水生态模型

Water Ecosystems Tool

QWET是一个开源的QGIS插件，旨在为用户方便快捷的应用最先进的水生生态系统模型以及基于模型的试验研究和管理提供一个易于使用的工具。

QWET由丹麦奥胡斯大学的Nielsen等人开发，是一个基于Python的图形用户界面(GUI)，用于操作耦合的水动力-生态系统模型GOTM-WET。

QWET可以模拟气候和营养负荷变化情景，并评估这些情景如何影响一个独立的水生生态系统。QWET还包括一系列可选的管理措施，如生物操控，可以在措施实施前帮助评估其潜在影响。此外，QWET还可以链接SWAT流域模型，以此来评估土地利用变化对水生生态系统的影响。

（1）QWET核心算法GOTM-WET简介

WET：WET是在丹麦奥胡斯大学胡芬娟等人开发的FABM-PCLake模型基础上的再开发。其关键功能源自Janse和van Liere （1995年）开发的PCLake水生生态系统模型，同时也继承了CAEDYM和Ecopath/Ecosim的主要功能并获得灵感。有关FABM-PCLake的更多细节请参见论文：Hu, F., Bolding, K., Bruggeman, J., Jeppesen, E.,Flindt, M. R., van Gerven, L., Janse, J. H., Janssen, A. B. G., Kuiper, J. J.,Mooij, W. M., and Trolle, D. 2016. FABM-PCLake - linking aquatic ecology withhydrodynamics, Geoscientific Model Development 9: 2271-2278.

GOTM (General Ocean Turbulence Model)：GOTM是一维（水柱）水动力模型，最初由Hans Burchard 和 Karsten Bolding提出，并在过去20年里被一群科学家进一步开发。

FABM (Framework for Aquatic BiogeochemicalModels) ：FABM由ApS公司Bolding 和 Bruggeman开发。FABM能够将包括GOTM和GETM在内的几种不同的水动力模型与包括WET、ERSEM和ERGOM在内的一系列生物地球化学模型进行耦合。有关FABM更多的细节请参见fabm.net网站以及论文：Bruggeman, J. and Bolding, K. 2014. A generalframework for aquatic biogeochemical models. Environmental Modelling andSoftware 61: 249-265.

（2）QWET使用帮助

可以使用本网站“用户交流”板块（中文）或者WET Gitlab网站上的“Issues”板块（英文）与其他用户交流WET使用心得及存在的问题。

通过本网站“活动”板块，可以查阅最新的研讨活动。

（1）QWET

QWET是一个开源的QGIS插件，用于WET的应用和用户配置。 QWET安装程序和QWET源代码可以通过Gitlab获取：https://gitlab.com/WET

下载安装程序或源代码，首先需要申请一个免费的Gitlab帐户。 详细步骤参见本网站“资源下载 ”及“学习资料”板块。

——发展历程

1）QWET 3.0.0 for QGIS3 (07 Feb. 2020)

Ø   可以在64位QGIS3运行的全新版本的QWET；   

Ø   包含了编译后的最新的GOTM（物理）和WET（生物地球化学）代码的可执行文件；

Ø   更新了WET（前身FABM-PCLake）中部分生物地球化学代码。

注意QWET不能向下兼容的，因此，对于已有项目必须重新创建一个新的项目才能运行该模型。

2）WET 1.3.5 (9. Sep. 2018)

Ø   更新SWAT到WET的转换—修正错误和速度；

Ø   更新程序以避免在运行模型时自动退出， 并允许用户查看来自GOTM域的调试建议；

Ø   新增剖面图绘制功能。由于obs选项卡仍在开发中，配置文件功能尚不完善。

要从WET 1.3.4升级到WET 1.3.5，只需重新安装WET 1.3.5的exe文件即可。从1.3.3版本开始，WET使用netCDF4编译，因此QGIS python库不再更新。如果您有较早版本的WET项目，建议您在WET 13.5中从头开始设置项目，以完全解锁新功能。

3）WET 1.3.4 (31. May 2018)

Ø   对清理工具栏的界面进行了小的更新；

Ø   更新了关于预安装的netCDF4的用户信息。

如果您直接从WET 1.3.2升级到WET 1.3.4，建议重新安装QGIS应用程序，然后从exe文件安装WET 1.3.4。从1.3.3版开始，WET使用netCDF4编译，因此QGIS python库不再更新。

4）WET 1.3.3 (28. May 2018)

Ø   更新了预安装的netCDF4 -不再更新Python包；

Ø   处理matplotlib错误以更新得到稳定的绘图函数；

Ø   更新了模拟数据和观测数据对比的统计计算。

要从WET 1.3.2升级到WET 1.3.3，建议重新安装QGIS应用程序，然后从exe文件安装WET 1.3.3。WET 1.3.3现在使用netCDF4编译，所以不再更新QGIS python库。

