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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔣華傑
研究生(外文):Hua-Chieh Chiang
論文名稱:極端條件下台北港附近海域底床變遷之研究
論文名稱(外文):A Study of the Sea Bed Process around the Taipei Port Water in Extreme Conditions
指導教授:施士力
指導教授(外文):Su-Liek Shih
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:極端條件台北港底床變遷
外文關鍵詞:extreme conditionsTaiper Portsea bed process
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摘要
本研究利用數值模擬方法,針對台北港第二期工程地形附近海域,於溫妮(WINNIE)、楊妮(YANNI)、碧利斯(BILIS)、巴比倫(PRAPIROON)及寶發(BOPHA)等五個颱風之不同海、氣象作用下,其對底床變遷之影響作一探討,期望藉由短期極端條件形成之漂沙優勢,作為海底底床變遷長期性發展之基礎。
整個數值計算過程分為三個部分,包括:水動力數值計算(Hydrodynamic Computation)、近岸風波浪數值計算(Near-shore Spectral Wind-Wave Computation)、漂沙傳輸數值計算(Sediment Transport Computation)。利用水動力計算求得模擬海域流速、流向與水位隨潮汐變化之流場特性;近岸風波浪計算求得模擬海域之波高、週期與波向等波場特性;最後將波、流場計算結果,配合蒐集之底質特性,利用漂沙傳輸計算模擬本海域漂沙傳輸現象。
經由數值計算結果顯示,颱風引起之外海波高愈大,導致沿岸流愈強,再加上颱風期間暴雨導致之流量愈大,其輸沙作用愈趨明顯,尤其以港口以南海岸、主防波堤外側及淡水河口漂沙優勢最明顯,而經實際地形觀測,也發現在此區域之輸沙作用最強,因此未來若需長期觀測地形變化,即可以此極端條件之數值計算結果作為基礎。

目 錄
摘要 I
目錄 II
表目錄 IV
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法 2
第二章 理論基礎 4
2-1 水動力計算之理論基礎 4
2-1-1 水動力計算 4
2-1-2 水動力計算之控制方程式 4
2-1-3 水動力計算之主要參數 7
2-2 近岸風波浪計算之理論基礎 9
2-2-1 近岸風波浪計算 9
2-2-2 近岸風波浪計算之控制方程式 10
2-2-3 近岸風波浪計算之主要參數 14
2-3 漂沙傳輸計算 17
2-3-1 漂沙傳輸計算 17
2-3-2 漂沙傳輸計算之控制方程式 17
2-3-3 近岸風波浪漂沙傳輸計算之主要參數 21
第三章 數值解析與穩定條件 22
3-1 水動力之數值計算 22
3-1-1 水動力計算之數值解析 22
3-1-2 水動力計算之穩定條件 27
3-2 近岸風波浪之數值計算 28
3-2-1 近岸風波浪計算之數值解析 28
3-2-2 近岸風波浪計算之穩定條件 28
3-3 漂沙傳輸之數值計算 29
3-2-1 漂沙傳輸計算之數值解析 29
3-2-2 漂沙傳輸計算之穩定條件 30
第四章 數值計算 32
4-1 數值計算說明 32
4-1-1 水動力計算 32
4-1-2 近岸風波浪計算 34
4-1-3 漂沙傳輸計算 35
4-2 數值計算邊界條件 35
4-2-1 水動力計算邊界條件 35
4-2-2 近岸風波浪計算邊界條件 38
第五章 數值計算驗證與結果討論 41
5-1 數值計算之驗證 41
5-1-1 流場驗證 41
5-2 數值計算結果與討論 41
5-2-1 波場計算之結果與討論 41
5-2-2 流場與漂沙傳輸計算之結果與討論 42
第六章 結論 46
參考文獻 85
表 目 錄
表4-1 水動力計算領域網格計算表 33
表4-2 蒲福風級及波高推算對照表 33
表4-3 淡水河域秀朗測站流量資料 34
表4-4 近岸風波浪計算領域網格條件表 35
表4-5 臺灣環島海域邊界潮位站之編號與地理位置 37
表4-6 臺灣環島海域邊界潮位站上之主要分潮調合常數 37
表4-7 水動力計算領域之邊界計算形式 38
表4-8 台北港民國85.7~89.12颱風資料 40
圖 目 錄
圖2-1 風摩擦係數與風速之關係圖 9
圖4-1 台北港海域地理位置圖 48
圖4-2 計算流程圖 49
圖4-3 水動力計算大域水深地形圖 50
圖4-4 水動力計算中域水深地形圖 51
圖4-5 水動力計算小域水深地形圖 51
圖4-6 近岸風波浪計算領域水深地形圖 52
圖5-1(a) 小域點(270,70)與台北港實測潮位比較(小潮) 53
圖5-1(b) 小域點(270,70)與台北港實測潮位比較(大潮) 53
圖5-2(a) WINNIE颱風之波場 54
圖5-2(b) WINNIE(0,180)∼(115,180)平均波浪方向變化 54
圖5-3(a) YANNI颱風之波場 55
圖5-3(b) YANNI颱風(0,180)∼(115,180)平均波浪方向變化 55
圖5-4(a) BILIS颱風之波場 56
圖5-4(b) BILIS颱風(0,180)∼(115,180)平均波浪方向變化 56
圖5-5(a) PRAPIROON颱風之波場 57
圖5-5(b) PRAPIROON颱風(0,180)∼(115,180)平均波浪方向變化 57
圖5-6(a) BOPHA颱風之波場 58
圖5-6(b) BOPHA颱風(0,180)∼(115,180)平均波浪方向變化 58
圖5-7(a) WINNIE颱風漲潮之流場(考慮流及風) 59
圖5-7(b) WINNIE颱風漲潮之漂沙優勢(考慮流及風) 59
圖5-8(a) YANNI颱風漲潮之流場(考慮流及風) 61
圖5-8(b) YANNI颱風漲潮之漂沙優勢(考慮流及風) 61
圖5-9(a) BILIS颱風漲潮之流場(考慮流及風) 63
圖5-9(b) BILIS颱風漲潮之漂沙優勢(考慮流及風) 63
圖5-10(a) PRAPIROON颱風漲潮之流場(考慮流及風) 65
圖5-10(b) PRAPIROON颱風漲潮之漂沙優勢(考慮流及風) 65
圖5-11(a) BOPHA颱風漲潮之流場(考慮流及風) 67
圖5-11(b) BOPHA颱風漲潮之漂沙優勢(考慮流及風) 67
圖5-12(a) WINNIE颱風之流場(只考慮波) 69
圖5-12(b) WINNIE颱風之漂沙優勢(只考慮波) 69
圖5-13(a) WINNIE颱風漲潮之流場(考慮波、流及風) 74
圖5-13(b) WINNIE颱風漲潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 74
圖5-13(c) WINNIE颱風退潮之流場(考慮波、流及風) 75
圖5-13(d) WINNIE颱風退潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 75
圖5-13(e) WINNIE颱風之淨漂沙優勢(考慮波、流及風) 75
圖5-14(a) YANNI颱風漲潮之流場(考慮波、流及風) 76
圖5-14(b) YANNI颱風漲潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 76
圖5-14(c) YANNI颱風退潮之流場(考慮波、流及風) 77
圖5-14(d) YANNI颱風退潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 77
圖5-14(e) YANNI颱風之淨漂沙優勢(考慮波、流及風) 77
圖5-15(a) BILIS颱風漲潮之流場(考慮波、流及風) 78
圖5-15(b) BILIS颱風漲潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 78
圖5-15(c) BILIS颱風退潮之流場(考慮波、流及風) 79
圖5-15(d) BILIS颱風退潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 79
圖5-15(e) BILIS颱風之淨漂沙優勢(考慮波、流及風) 79
圖5-16(a) PRAPIROON颱風漲潮之流場(考慮波、流及風) 80
圖5-16(b) PRAPIROON颱風漲潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 80
圖5-16(c) PRAPIROON颱風退潮之流場(考慮波、流及風) 81
圖5-16(d) PRAPIROON颱風退潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 81
圖5-16(e) PRAPIROON颱風之淨漂沙優勢(考慮波、流及風) 81
圖5-17(a) BOPHA颱風漲潮之流場(考慮波、流及風) 82
圖5-17(b) BOPHA颱風漲潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 82
圖5-17(c) BOPHA颱風退潮之流場(考慮波、流及風) 83
圖5-17(d) BOPHA颱風退潮之漂沙優勢(考慮波、流及風) 83
圖5-17(e) BOPHA颱風之淨漂沙優勢(考慮波、流及風) 83
圖5-18 台北港海域民國85年5月∼90年5月侵淤變化圖 84

