離岸堤出水高度對堤後淤沙效能之影響評估

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離岸堤出水高度對堤後淤沙效能之影響評估

  • 編/著/譯者 / 莊文傑
  • 出版機關 / 交通部運輸研究所
  • 出版日期 / 2024-03
  • 主題分類 / 交通建設
  • 施政分類 / 政府出版品
  • ISBN / 9789865315740
  • GPN / 1011300200
  • 頁數/張數/片數 / 296
  • 裝訂 / 平裝
  • 定價 / NT$ 500
  • 85 折優惠價 / NT$ 425



簡介

波浪的衝擊,是海岸輸沙與海灘地形變遷之主要原動力。本研究結合網際網路資源,應用Google Earth歷史圖像,蒐集、綜整臺灣西南部海岸現實離岸堤群布建之類型與狀態,再透過現場考察以及向規劃、設計與建管部門之諮詢,掌握堤體初始設計之斷面尺寸與高程配置,進而以「離岸堤效應」為基礎,再引介高雄旗津海岸施行人工潛堤灣澳保護工程之成效作對比案例,並以該實務案例所布建出水離岸堤及系列離岸潛堤後的對應海灘變遷形態作為辨識模式,針對離岸堤初始與現況出水高度變化之控制因素,透過實務案例之對照比較,據以檢視、分析並評估離岸堤出水高度對堤後形塑沙舌或繫岸沙洲之淤沙效能與造成地貎變遷之影響,並確認離岸堤的出水高度與不透水性高低,是控制堤後淤沙效能的關鍵機制,而離岸堤後之繞射波強弱與碎波所引致流速u≈√(gH_b ) (H_b為碎波波高;g為重力加速度)之強勁碎波沖刷流(swashing currents)與沖刷環流(swashing circulations),則是影響海灘重塑之重要因素。主要研究結論及增進堤後淤沙效能之調適、因應對策,列述如后。
近岸波浪碎波之衝擊及碎波衍生的強勁沖刷作用,是造成離岸堤後海灘沖淤變遷的主要動力。
透過波浪與近岸地形、水深及離岸堤群設施之交互作用,實際或潛隱之「離岸堤效應」或「岬頭效應」,通常會伴隨碎波沖刷環流並衍生優勢輸沙作用,而「離岸堤效應」或「岬頭效應」之發揮,關鍵取決在於離岸堤後或岬頭後繞射波造灣作用之強弱。
在沙質海灘,離岸堤出水高度與不透水性之高、低,主控「離岸堤效應」或「繞射波造灣效應」之強、弱,並具體影響堤後淤沙效能之差異。
海岸屬礫石或長久受侵蝕之海灘,若建置離岸堤,僅管出水高度與不透水性夠高、繞射效應夠強,但在無沙源供給、補注下,堤後仍難以形成沙舌或繫岸沙洲。
「離岸堤效應」具有3-D空間+時間變動特性,特別是出水高度及繞射波高愈大,堤後淤沙高程與沙舌或繫岸沙洲形態之海灘重塑現象越明顯。
面對惡劣的海氣象環境,一般之出水式離岸堤,受較大波浪與暴潮作用以及堤體沉陷、坍塌之共同影響,必將因出水高度或堤頂高不足而轉化為潛堤,以致原受堤體屏蔽而在堤後生成的繞射波,將完全轉變為透射波,進而直接沖刷堤後原生的沙舌或繫岸沙洲,甚至造成海灘的侵蝕!
在同一局部海岸區段,毗鄰離岸堤因堤體沉陷、崩塌、整建變動而使出水高度不足,將伴隨造成堤寬窄縮、堤體透水性增大,進而迫使堤後繞射波之造灣效應減弱、透射波之沖刷作用增強,終致因堤後波浪沖刷特性之轉變而使淤沙效能及海灘沖淤變遷形態呈現差異。
為增進離岸堤後之淤沙效能,促進堤後沙舌或繫岸沙洲的灘線重塑,相關之調適、因應對策,在布建、整建及改善工程規劃、設計上,應著重從加大堤體寛度、提昇堤體高度、強化堤體不透水性及輔以人工沙源補注或施行養灘等層面著手,藉以充分降低堤後之透射波強度,增進繞射波與伴生沖刷環流之造灣效應,達成離岸堤後淤沙與海岸防護效能之堤昇目標。
研究成果之效益:
本研究針對臺灣西南部海岸,檢選密集布建在高雄與屏東海岸的離岸堤群,分析、檢討毗鄰離岸堤群海灘之沖淤現象與變遷形態,再引介高雄旗津海岸施行人工灣澳保護工程所布建出水離岸堤及系列離岸潛堤後的對應海灘變遷形態作為辨識模式,透過該實務案例之對照比較,據以評估離岸堤出水高度對堤後淤沙效能之影響,並確認控制堤後淤沙效能的關鍵機制,進而研提調適、因應對策。主要研究效益,綜整條列如下:
學術成就(科技基礎研究)方面:發表國內研討會論文2篇,出版研究報告1冊。結合海岸專業知識,溫故知新,學以致用。針對臺灣西南部之高雄與屏東海岸,分析檢討毗鄰離岸堤群海灘之沖淤現象與變遷形態,應用「離岸堤效應」,確認離岸堤近傍的波浪碎波所引致流速u≈√(gH_b ) (H_b為碎波波高;g為重力加速度)之強勁碎波沖刷流(swashing currents)與沖刷環流(swashing circulations),是影響海灘重塑之重要因素,而離岸堤的出水高度、不透水性與繞射波強弱,則是控制堤後淤沙效能的關鍵機制;
技術創新(科技整合創新)方面:結合網際網路資源,應用Google Earth之歷史圖像,提昇探討「離岸堤效應」之高度、廣度與深度;因應氣候變遷,擴展分析觀點,研提增進離岸堤後淤沙效能,促進繫岸沙洲灘線重塑之調適、因應對策,精進海岸經理評估策略,降低生態環境衝擊,推動「海岸防護」與「海岸保護」措施,促成國家海岸資源之永續利用;
在經濟效益(經濟產業促進)方面:保育生態棲地,降低生態環境衝擊,配合政府推展「海岸管理法」之永續發展目標,維護自然海岸環境,防治海岸災害,降低海灘重塑與海岸防沖減淤成本,樽節海岸環境營造之維運費用;
在社會影響(社會福祉提升、環保安全)方面:配合「整體海岸管理計畫」,綜整海岸管理之課題與對策、導引海岸地區之有效維護措施,推展海岸利用方向,健全海岸永續管理策略,確保海岸環境營造效能;
在其它效益(政策管理及其它)方面:維繫自然平衡之海灘系統,確保自然海岸零損失,因應氣候變遷,防治海岸災害與環境破壞,保護與復育海岸資源。
可供本所或其他政府機關後續應用情形:
本研究結合網際網路資源,應用Google Earth歷史圖像,透過現場考察,並諮詢規劃、設計與建管單位,蒐集、綜整臺灣西南部海岸離岸堤群布建之類型與狀態,掌握堤體初始設計之斷面尺寸與高程配置,進而以「離岸堤效應」為基礎,再引介高雄旗津海岸施行人工灣澳保護工程所布建出水離岸堤及系列離岸潛堤後的對應海灘變遷形態作為辨識模式,針對離岸堤初始與現況出水高度變化之控制因素,透過實務案例之對照比較,據以檢視、分析並評估離岸堤出水高度對堤後形塑沙舌或繫岸沙洲之淤沙效能與造成地貎變遷之影響,並確認離岸堤的出水高度、不透水性與繞射波強弱,是控制堤後淤沙效能的關鍵機制,碎波所引致流速u≈√(gH_b ) (H_b為碎波波高;g為重力加速度)之強勁碎波沖刷流(swashing currents)與沖刷環流(swashing circulations),則是影響海灘重塑之重要因素。此外,為改善離岸堤出水高度不足所導致堤後淤沙效能不彰之現象,對於可促進離岸堤後重塑繫岸沙洲灘線之調適、因應對策,建議在布建、整建及改善工程規劃、設計上,應著重從加大堤體寛度、提昇堤頂高度、強化堤體不透水性及輔以養灘或施行人工沙源補注等層面著手,藉以充分消減堤後之透射波強度,增進繞射波之造灣效應,達成離岸堤後淤沙與海岸防護效能。
本研究掌握科研課題之廣度與深度,擴展分析觀點,具體推動行政院之「向海致敬」政策,並落實總體性之海岸保育與防災策略,維護自然海岸環境,防治海岸災害,降低海灘重塑與海岸防沖減淤成本,樽節海岸環境營造之維運費用。相關成果可提供本所執行「港灣環境資訊整合及防災應用」政策之後續運用;更可做為港務公司、內政部、水利署、漁業署、工程顧問公司等相關產、官、學、研單位從事海岸環境營造、海岸防護設施規劃、設計、整建及維護的應用參據。