5）WET 1.3.2 (5. Apr. 2018)

Ø   更新情景工具以处理跨文本编辑器的模型文件格式；

Ø   其他次要更新。

要从WET 1.3.1升级到WET 1.3.2，只需安装WET 1.3.2。

6）WET 1.3.1 (19. JAN. 2018)

Ø   改进了obs的绘图功能，以及关于热启动等的模拟；

Ø   更新后的核心模型可执行文件中，在1.3版本WET中跳过了一个链接文件，现在该文件包含在1.3.1版本中；

Ø   其他次要更新。

要从WET 1.3升级到WET 1.3.1，只需安装WET 1.3.1。旧的WET项目仍可以在WET 1.3.1中运行。但是要激活更新(链接文件)，您需要为您的研究案例创建一个新的WET 1.3.1项目。

7）WET 1.3 (20. Dec. 2017)

Ø   修正了删除场景的问题；

Ø   更好地检查python依赖关系以允许有限的使用；   

Ø   支持观察和模拟数据可视化的深度范围绘制；

Ø   集成matplotlib与更新版本的QGIS的兼容性；

Ø   修复使用长小数作为参数时的问题；

Ø   更新核心模型可执行文件及相应参数文件；

Ø   其他次要更新。

要从WET 1.2升级到WET 1.3，只需安装WET 1.3。旧的WET项目仍可以在WET 1.3中运行，但要激活核心模型更新，您需要为您的研究案例创建一个新的WET 1.3项目。

8）WET 1.2 (3. Nov. 2017)

Ø   修复自动生成模拟范围的问题；

Ø   实现查看观测与模拟数据时用户信息；

Ø   小的接口更新；

Ø   其他次要的修复和更新。

要从WET 1.1升级到WET1.2，只需安装WET1.2并打开现有的WET项目。

9）WET 1.1 (9. Oct. 2017)

Ø   更新以匹配新的FABM-PCLake核心代码；

Ø   修正了半自适应布局支持高DPI屏幕的问题；

Ø   新选项卡实现了添加观测数据并与模拟输出对比；

Ø   修复了一些小bug；

Ø   更新了“about”选项卡中的参考信息。

（2）WET

WET是QWET的水生生态系统引擎，描述了鱼类、浮游动物和底栖动物、浮游动物、浮游植物和根生大型植物等多个营养层次之间的相互作用。生态系统模型还考虑了氧动力学和氮、磷的闭合养分循环。耦合一维水动力-生态系统模型GOTM-WET的可执行程序是QGIS3的QWET安装包的一部分。一个可执行的一维水动力-生态系统耦合模型GOTM-WET是QGIS3架构下的QWET安装包的一部分。

完整的（fortran） WET源代码也可在Gitlab网站获得： https://gitlab.com/WET

下载源代码，首先需要申请一个免费的Gitlab帐户。 详细步骤参见本网站“资源下载 ”及“学习资料”板块。

——发展历程

1） 07 Feb. 2020

突破：这个日期标志着WET的发布。WET是基于FABM-PCLake的新一代生态系统代码。FABM-PCLake不再开发-所有新的开发将基于WET。与原来的PCLake模型相比，新的WET代码中包含了几个重要的改进，包括：

Ø   通过FABM与物理模型的耦合（例如1D GOTM和3D GETM）来集成热力学和流体动力学的能力；

Ø   剪切驱动的再悬浮选项灵感来自CAEDYM；

Ø   完全模块化的代码，意味着用户现在可以配置任意数量的浮游植物组，浮游动物组，鱼类和大型植物；

Ø   对光照功能的修改和附加使模型可以应用于南半球和北半球的位置（不需要进一步修改）；

Ø   支持多种有机组分（包括颗粒和溶解组分）；

Ø   实现受Ecopath/Ecosim启发的觅食竞争理论，用于捕食者和猎物之间的互馈；

Ø   实现受CAEDYM启发的浮游植物固氮选项；

Ø   实现浮游植物、浮游动物和鱼类垂向移动功能。

2） 22. Oct. 2018

Ø   修正了一些有关沉积物的需氧量计算的小错误；

Ø   改变了幼鱼捕食依赖浮游动物群落从底栖到浮游形态的半饱和表达；

Ø   增加了大型植被覆盖的诊断输出。

3） 21. Nov. 2017

Ø   代码清理，包括删除冗余代码；

Ø   修正了与幼鱼成熟有关的bug；

Ø   修正了与蓝藻有关的光照功能的bug；

Ø   增加了沉积物中氧层分数的诊断输出。

4） 9. Oct. 2017

Ø   对代码进行一般性的清理并删除次要错误；

Ø   支持额外的营养盐成分用于区分浮游和底栖域的溶解和颗粒有机营养盐；

Ø   更新了沉降和沉降速率的默认值的参数名。

（3）持续开发

QWET和WET正在不断开发中，以解释水生生态系统功能中的新发现，以模拟新的相关管理干预措施，并输出生态系统健康的关键诊断结果。QWET和WET的持续开发依赖于引进的项目。如果您有进一步开发的想法，可以在WET的Gitlab页面的“Issues board”上发布（使用标签“ideas”）。

