海堤區域非接觸式水文觀測及越波溢堤預測新興技術之研發(2/2)

簡介

海堤前的水域屬於海水與工程結構物交互作用的區域，其水文條件極為複雜，卻也是經濟部水利署 (於後簡稱水利署) 防汛期間溢淹預警與防治的重點區域。本計畫的目標為整合國際間先進的遙測以及數模技術，發展出國內技術完全自主的近岸水域水文觀測及水理數值模式，期能協助水利署針對其所管轄之堤前水域建構出完整的水文環境調查、海堤安全評估以及海堤溢淹預警技術。為能達到上述之目標，本計畫將以兩年的時間發展所需技術，研究主題包括：(1) 海堤區域非接觸式同調雷達觀測技術、(2) 海堤區域堤面溯升量測技術與越波溢堤預測技術之研發。
本年度為計畫第二年，前期 (102 年度) 已完成之工作項目包括：(1) 基本資料蒐集、(2) 研究並建置非接觸式同調雷達觀測系統、(3) 建置海堤堤面溯升量測系統、(4) 應用美國海岸工程手冊預估堤面溯升高度與越波量，以及 (5) 開發二維近岸水理數值模式並與實測資料比對。第二年 (本年度) 主要工作重點則包括：(1) 檢討非接觸式同調雷達觀測技術於降雨期間之準確度、(2) 提昇海堤堤面溯升量測系統功能、(3) 擬引進大範圍波潮模式的系集預報結果，或加值應用雷達觀測資料，提供美國海岸工程手冊及二維近岸水理數值模式堤前波場條件，以預估堤面溯升高度與越波量，並增加實際應用時的準確性。
藉由非接觸式同調雷達觀測技術以及近岸水理數模之案例分析與檢討，確立各技術應用於臺灣海堤區域的準確性以及適用性。透過本計畫相關研究工作之執行，預期將能有效提升我國於海堤前方水域的非接觸式水文觀測以及數值模擬技術之層級，協助水利署更有效因應氣候變遷的威脅。未來所取得的水文資訊也將成為近海低窪區規劃管理、防災預警及決策的第一手資訊以及施政依據。

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目次

目錄
摘要 i
第一章 計畫概述 1
1-1 計畫緣起及目標 1
1-1-1 海堤區域非接觸式水文觀測新興技術之研發價值 1
1-1-2 海堤區域越波溢堤預測新興技術之研發 5
1-2 計畫研究目標 7
1-3 計畫工作項目 7
1-4 工作執行流程以及進度 11
第二章 海堤區域非接觸式水文觀測準確度之驗證與檢討 13
2-1 102 年度非接觸式觀測技術研發成果回顧 13
2-1-1 現有雷達近岸水文觀測技術之檢討 13
2-1-2 同調雷達系統訊號之解算與測試 14
2-1-3 從同調雷達訊號解算近岸水文特徵方法之研究 14
2-1-4 同調雷達設備之現場觀測作業 15
2-1-5 未來同調雷達設備架站可行性之評估 16
2-2 本 (103) 年度非接觸式觀測技術之相關研發工作 17
2-2-1 同調雷達觀測資料的持續收集 17
2-2-2 同調雷達訊號的分析與討論 21
2-2-3 堤前水域現場觀測試驗規劃與設置 31
2-2-4 堤前水域觀測結果之比對 38
2-2-5 降雨期間雷達觀測資料之分析與討論 41
2-2-6 同調雷達標準觀測作業流程之研擬 44
2-2-7 同調雷達近海水文觀測技術總檢討 51

第三章 海堤區域暴潮與波浪溢淹預報技術之驗證與檢討 54
3-1 海堤區域堤面溯升量測技術之研發 54
3-1-1 海堤堤面溯升量測統計建置 54
3-1-2 海堤堤面溯升量測系統功能提昇 55
3-1-3 海堤堤面溯升量測作業 62
3-2 海堤區域越波溢堤預測技術 67
3-3 海堤區域近岸水理數值模式之研發 76
3-3-1 控制方程式 76
3-3-2 等位函數法 (Level Set Method) 79
3-3-3 質點等位函數法 (Particle Level Set Method) 81
3-3-4 修正型沉浸邊界法 (Improved Immersed Boundary Method)
82
3-3-5 模式初始設定與邊界條件 85
3-3-6 方程式離散與數值疊代 86
3-3-7 模式驗證 87
3-3-8 模式上游邊界選用近岸波浪能譜條件 90
第四章 觀測成果與數值模式之整合 96
第五章 結論與建議 99
5-1 結論 99
5-2 建議 101
參考文獻 103