裴源生，许继军，肖伟华，杨明智，，侯保灯

（1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；2.长江水利委员会长江科学院水资源综合利用研究所，湖北武汉 430010）

1 研究背景

用水总量、用水效率和水功能区纳污总量三者之间相互联系、相互影响，存在着“此消彼长”或“同消同长”的动态响应关系［1］。人类生产活动打破了原有的自然水循环演变规律，产生了以取-用-耗-排水为特征的人工侧支水循环通量与路径，同时也改变了氮、磷等营养物质在大气、土壤、水体中的迁移转化过程，使水循环附有了显著的“自然-人工”二元特性［2］。人为地割裂二者之间的联系必然难以准确描述人工扰动下的水循环及其伴生的水化学过程，影响“三条红线”控制指标确定结果的科学性与合理性。只有将最严格水资源管理制度与对二元水循环的认识与研究相结合，深入研究人类活动干扰情况下的水循环规律，才能对“三条红线”进行科学制定。这涉及经济社会发展模拟、河流水质过程模拟、水循环以及与之紧密联系的供-用-耗-排水过程模拟等多个方面。因此，开发出基于物理机制的、可操作性强且功能完善的二元水循环模型工具是科学合理地划定“三条红线”控制指标的必要手段。

水文模型已成为探索复杂水循环机理的有效工具，在水资源管理、人类生产活动对水循环的影响等方面的研究中发挥了不可替代的作用。目前具有代表性的水文模型有SWAT模型［3］、MODFLOW模型［4］，MIKESHE模型［5］和VIC模型［6］等。随着人类活动对水循环干预的增强，传统的水文模型已经难以适应这种基于强人类扰动过程的精细化模拟需求。众多专家学者开始尝试在传统的水文模型框架上寻求新的突破。部分学者通过改进原有的水文模型，增加人工用水模块［7-9］，研究人类扰动下的水循环演变规律；部分学者通过自主研发，在模型设计中将自然水循环模拟与人工取-用-耗-排水过程模拟相耦合，先后提出了多种分布式水循环模型。如贾仰文等［10］提出了WEP-L模型，在黄河流域进行了应用；赵勇等［11］提出了适用于平原区的分布式水循环模型WACM，在宁夏地区进行了应用；陆垂裕等［12］提出了面向OPP 的分布式模型MODCYLE，并先后在海河、淮河等地区进行了应用［13-14］；桑学锋等［15-16］将水文模拟和人工调配模拟相结合，构建了概念性分布式水资源综合模拟与调配模型WAS，实现了自然-社会水循环过程的实时联动互馈模拟。

SWAT模型是目前最为经典的、在世界范围内使用最广的分布式水文模型之一［7］。SWAT模型不仅能够利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟流域中复杂的径流、蒸发等水文过程，而且可以模拟氮、磷等多种营养物质从陆面到河道的迁移、降解与转化过程，分析农业面源污染、水土流失、营养物质的迁移转化和大规模农业管理活动等［17］。强大的功能是SWAT 模型在世界范围内的诸多科学领域被使用的重要原因。尽管如此，SWAT模型在一些功能方面存在着不足，难以满足本研究的需求，主要有以下几点：（1）SWAT 无法体现经济结构调整、节水与减排等措施对国民经济用水、污染排放的调控。因为SWAT 模型无法直接使用经济社会数据，只能以人工用水量、点源排放量作为边界条件进行输入。用户必须事先做好调查统计，确定用水总量和排污总量，再细化分配到每个供水水源和点源中，这样的处理方式不仅操作繁琐，还极易造成误差。（2）SWAT对社会水循环模拟刻画不足。虽然SWAT在自然产汇流方面有着较好的模拟效果，但SWAT对人工“取-用-耗-排”过程模拟有着明显短板。模型不考虑用水户分类，仅以水源取水量作为边界条件进行输入，且取水设计不考虑年际变化，只取一个多年平均值，这在高速经济发展地区的应用中会产生较大误差［7］。（3）SWAT只能采用天然子流域划分方法。这种以自然分水岭线的延伸方向划分的方法可以合理反应地貌特征，但是天然子流域边界、行政区边界、灌区边界之间相互交叠，并不重合。这导致所划分的计算单元在空间位置上与行政区、灌区边界难以对应，对行政区和灌区用、排水模拟产生影响。（4）SWAT模型不统计人工用水量和河道水质情况。模型计算的人工取用水量仅是水文过程模拟中的过程量，并不作为最终结果进行统计与输出；模型虽然输出河道断面水质浓度，但断面是否达标需要人工检验，对数量众多的监测断面进行一一判别，工作量繁巨。

