹作图及分析

4、不同动力因素对结果影响作图及分析

5、欧拉余流作图及分析

6、拉格朗日余留及分析

7、案例+实操练习：某海域交换（染色剂）数值模拟

第十二章、FVCOM三维水质数值模拟

1、FVCOM三维水质控制方程各生化反应源项详解

2、FVCOM三维水质输入文件介绍

3、水质初始场文件制作

4、水质污染物源项输入文件制作

5、几种水质开边界文件制作

6、FVCOM三维水质参数文件制作

7、FVCOM三维水质模拟参数配置

8、实操练习：某海域FVCOM三维水质数值模拟输入文件制作

第十三章、FVCOM三维水质计算结果可视化及率定方法

1、FVCOM三维水质计算结果可视化

2、基于污染源排放等问题的FVCOM水质源码修改

3、NC格式输出FVCOM水质变量的源码修改

4、相关性分析在FVCOM水质模型参数率定中的应用

5、参数敏感性分析在FVCOM水质模型参数率定中的应用

6、实操练习：某海域FVCOM三维水质数值模拟结果可视化及初步率定

第十四章、总结回顾及问题答疑

1、FVCOM水动力数值模拟流程回顾

2、FVCOM温盐数值模拟流程回顾

3、FVCOM波浪数值模拟流程回顾

4、FVCOM泥沙数值模拟流程回顾

5、FVCOM示踪（粒子）数值模拟流程回顾

6、FVCOM交换（染色剂）数值模拟流程回顾

7、FVCOM水质数值模拟流程回顾

8、问题答疑

Delft3D水动力与泥沙运动模拟实践技术应用

水体中泥沙运动是关系到防洪，调水等方面的重要问题，也是水利和水环境领域科研热点之一。水利数值模型，在环境影响评价、防洪规划等方面也有着广泛的应用。荷兰Delft研究所开发的Delft3D模型是世界上最先进的水动力之一，能够运用于河网、浅水湖泊、深水水库以及近岸海洋等多种水体的水动力和泥沙问题的研究中；同时，Delft3D具备从网格构建、水动力计算、波浪模块、泥沙运动、海洋地貌预测以及后处理展示等完整的水环境模型构建方案，更为难得的是Delft3D的各模块已经开源，使用者不需要花费任何财力即可使用。目前，Delft3D模型使用的阻碍主要是其复杂的模型构建方法，需要有长期使用经验才能够较好的将其应用于各种问题中。

第一部分Delft3D水动力模型的基本原理

1、水动力数值模型的基本原理

2、Delft3D水动力模型的特点

3、水动力数值模型的求解

第二部分构建Delft3D模型的基本流程

1、Delft3D软件的安装

2、Delft3D模型构建的基本流程