Mô hình SWAT sử dụng phương pháp chỉ số đường cong SCS (Soil Conservation System) (SCS, 1972) và phương pháp tính thấm Green – Ampt (1911) để xác định dòng chảy mặt.
Phương pháp chỉ số đường cong SCS: Phương pháp SCS là một phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng rộng rãi vào những năm 1950. Phương pháp này được phát triển để đánh giá dòng chảy ứng với các kiểu sử dụng đất và tính chất đất khác nhau (Rallison và Miller, 1981).
Phương trình cơ bản:
Trong đó:
– Qsurf là lượng dòng chảy mặt hay mưa hiệu quả (mm);
– Rday là lượng mưa ngày (mm);
– Ia là khả năng trữ nước ban đầu hay tổn thất ban đầu(mm);
– S là thông số lượng trữ (mm).
Thông số lượng trữ thay đổi theo không gian tùy theo những thay đổi về tính chất đất, về việc sử dụng và quản lý đất, độ dốc và thời gian. Thông số này được xác định như sau:
Trong đó: CN là chỉ số đường cong.
Thông thường Ia = 0,2S và phương trình được viết như sau:
Phương pháp tính thấm Green & Ampt: Phương trình tính thấm theo Green – Ampt được xây dựng để tính toán lượng thấm tại bất kỳ thời điểm nào (Green và Ampt, 1911). Phương trình giả thiết rằng mặt cắt đất là đồng nhất và độ ẩm kỳ trước phân bố đều trong đất. Khi nước thấm vào trong đất, mô hình giả thiết rằng đất ở tầng trên sau khi đã bão hoà sẽ tạo thành một bề mặt phân cách
Sự khác nhau giữa phân phối độ ẩm theo chiều sâu mô phỏng theo phương trình Green – Ampt và trong thực tế
Mein và Larson (1973) đã xây dựng một phương pháp luận để xác định thời gian giữ nước dựa trên phương trình Green – Ampt. Phương pháp xác định mưa hiệu quả của Mein – Larson Green – Ampt được hợp nhất trong mô hình SWAT để cung cấp một lựa chọn trong việc xác định dòng chảy mặt. Tốc độ thấm được xác định theo công thức:
Trong đó:
– finf,t là tốc độ thấm tại thời điểm t (mm / giờ);
– Ke là tính dẫn thủy lực (mm / giờ);
– Ψwf là cột nước mao dẫn (mm);
– Δθv là sự thay đổi thể tích ẩm tại bề mặt phân cách (mm / mm);
– Finf,t là lượng thấm luỹ tích tại thời điểm t (mm).
Với mỗi bước thời gian, SWAT tính toán tổng lượng nước thấm vào trong đất, lượng nước không thấm sẽ sinh ra dòng chảy mặt.