基于以上方面的不足，本研究对SWAT模型进行改进，以期实现以下3个目标：

（1）衔接性目标：通过增加经济社会模块与人工用水模块，实现需-供-用-耗-排水的衔接模拟；

（2）可调性目标：通过节水与减排预案设置，实现模拟过程对用水总量和排污量的调控；

（3）便捷性目标：通过增加河道水质判断功能，实现水功能区水质达标智能判别与结果输出。

本文针对SWAT 模型在人工侧枝水循环模拟方面的不足，在现有模型的基础上进行改进，开发基于SWAT 的水量-水质-水效联合调控模型（Water Amount，Quality and Efficiency Regulation model based on the SWAT，SWAT_WAQER）。通过经济社会模型、水文模型与人工用水模型的耦合，使其具有经济社会发展与需水预测模拟、自然-人工水循环耦合模拟、水量水质联合模拟等功能。并以广西南流江流域为研究对象，通过模型分析国民经济用水量、污染物入河排放量、水功能区水质达标情况，划定2030年“三条红线”控制指标，为落实最严格水资源管理提供科学支撑。

2 模型开发

2.1 模型结构SWAT_WAQER 模型由经济社会模块、水文模块和人工用水模块三个子模型耦合而成。经济社会模块以人口增长、经济发展和用水效率信息作为输入条件，计算并传递经济社会需水量，可以灵活体现调控决策对经济社会用水需求的调节；人工用水模块以需水数据和设置的污染排放预案作为边界条件控制水与污染物质在人工调控下的输运过程，提供实时的取、用、耗、排水和排污等社会水循环信息，传递给水文模型；水文模型以SWAT 模型为基础，通过设置灌溉预案，对人工取-用-耗-排调控后的水量和水质做出响应，刻画水循环过程和各时段转化通量。三个模块有机结合，通过信息交互，构成了完整的自然-人工水循环模型。三个模块的耦合关系见图1所示。

三个子模型的基本功能如下：（1）经济社会模块。通过输入的人口与经济发展预案和用水效率预案驱动模块运行。经济社会模型以行政区划为基本单元，通过输入行政区人口与经济数据，进行人口和宏观经济发展预测，并且将行政区数据进行时空展布并传递到水文模型的子流域上，展布结果与所输入的生活、工业、农业用水效率数据计算各单元的需水量。（2）水文模块。水文模型由SWAT 的各水文模块组成，通过输入气象信息、下垫面信息以及灌溉预案信息模拟区域的径流、蒸发、入渗、营养物质输移等复杂的水循环及伴生过程。（3）人工用水模块。将水、污染物质在模拟过程中传递关系进行清晰描述，实现逐日的人工取、用、耗、排水数据传递，真实体现经济社会活动对水循环的影响。

图1 模块的耦合关系

2.2 耦合方法

（1）计算单元划分。水文模型的常见的计算单元划分方式有地貌单元划分法（如WEP模型）、自然分水岭划分法（如SWAT 模型）［18］等，都有各自的优点。地貌单元划分法可以合理地反应研究区的地貌特征，自然分水岭划分法以山脊线作为汇流边界，这些方法对模拟流域的河道径流过程是合适的。但水文模型以自然分水岭线的延伸方向划分天然子流域，灌区、行政区边界和水功能区边界一般不与自然地貌重合。这导致所划分的计算单元在空间位置上与行政区、灌区边界难以对应，影响行政区和灌区的用、排水过程模拟。本次采取子流域-灌区-行政区-水功能区嵌套式计算单元划分方法。该方法既能体现传统水文模型的计算单元划分特点，也能满足流域与行政区水资源管理的需求。灌溉农田大多集中在水利工程和配套工程体系较为完善的灌区范围内，因而需要对灌区范围进行识别，即根据灌区的分布，将灌区与已划分好的子流域进行叠加，以便于识别灌溉农田范围，保证灌溉面积的模拟准确性；考虑到经济社会信息都是以行政区为单位进行统计的，行政区叠加便于将行政区经济社会信息数据展布以及后续的水功能区水质达标识别，进一步将天然子流域套上行政区和水功能区边界，并将分割后的子流域赋予相应的灌区、行政区及水功能区属性。计算单元划分流程见图2所示。