1）   QWET可能的新发展包括:

Ø   强化QGIS中各种可用功能的使用。例如，允许用户在地图画布上绘制入流、出流、测站，然后在WET的GUI中进行配置；

Ø   为用户配置入流/出流数和蒸发计算提供更大的灵活性；

Ø   执行灵敏度分析和自动校准工具用以支持模型应用和适应特定水生系统；

Ø   在核心水生模型配置方面具有更大的灵活性，用户可以在已经开发和发布的不同模型种类中进行选择，这可能对特定系统更有效；

Ø   基于历史气候数据分析将其模拟到不久的将来（如10-20年）的特性，例如，模拟管理干预后生态系统的恢复力和时间响应滞后；

Ø   用于导出QWET应用案例的标准报告的特性（例如，导出基于用户自适应QWET应用案例的标准pdf报告）；

Ø   其他管理干预措施，包括根茎类大型植物的收割或移植、沉积物疏浚、氧化和磷结合剂添加；

Ø   QWET允许为世界上任何地点选择、下载和格式化ECMWF气象时间序列的功能。

2） WET可能的新发展包括:

Ø   上面列出的QWET的一些潜在的新功能，将需要WET的fortran代码的进一步开发，包括如对磷结合剂加药过程中涉及的过程和状态变量的描述；

Ø   用于模拟关键温室气体排放动力学的新模块；

Ø   鱼类的更显式行为（例如，一个新的基于IBM的鱼类模块）。

（1）2020年QWET在西班牙穆尔西亚SWAT会议上首次亮相（6月15-16日）

第一次QWET（基于QGIS3）研讨会将作为SWAT会议的一部分于2020年6月15-16日在西班牙穆尔西亚举行。

详见：https://swat.tamu.edu/conferences/2020-spain

（2）2018年在SWAT会议上的WET研讨会（9月17-18日）

在布鲁塞尔自由大学2018年SWAT会议上举行了WET概念和应用研讨会。

（3）2017年在AU GIS日上的WET报告（11月28日）

在丹麦奥胡斯大学举行的2017年度AU GIS日上WET被展示。

（4）2017年在WATExR 项目上的WET报告（10月18日）

2017年在加泰罗尼亚水资源研究所举办的WATExR JPI气候项目启动会上WET被展示。

（5）2017年在加纳水研究所的WET报告（9月12日）

在加纳阿克拉水资源研究所的一个有关沃尔塔湖的项目上WET被展示。

（6）2017年在美国科罗拉多州立大学的WET报告（8月9日）

WET被展示给美国科罗拉多州立大学（CSU）的工作人员和学生，作为CSU和丹麦奥胡斯大学间建模研讨会的一部分。

（7）2017年在PROGNOS项目上的WET报告（6月14日）

在挪威奥斯陆的挪威水研究所举行的PROGNOS项目年会上WET被展示。

（8）2017年在淡水管理研讨会上的WET报告（4月20日）

在丹麦米德尔法特举行的一次关于丹麦淡水管理的研讨会上，向丹麦环保局和各市的管理人员介绍了WET模型。

（9）WET的第一个版本（2月22日）

通过Gitlab发布了WET 1.0的源代码和基于windows的安装文件。   

（10）2016年在中国举行发布会（10月30日）

2016年10月30日至11月1日，在中国广州举行的“流溪河水库长期生态监测方法和技术研讨会”上，进行了WET预测试和演示。

（1）Dennis Trolle

https://pure.au.dk/portal/en/persons/dennis-trolle(c79b9936-b2ff-450b-a5eb-18da45490a51).html

（2）Karsten Bolding

https://pure.au.dk/portal/en/persons/karsten-bolding(81992577-7095-48a1-8cc2-948a31bcf0f4).html

（3）Fenjuan Rose Schmidt Hu

https://pure.au.dk/portal/en/persons/fenjuan-rose-schmidt-hu(c7fc136c-46d9-4369-afa6-10ef16113ca2).html

（4）Anders Nielsen

https://pure.au.dk/portal/en/persons/anders-nielsen(37195921-910a-4f27-89cd-924affe13591).html

（5）Tobias Kuhlmann Andersen

https://pure.au.dk/portal/en/persons/tobias-kuhlmann-andersen(8666859f-57e5-4b1d-8de0-e58e2cc5dea4).html