果岭水流量动力学.doc

電腦模擬果嶺水流量動力學 Ed McCoy 與 Kevin McCoy 概要 我們使用 HYDRUS-2D 軟體對美國高爾夫協會（USGA）果嶺、加利福尼亞（California）果嶺和上堆式（push-up）果嶺構建了土壤水流電腦模擬模型。這個模擬產生了全尺寸果嶺在七天期的土壤水分含量動畫，這些果嶺具有天然的表面輪廓和支持一個密切修剪的草坪台。產生的資料還包括排水率和實際的草坪蒸散量（Eta, evapotranspiration）。降雨量和蒸散量場景經過選擇，以質疑這三種果嶺的水文反應，和一項反應協定使我們能夠評鑑與水有關的草坪壓力。 (如在美國高爾夫協會果嶺和加利福尼亞果嶺看到的，在提供一個與地下排水元素的直接關聯和排掉草坪生根區下面的滯留水方面，模擬實驗證明了比較深的根區的效用。 (另外，下雨時上推式果嶺的淺根區很快趨於飽和並保持近 42 小時，導致草坪的通氣壓力。 (在雨中，美國高爾夫協會果嶺的滯留水厚度是自我限制的，但繼續擴大，形成一種相對於加利福尼亞果嶺排水間距的模式。 (模擬結果表明，美國高爾夫協會果嶺和加利福尼亞果嶺都會形成滯留水，以及在這兩種果嶺可作為草坪後續吸收水的水庫。不過，由於下坡側向流動把它們從比較陡峭的斜坡頂帶走，這些滯留水在每種果嶺當地的滯留期短暫。 (在美國高爾夫協會果嶺和加利福尼亞果嶺，乾旱威脅的首次出現與當地滯留水的缺乏有關，由於果嶺根區的保水能力較小，乾旱比較早出現在加利福尼亞果嶺。 指導方針建造（2、10）。另一方面，上推式果嶺土壤結構是這幾十年來從應用沙追肥於當地土壤演化而成。雖然每一種果嶺都有一個沙地表層，或根區，但這一層的厚度和沙根區下基礎物質的類型在每種特定施工方法都有所不同。 長期以來，研究人員一直感興趣於根區土壤特性和材料分層如何影響結構設計獨特的果嶺內的水流量。這種水流量的測量經常是靠使用探針放置在土壤結構，頻繁監測土壤含水量來完成（4、7、8）。透過檢測降雨、灌溉或草坪吸收水後水含量的時間序列，可以從水含量的變化推斷出水流速度和方向。這些研究直接記錄分層的土壤如何提高沙根區內滯留水形成的水分的保存，這些水分流 果嶺根區表面內形成有機豐富層，水力特性非常不同於比較低的根區層。 果嶺土壤結構經常被區分為三大類：美國高爾夫球協會果嶺、加利福尼亞果嶺和上推式果嶺。美國高爾夫協會果嶺和加利福尼亞果嶺的結構是有意地依各自有紀錄的書面 ED MCCOY 博士，副教授；和 KEVIN MCCOY 軟體技術師，俄亥俄州立大學自然資源學院，俄亥俄州伍斯特市。 1 美國高爾夫協會草坪與環境研究線上 5(17) 1-15： TGIF 紀錄編號：115166  圖 1 美國高爾夫協會、加利福尼亞和上推式果嶺水流量模擬中使用的土壤結構層。除了層的厚度，每個模擬中有機豐富和較低的根區層的水力特性是不同的，參見表 1。這張視圖顯示了垂直比例尺的 10 倍放大。 向下坡創造側向不均勻水含量的傾向，以及在根區的有機和土壤改良如何調節這種反應。 但是，由於建造、維護、儀器設置和監測的高成本，果嶺水流量的實驗研究有其侷限性。因此，這些研究都運用不到全尺寸的果嶺，安放相對較少的感測器，數據採集間隔時間長，以及和/或期間有限。導致整體情況或多或少不夠完整，可能錯過具體的水流過程和/或產生只涉及到研究位置氣候的觀察結果。此外，實驗研究難免有一些誤差，需要進行統計分析以適當解讀觀察結果。然 而，為了孤立特定因素，需要進行複製和可能列入無意義的處理，統計技術的使用大幅增加實驗成本。 運用電腦模擬土壤中的水流，可以消除很多這些實驗限制。可以建立一個模擬，表示出全尺寸的果嶺，並採集整個土壤結構的水流活動。另外，模擬能夠允許我們挑戰一個特定位置在很少發生的氣候情景下的整體狀況。而且由於模擬不會產生隨機誤差，它們不需要被複製。不過，模擬結果的品質完全依賴於描述系統使用的參數的品質。因此，在指定這些參數值時，必須特別審慎。 2  本研究的目的是要在美國高爾夫協會果嶺、加利福尼亞果嶺和上推式果嶺產生逼真的模擬水流。為此，我們選擇了 HYDRUS-2D 軟體（9），它已經被運用於多種應用，包括灌溉和排水設計，灌溉的土地鹽鹼化的研究，農藥和有毒微量元素的轉移，以及河岸系統的分析（11）。我們試圖建構模擬成熟、全尺寸的果嶺，具有自然的表面輪廓，按照出版的指導方針建造，並支持一個密切修剪的草坪台。降雨量和蒸散量場景經過選擇，以質疑這三種果嶺的水文反應。 果嶺土壤結構 模擬的設計是用來描述流經一個二維切片的水流，這個二維切片穿過一個典型的果嶺的中心。要做到這一點，我們尋求美國高爾夫球場設計師協會（ASGCA）Jason Straka 先生的協助。Jason Straka 先生服務於 Hurdzan/Fry 設計公