參考文獻
1.Danish Hydraulic Institute (1996)「MIKE21 Hydrodynamic Module」.
2.Danish Hydraulic Institute (1996)「MIKE21 Nearshore Spectral Wind-Wave Module」.
3.Danish Hydraulic Institute (1996)「MIKE21 Sand Transport Module」.
4.Smagorinsky,J.(1963),「General Circulation Experiment with the Primitive Equations」,Monthly Weather Review,Vol.91,pp.91~164.
5.Smith S.D and Banke E.G.,「Variation of the sea Drag Coefficient with Wind Speed」Quart. J.R. Met. Soc.101,pp.665~673.
6.Battjes,J.A.,and Janssen,J.P.F.M.,Energy Loss and Set-up Due to Breaking of Random Waves,Proc.16 th Int.Conf.on Coastal Eng.,Hamburg,pp.569~587 (1978).
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8.莊文傑、江中權,「台灣四周海域海流數值模擬研究」,交通部運輸研究所港灣技術研究中心,民國89年。
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10﹒經濟部水資源統一規劃委員會,「台灣水文年報」,民國86∼89年。
11﹒UKHO (1997) ”Admiralty TIDE TABLES and Tidal Stream Tables,” the Hydrographer of the Navy, UK Hydrographic Office, Somerset, U.K., Vol.3, 498 pp
12﹒林文毅,「台北港波浪統計特性分析」,國立臺灣海洋大學河海工程研究所碩士論文,民國90年。
13﹒賴沛宏,「離岸潛堤後之波、流場及其效應漂沙之研究」,國立臺灣海洋大學河海工程研究所碩士論文,民國90年。
14﹒基隆港務局委託交通部運輸研究所港灣技術研究中心,「八十九年八里、林口海岸漂沙調查及海氣象與地形變遷四年監測計劃報告」,民國89年。
15﹒簡仲璟、莊文傑、江中權,「Mike21數值模式在台中港海域之應用」,2001海洋數值模式研討會論文集,民國90年。
16﹒基隆港務局,「淡水國內商港漂沙調查及海、氣象與地形變遷監測計劃」,民國88年。
17﹒交通部運輸研究所港灣技術研究中心,「八十九年度研究成果發表會論文集」,民國90年。
18﹒交通部運輸研究所港灣技術研究中心,「八十九年度港灣技術研究中心基本研究計劃成果論文集」,民國89年。

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