图2 计算单元划分流程

（2）经济社会模块与水文模块的耦合。由于我国社会经济数据（如城镇人口、工业和服务业产值、农村人口、牲畜数量等）都是以行政区为单位进行统计和对外发布的，故经济社会模型以行政区划为基本单元进行经济社会数据输入。根据行政区内的城市、乡镇、农村居工地分布和面积比例进行数据分解，并将分解的数据展布到相应的子流域上，同时考虑到了城市和乡镇人口密度的不同，引入权重因子对城市和乡镇人口数量、工业和服务业产值的分配进行适当调整。将经济社会数据分配到各子流域上后，根据输入的城镇居民生活用水定额、农村生活用水定额、万元工业增加值用水量等用水效率参数进行需水量计算，获得子流域需水量。需水量数据将传递到水文子模型的水源模块进行取用水模拟。数据的空间展布流程见图3所示。

（3）人工用水模块与水文模块的耦合。人工用水模块可以对取水、用水、耗水、排水、排污等社会水循环过程进行详细刻画（图4）。模型以子流域为单位指定取水水源（河道水、水库水、地下水、流域外水源），每个子流域根据当日用水需求从指定的水源进行取水，经济社会模型将计算的需水量数据传递给水文模型的水源模块（河道模块、水库模块、地下水模块和外调水模块等）进行取水计算；水源模块将供水数据传递回人工用水模块，通过用水模块计算子流域内的各类行业分配水量，之后数据依次传递给耗水模块和排水模块进行耗水量、排水量和排污量计算；最后，排水、排污数据将传递给水文模型的点源和面源模块，进行污染排放计算。模型设定污染排放存在时间差，数据采用错日传递，也即是将产生的污水安排在下一日模拟时排放。

图3 行政区经济社会数据空间展布

图4 取-用-耗-排水衔接计算流程图

2.3 主要原理

（1）经济社会发展预测。包括人口发展预测、宏观经济发展预测以及畜禽增长预测等内容。模型根据预测年数和增长率来计算指定未来年份的人口和GDP发展结果，城镇人口数量根据未来年城镇化率计算，三次产业的产值将根据产业结构进行划分。作物播种和灌溉模拟需要在水文模型构建过程中实现，不再设置农业播种面积与灌溉面积预测功能。

未来行政区人口发展数量采用指数发展模型预测：

式中：m为行政区代码；Pt为预测年t的人口数量，万人；P0为基准年的人口数量，万人；am为行政区m的人口综合年均增长率；n为预测年数；Purb,m,t、Prur,m,t分别为行政区m在预测年t的城镇、农村人口数量；ηm,t为行政区m在预测年t的城镇化率。

未来行政区GDP总量也采用指数发展模型预测，预测模型公式为：

式中：m为行政区代码；GDPt为预测年t的GDP总量，亿元；GDP0为基准年的GDP总量，亿元；γm为行政区m的GDP年均增速（以不变价计）；n为预测年数。

模型通过行政区的产业结构预测第一产业、第二产业和第三产业的增加值，计算如下：

式中：m为行政区代码；GDPt为预测年t的GDP 总量，亿元；GDP1、GDP2、GDP3分别为预测年t的第一产业、第二产业和第三产业的增加值，亿元；α1,m、α2,m、α3,m分别为行政区m的第一产业、第二产业和第三产业的增加值占GDP的百分率。

（2）需水计算。需水计算包括生活需水计算、工业需水计算、服务业需水计算和农业灌溉需水计算，均采用定额计算法。模型假定，除农业灌溉之外，生活、工业和服务业的日需水量在年内是恒定的。

生活需水包括城镇生活需水和农村生活需水，均采用人均日用水量法进行计算，计算公式如下：

式中：i为行政区代码，WDurban为生活用水量，m3；Popurban和Poprural分别为城镇和农村人口，人；γurban和γrural分别为城镇和农村人口用水定额，m3/人；θpipe,i为管网漏损率。

工业需水和服务业需水依据规划年产业增加值和需水定额计算，计算公式如下：

式中：WDsec为工业/服务业需水量，m3；Addsec为产业增加值，万元；ηsec为万元产业增加值用水量，m3/万元；θpipe为管网漏损率。

农田灌溉需水量是由SWAT 建模时所设置的灌溉日期、单次灌溉量和灌溉水有效利用系数决定，采用以下公式计算：

式中：WDIrr为灌溉用水，m3；m为灌溉作物的种类；Areai为第i种作物的灌溉面积，hm2；Irri为第i种作物的净灌溉定额，m3/hm2；ηIrr为灌溉水有效利用系数。