目次

目 錄
中文摘要 I
英文摘要 V
目 錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XXI
第一章 緒論 1-1
1.1 研究緣起 1-1
1.2 文獻回顧 1-5
1.3 工作項目 1-16
1.4 研究成果之效益與應用 1-18
1.4.1 研究成果效益 1-18
1.4.2 在業務施政上的應用 1-19
第二章 臺灣環島近岸海域的海氣地象環境 2-1
2.1 地形水深 2-1
2.2 風力 2-1
2.3 波浪 2-6
2.4 潮汐 2-24
2.5 潮流 2-31
2.6 海流 2-38
2.7 河川 2-42
2.8 水下沙體 2-44
2.9 輸沙潛勢 2-48
第三章 海岸之沖淤變遷與防護 3-1
3.1 臺灣環島海岸概況 3-1
3.2 海岸灘線之沖淤變遷 3-5
3.2.1 暴潮與波浪之時空變異性侵襲 3-6
3.2.2 海灘坡度與碎波型態的改變 3-8
3.2.3 海岸防護設施及近岸港口布建之影響 3-15
3.2.4 河川沙源供給變動 3-29
3.2.5 基礎地盤沉陷 3-31
3.2.6 海平面上升 3-33
3.3 海岸防護設施形態與效應 3-33
3.3.1 突堤與「突堤效應」 3-34
3.3.2 離岸堤與「離岸堤效應」 3-39
3.3.3 岬灣海灘與「岬頭效應」 3-63
第四章 離岸堤出水高度對堤後淤沙效能之影響 4-1
4.1 布建在臺灣西南部海岸的離岸堤群概況 4-1
4.1.1 高雄海岸的離岸堤群配置與堤後之淤沙效能 4-2
4.1.2 屏東海岸的離岸堤群配置與堤後之淤沙效能 4-21
4.2 離岸堤後淤沙效能影響因素檢討 4-46
4.3 離岸堤出水高度對堤後淤沙效能之影響評估 4-47
4.3.1 實際對比案例 4-49
4.3.2 造成離岸堤後淤沙效能差異之關鍵影響機制 4-58
4.4 提昇離岸堤後淤沙效能之調適因應對策 4-59
第五章 結論與建議 5-1
5.1 研究結論與建議 5-1
5.2 研究成果之效益 5-2
5.3 可供本所或其他政府機關後續應用情形 5-4
參考文獻 參-1
附錄1 期末報告審查簡報資料 附1-1
附錄2 期末報告審查會議紀錄及委員意見處理表 附2-1


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