Mô hình SWAT được phát triển liên tục trong gần 30 năm qua bởi viện nghiên cứu nông nghiệp USDA. Phiên bản đầu tiên của SWAT là mô hình USDA- ARS (Hình 1) bao gồm chất hóa học, dòng chảy và xói mòn từ mô hình hệ thống quản lý nông nghiệp (CREAMS), tác động lượng nước ngầm trong mô hình hệ
33
thống quả lý nông nghiệp (GLEAMS), và mô hình khí hậu chính sách tác động môi trường (EPIC)- tính toán tác động hiệu suất xói mòn. Mô hình SWAT hiện tại là phiên bản tiếp theo của tính toán tài nguyên nước trong mô hình lưu vực SWRRB - tính toán tác động của quản lý lưu vực đối với chuyển động của nước, bùn cát.
Hình 2.2. Sơ đồ lịch sử phát triển của mô hình SWAT
Sự phát triển của SWRRB bắt đầu những năm đầu thập niên 80, biến đổi của mô hình thủy văn mưa ngày CREAMS. Trải qua quá trình nâng cấp mô hình tăng diện tích tính toán, cải thiện các phương pháp tính tốc độ dòng chảy lũ, tổn thất truyền, thêm vào một vài thành phần mới như dòng chảy nhập lưu, bể chứa, mô đun phát triển vụ mùa EPIC, tính các thông số khí hậu, và vận chuyển bùn cát, kết hợp thành phần thuốc trừ sâu, phương pháp USDA – SCS để ước tính tốc độ dòng chảy lũ, các phương trình bùn cát được phát triển thêm. Các biến đổi này mở rộng khả năng của mô hình giải quyết các vấn đề quản lý chất lượng nước lưu vực.
Arnold và cộng sự (1995b) đã phát triển thêm mô đun diễn toán ROTO đầu thập niên 90 để hỗ trợ đánh giá tác động của quản lý tài nguyên nước, bằng liên kết kết quả đầu ra của SWRRB, diễn toán dòng chảy qua lòng dẫn và bể chứa trong ROTO thông qua phương pháp diễn toán theo đoạn sông. Hệ phương pháp này đã khắc phục được giới hạn của SWRRB. Sau đó SWRRB và ROTO được kết hợp thành một mô hình SWAT để hạn chế nhược điểm cồng kềnh của nó (hình 1). SWAT dữ lại tất cả các đặc trưng mà tạo ra trong SWRRB và cho phép tính toán với khu vực rất lớn.
34
tạo ra vào đầu thập niên 90. Những nâng cấp quan trọng cho các phiên bản trước của mô hình (SWAT94.2, 96.2, 98.1, 99.2, and 2000) bao gồm sự kết hợp diễn toán động học trong sông từ mô hình QUAL2E.
SWAT94.2: mô phỏng đường lưu lượng đơn vị
SWAT96.2 Phiên bản này cập nhật thêm phần quản lý về hàm lượng chất hữu cơ trong đất, trong đó nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu tới sự phát triển của cây trồng. Phương trình chất lượng nước từ mô hình QUAL2E được sử dụng đến.
SWAT98.1: Phiên bản này thêm phần diễn toán dòng chảy do tuyết tan, chất lượng nước trong sông
SWAT99.2: Phiên bản này cập nhật thêm diễn toán chất lượng nước cho hồ chứa, phần thuỷ văn đô thị được cập nhật từ mô hình SWMM.
SWAT2000. Cập nhật thêm phương trình thấm của Green & Ampt, cập nhật thêm các yếu tố khí tượng thời tiết như bức xạ mặt trời, tố độ gió..., cho phép giá trị bốc thoát hơi tiềm năng của lưu vực có thể được đưa vào như là số liệu đầu hoặc được tính toán theo phương trình ... Đặc biệt trong phiên bản này có sử dụng môi trường ARCVIEW là môi trường giao diện. Trong báo cáo sẽ giới thiệu phiên bản mới này.
Để mô hình hóa các quá trình mưa – dòng chảy, có thể sử dụng nhiều phương pháp. Các phương pháp này có thể sử dụng để giải đáp các mục tiêu thủy văn khác nhau, như thủy văn vận hành, lũ lụt, hạn hán hoặc mô hình hóa truyền ô nhiễm. Một trong những bước đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu thủy văn cụ thể. Lựa chọn mô hình theo dữ liệu mà mô hình cần, mục tiêu (ví dụ như yêu cầu dự báo hoặc mô hình hóa các kịch bản thảm họa), kích thước lưu vực, kết hợp với GIS hoặc các phần mềm khác để tập hợp, phân tích hoặc biểu diễn dữ liệu và kết quả, cũng như tham khảo, hỗ trợ và giá cả. Với nhiều lưu vực lớn (trên 100 km2) có thể được kết hợp hiệu quả với mô đun diễn toán để tính toán quá trình sóng lũ. Sau khi cân nhắc nghiên cứu đã lựa chọn mô hình SWAT để thực hiện mục tiêu của đề tài. [23, 24]