（3）取水模拟。模型以子流域为单位指定其取水水源，每个子流域根据当日用水需求从指定的水源进行取水，实际取水量取决于当日需水量和水源的可利用水量。

式中：i为第i个子流域；j为第j天；WSP为取水量；WD为需水量；WS为水源的可利用水量。

（4）行业用水模拟。在取水后，子流域内各用水部门对水量的分配存在优先顺序要求，设定用水优先序依次为生活用水、工业用水，最后是农业灌溉用水。程序根据取水量依次分配给各用水部门，直至分配完毕为止。用水计算步骤如图5所示。

式中：i为子流域内优先序为i的用水部门；WSP为子流域的日取水总量；WD为用水部门的日需水量；WU为用水部门的日实际用水量。

图5 人工用水计算流程图

（5）耗水与排水模拟。各行业用水过程会出现水资源消耗，各部门的用水数据将依次传递到耗水模块和排水模块中，进行耗水和排水模拟。生活、工业和畜禽养殖耗水由用水量乘以耗水系数计算。排水包括生活污水、畜禽养殖污水、工业废水和农田灌溉退水三部分。由于篇幅限制，这里列出排水计算过程如下：

其中：WRdom为生活日排水量，万m3；WRind为工业日排水量，万m3；WRani为畜禽养殖日排水量，万m3；τurban、τrural、τind和τani分别为城镇生活耗水率、农村生活耗水率、工业耗水率和畜禽养殖耗水率。生活和工业日排水量数据将传递给点源模块进行排水模拟。

农田蒸散发和产流与气温、降水、灌溉、土壤性质及农田管理等多种因素密切联系，SWAT_WAQER模型采用SWAT自带的产流模块和灌溉模块模拟农田蒸散发和产流过程。

（6）污染排放模拟。污染物计算主要考虑城镇生活污染、工业污染和农村生活污染。

城镇生活污染排放量计算公式为：

式中：Pdom为生活污染日排放量，t/d；α为污水处理厂的污水处理率；c0为未处理的污染物排放浓度，mg/L，一般通过调查取值；c1为经过处理后的污染物达标排放浓度，mg/L；WRdom为生活污水日排放量，万m3/d。

工业污染计算结合生产规模、工业耗排水和生产工艺等情况估算，排放浓度参考环保部门相关监测资料以及相应行业的污染物排放标准。计算公式为：

式中：Pind为工业污染物日排放量，t/d；α为工业废水处理率；c0为未处理的污染物排放浓度，mg/L；c1为经过处理后的污染物达标排放浓度，mg/L；WDind为工业废水日排放量，万m3/d。

农村生活污染包括农村居民生活污染和畜禽养殖污染，通过计入施肥的方式进行模拟。

（7）水功能区水质达标识别。每个水功能区都有相应的水质控制目标，模型根据模拟的当月或当日河段出口断面的水质浓度，识别其水质类别，判断是否超过水质控制目标。如果超过，则判别当月/当日该河段断面水质不达标；反之，则当月/当日该河段断面水质达标，程序记录达标次数；年度水功能区水质达标与否依据该水功能区的目标水质达标率进行判别。水功能区水质达标识别流程如图6所示。

图6 水功能区达标识别流程

3 案例应用

3.1 研究区概况将开发的SWAT_WAQER 模型应用于水资源开发强度大、水污染严重的广西南流江流域，进行流域“三条红线”控制指标划分研究。南流江流域地处广西壮族自治区东南部，全流域面积9565 km2（图7），属于南亚热带季风气候，降水丰富，流域多年平均年径流总量为74.94亿m3（常乐站以上）。南流江流域境内共有北流市、玉州区、博白县、合浦县等10个市县级单位。近十几年，流域经济社会发展十分迅速，2016年流域内人口为461.6 万人，流域GDP为607.04亿元，三次产业增加值比重为22.1∶41.4∶36.5。但由于水资源不合理的开发利用，流域内水环境状况不容乐观。通过对流域境内多个监测断面的水质情况分析，Ⅲ类水断面仅占评价断面的12.5%，Ⅳ类水断面达到62.5%，Ⅴ类和劣Ⅴ类水断面占25.0%。超标污染物主要为氨氮和总磷。

3.2 模型构建

3.2.1 单元划分 本文采取子流域-灌区-行政区-水功能区嵌套式单元划分方法。首先，对南流江流域进行河网提取，根据地形情况划分天然子流域。之后，将子流域依次套上灌区（图8（a））、行政区（图8（b））和水功能区边界（图8（c）），并将分割后的子流域赋予相应的灌区、行政区及水功能区属性。最后，根据坡度、土壤类型及土地利用等情况完成水文响应单元划分。通过以上处理，全流域共分成了269个子流域，4178个水文响应单元。子流域划分结果见图8（d）所示。

3.2.2 数据输入 模型构建所需要的数据有空间数据，包括DEM数据（90 m×90 m），土地利用图（1∶10万）、土壤分布图（1∶100万）、行政区分布图、灌区分布图、水功能区区划图以及南流江流域水系图等；气象数据，包括灵山、玉林、钦州、北海4个站点的逐日降水、气温、风速、太阳辐射和相对湿度；水利工程数据，包括18座大中型水库死库容、兴利库容、总库容等参数数据，小江水库等3座大型水库的逐月入、出库流量数据；南流江流域国民经济数据，包括各行政分区的人口、城镇化率、GDP、产业结构、耕地面积和灌溉面积等；用水效率数据，包括城镇居民生活用水定额、农村生活用水定额、畜禽用水定额、管网漏损率、万元工业增加值用水量、灌溉水有效利用系数等；污染控制信息，包括城镇与农村居民污染物排放强度、畜禽污染物排放强度、生活污水处理率、工业污染物排放浓度、工业废水处理率等；横江、博白、常乐水文站逐月流量数据；岭塘、博白和常乐水质测站的水质观测数据等。此外，还有与作物管理措施有关的灌溉制度、灌溉水源、农田耕作、施肥量等各项参数等。

图7 研究区地理位置

3.3 模型校验传统水文模型的校验一般采用观测径流校验，按照SWAT_WAQER 模型的功能和特点，本文所构建的模型需要分别对河道径流、水质、国民经济用水量、水功能区水质达标等情况等进行校验。

3.3.1 国民经济用水校验 SWAT_WAQER模型具有人工用水模块，能够根据输入的经济社会数据和用水效率数据进行用水模拟。有必要对国民经济用水结果的合理性进行分析校验。由于国民经济用水数据以行政区为单位发布，缺乏南流江流域内各行政分区的连续资料，本次仅采用《南流江水量分配方案》报告中的2010年流域的国民经济社会实际用水数据，对南流江流域的国民经济用水量进行校验，模拟误差结果见图9所示。可以看出，流域用水总量模拟误差在5%以下，除浦北县生态用水和农业用水、灵山县的生态用水以及钦南区生活用水的模拟误差高于10%以外，10个行政分区的各类用水指标模拟值与实测值误差均在10%以内。钦南区、浦北县和灵山县的用水量相对较小，因此没有影响流域的整体模拟结果，流域用水总量误差很小。总体上，模拟结果基本能够反映南流江流域实际用水情况。

3.3.2 径流校验 以横江、博白、常乐为代表的南流江主要水文站实测流量数据为基准，取横江站和博白站2002—2007年的月径流数据进行率定，取2008—2016年的月径流数据进行验证；取常乐站2006—2010年的月径流数据进行率定，取2011—2016年的月径流数据进行验证。校准结果如表1和图10所示（篇幅限制，仅给出博白站校验结果）。可以看出，南流江流域各水文站的月径流模拟值与实测值流量过程线拟合程度较好。率定期月径流模拟值和实测值的相关系数R2和纳什效率系数Ens全部在0.75以上；验证期内各水文站的纳什效率系数Ens和相关系数R2也都在0.70以上，可以看出，模型的模拟效果较好，满足模拟精度要求。

图8 南流江流域

图9 南流江流域国民经济用水实际值与模拟值对比

3.3.3 水质校验 在水文过程模拟合理的基础上，再进行氨氮与总磷的模拟校验。由于南流江流域各水质监测站点的资料有限，本次仅采用2010年为率定期，2014年为验证期，对南流江流域的岭塘、博白和常乐三个主要的水质测站有限的水质监测资料进行校验。由于篇幅限制，仅给出常乐站校验结果，见图11所示。总体上，各水质测站的水质模拟值与实测值拟合程度良好，基本能够反映各断面水质浓度的变化过程。

表1 各测站的月径流模拟结果

图10 博白站的实测与模拟月径流过程对比

图11 常乐站的2010年和2014年水质模拟结果对比

3.3.4 水功能区水质达标判断结果校验 在水质模拟结果合理的基础上，再进行南流江流域水功能区水质达标判断结果校验。本次采用南流江流域2010年水功能区水质达标实际情况进行校验，SWAT_WAQER模拟结果与实际结果对比见图12所示。从图中可以看到，全流域26个水功能区中有24个水功能区的水质达标判断结果与实际情况相符。可见，SWAT_WAQER 模型基本能够反映水功能区水质达标的实际情况。

3.4 “三条红线”指标划分通过《广西水资源综合规划报告》《广西灌溉发展总体规划报告》以及玉林、钦州、北海市的水资源综合规划报告等资料，搜集2030年玉林、钦州、北海市的社会经济发展信息（主要包括人口数量、城市化率、工业产值、农业种植面积以及灌溉面积等），输入到SWAT_WAQER 模型中。采用1957—2016年的长系列气象数据驱动模型，对南流江流域2030年“三条红线”控制指标进行划分。设定的用水效率参数包括城镇居民生活用水定额、农村生活用水定额、万元工业增加值用水量、灌溉水有效利用系数等。

图12 2010年南流江流域水功能区水质达标模拟与实况的对比

通过模型模拟，将得出各水功能区的水质达标情况与水功能区水质目标对比，判断各行政区水功能区水质达标率。若水功能区达标率未达到目标值，调整工业和农业灌溉用水效率，重新进行模拟计算，直至实现该行政区的水功能区水质达标，此时计算出的用水总量和入河污染物排放量，即为该行政区的用水总量控制指标和污染排放总量控制指标。依照从上游至下游的原则依次调节各行政区，最终确定南流江流域2030年“三条红线”控制指标，如表2所示。（1）用水总量控制指标。根据国民经济发展目标和各区县水资源条件，2030水平年南流江流域经济社会平均用水总量控制指标为23.76 亿m3，其中，玉林市、北海市和钦州市的用水总量控制指标分别为15.07 亿m3、5.66 亿m3和3.02亿m3，各区县的国民经济用水总量控制指标见表2所示。（2）用水效率控制指标。2030水平年南流江流域万元工业增加值用水量为63 m3，灌溉水有效利用系数为0.594。其中，玉林市、北海市和钦州市的万元工业增加值用水量分别为64、66和48 m3，灌溉水有效利用系数分别为0.592、0.608和0.57。各区县的万元工业增加值用水量和灌溉水有效利用系数见表2所示。（3）污染排放总量控制指标。2030水平年南流江流域氨氮排放总量控制指标为1436 t，总磷排放总量为138 t。其中，玉林市、北海市和钦州市的氨氮排放总量控制指标分别为957、258和222 t，氨总磷排放总量控制指标分别为80、23和34 t。各区县的氨氮和总磷排放总量控制指标见表2所示。

表2 南流江流域2030年“三条红线”控制指标划分结果

4 结论

本文通过改进SWAT 模型，开发了基于二元水循环的水量-水质-水效联合调控模型SWAT_WAQER，使其在功能上和模拟方法上具有了鲜明的特色：（1）采用子流域-灌区-行政区-水功能区嵌套式单元划分方法，很好地处理了天然子流域边界、行政区边界、灌区边界互不重合的问题，方便了节水、污染控制等预案的设置、行政区用水统计以及水功能区水质达标识别；（2）耦合了国民经济发展与需水预测模型，可以预测未来人口发展和国民经济发展以及生活、生产需水；（3）实现行政区数据自动化空间展布，弥补了SWAT 模型无法体现经济结构调整、节水与减排等措施对国民经济用水、排污的调控的不足，使行政区数据细化到计算单元中，提高了建模效率和模拟精度；（4）通过添加人工用水模块，实现了人工取水-用水-耗水-排水和排污过程的逐日衔接模拟，弥补了SWAT在人工侧枝水循环模拟方面的短板，实现了自然-人工二元水循环耦合模拟；（5）实现了行政区国民经济用水量的统计、水功能区水质达标自动识别的结果输出；（6）本文将SWAT_WAQER模型应用于广西南流江流域，划分了流域2030年“三条红线”控制指标，实现了最严格水资源管理制度的实践与二元水循环理论的结合，提高了“三条红线”的科学性与合理性。结果表明，SWAT_WAQER模型性能可靠，能够输出国民经济各部门用水量、污染物入河排放量、水功能区水质达标判别等结果，可以作为科学制定区域“三条红线”指标的有力支撑工具。