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交通部運輸研究所Institute of Transportation, MOTC

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書名 臺灣西部近岸港口外廓配置對毗鄰海灘沖淤之影響評估
出版單位 運輸技術研究中心
出版年份 111
出版月份 3
價格 400
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摘要

      本研究所稱之「近岸港口」,係通指港口之外廓防波堤或航道出口,係座落於低潮期間之碎波帶內,或位於內灘者。主要研究目的在探討並評估臺灣西部近岸港口外廓配置對港口淤塞與毗鄰海灘之沖淤影響。
      臺灣環島的近岸港口,大多為規模不大、航道水深較淺的漁港,為防制颱風與季風波浪之侵襲,保持港域之靜穩,經常會在平行及垂直海岸方向,構築防波堤之外廓防浪設施,但是在過於著重防浪功能、急切擴增港域面積及講究泊地靜穩度情況下,外廓防波堤之配置或擴建,因而普遍具有突堤或離岸堤之型式,更因離岸堤與突堤之堤頭,實際係為人造岬頭,以致外廓防波堤,除了防禦波浪侵襲外,尚會伴隨波浪之侵襲,衍生近岸灘區輸沙平衡之改變,最終,由於此些具有防護海灘侵蝕之防波堤設施,普遍座落在漂沙最活躍之碎波帶內,以致因近岸灘區不均勻的強烈波浪作用與輸沙沈積之嚴重失調,進而造成港口與航道之嚴重淤塞及毗鄰海灘的沖蝕。
      近岸港口淤塞與毗鄰海灘沖蝕,是潮汐、波浪、漂沙與港口外廓配置交互影響之因─ 果循環課題。本研究綜合臺灣東、西部漁港港口航道淤塞與毗鄰海灘沖蝕之特性,延續「臺灣東部近岸港口外廓配置對毗鄰海灘沖淤之影響評估」(莊,2020)之研究經驗與成果,針對海灘坡度平緩、潮差大、季風波浪強盛之臺灣西部海岸,考量潮位的高、低變化,透過 Google Earth 歷史圖像之廣泛檢視,依據近岸港口航道淤塞與毗鄰海灘沖蝕之特性,可確認臺灣西部海岸的海灘沖淤變遷,密切與潮位高、低變化相關聯,而與漁港毗鄰海灘的沖淤,應用岬灣海灘之擬合,可研判造成近岸港口淤塞與毗鄰海灘沖蝕之主要影響因素,應含括(1)具時、空變動性暴潮巨浪(約大於 1.5 m)在海灘沖刷帶上之強勁衝擊作用;(2)具不定常且非均勻性海灘坡度與碎波型態之改變;以及(3)港口外廓配置型態與規模及相關海岸防護設施之持續整建與擴展等三項。其中,在高、低潮位間之近岸淺灘上,具較大波高之季風及颱風波浪碎波之直接衝擊,並於港口屏蔽區因「突堤效應」、「離岸堤效應」與「岬頭效應」複合發展所造成強勁碎波沖刷環流之輸沙作用,係為造成近岸港口航道淤塞與毗鄰海灘沖淤的主要動力與關鍵機制。
      「岬頭效應」係指在自然或人造岬頭後,面對具時、空變動性之近岸波浪侵襲,以致在岬頭遮蔽下,會使岬頭後海灘沖刷帶(swash zone)上的波高,自然產生高、低差異,並使通過岬頭之波浪,會因繞射效應而在岬頭後繞射區造成波高大小不均、波向變化、碎波位
置不一、伴隨碎波所衍生上沖、下刷之沖刷流速(u􀀁 􀀂𝑔𝐻􀀃)強弱產生差異,進而在岬頭後形成迎向波浪之近岸沖刷環流,並促使漂沙由沖刷流速較強區往較弱之岬頭後輸運,終致造成岬頭後輸沙特性改變,灘線發生沖淤變遷,並衍生繫岸沙洲型態之岬灣海灘重塑。
臺灣西部之近岸港口,為防禦季風波浪與颱風波浪之直接衝擊,提昇港域泊地的靜穩度,港口及外廓防波堤的配置,通常具有突堤或離岸堤之型態,而離岸堤與突堤之堤頭,實際上具有人造岬頭之形式與效能,因此,在近岸波浪以偏正向之卓越方向侵襲海灘下,常會在海灘沖刷帶上,因「岬頭效應」或「離岸堤效應」的複合發展,以及伴隨碎波所衍生沖刷環流之輸沙與海灘重塑作用,最終導致近岸港口航道淤塞與毗鄰海灘沖蝕。
      臺灣西部的近岸港口,規模小,大多位在潮間帶與碎波帶內,近岸輸沙,受碎波沖刷流作用,普遍均可跨越具突堤型態之港口外廓防波堤阻隔而沿岸平衡運移,甚且會在港口外形成平直或類似河口三角洲之潛沒淺灘淤積。此外,受港口外潛沒淺灘地形水深之影響,偏正向入射港口之卓越波浪,將會於具突堤型態之港口兩側,因「離岸堤效應」衍生對稱沖刷環流,並促成沙舌或繫岸沙洲型態之海灘重塑,以致具突堤型態之近岸港口,「突堤效應」並不顯著;至於具離岸堤型態之近岸港口,在毗鄰港口航道區域,則必然會因「離岸堤效應」或「岬頭效應」衍生碎波沖刷環流之輸沙作用,進而造成成繫岸沙洲型態之岬灣海灘淤積。
      面對臺灣西部近岸港口航道經常淤塞與毗鄰海灘沖蝕之課題,於充分瞭解區域性潮汐、波浪與外廓配置之交互作用影響,掌握碎波沖刷流衍生之輸沙動力,以及確認「離岸堤效應」或「岬頭效應」的複合發展是造成毗鄰港口海灘重塑之關鍵機制後,對於位處在潮間帶內之近岸港口,由於碎波沖刷流造成強勁的輸沙作用,現況港口產生嚴重淤塞勢必無法避免,因此,為保持港口航道暢通,只能採「零方案」,持續進行港口及潮溝之清淤;而若既有港口整體位處在潮間帶之海側近傍,則主要之改善構想,建議除了依循傳統,在港口面對卓越入射波浪衝擊之外防波堤規劃配置上,應著重以達成防浪及順導沿岸輸沙跨越(by passing)效能為主外;在港口位處卓越入射波浪衝擊下游側之內防波堤規劃配置上,則應著重梳流、導沙、截淤之效能。具體因勢利導、順勢而為之防治對策與措施,包括:應用「岬頭效應」,避免「離岸堤效應」,將港口既有具雙突堤型態之 𝜤 型外防波堤,皆調整為 r 或 𝜞 型突堤,藉以禦防偏正向卓越入射波浪之直接衝擊,並導引堤後沖刷環流、截斷繫岸沙洲、創建新「岬頭」、重塑岬灣海灘。至於具離岸堤型態之近岸港口,具體因勢利導、順勢而為之防治對策與措施,依舊包括:應用「岬頭效應」,避免「離岸堤效應」,將港口既有具 𝜤 型突堤型態之內防波堤,調整為 r 或 𝜞 型突堤,藉以導引外防波堤後之沖刷環流、截斷繫岸沙洲、創建新「岬頭」、重塑岬灣海灘,進而達成近岸港口複合禦防波、流、輸沙衝擊之目標。
      綜合而論,對於臺灣西部近岸港口航道淤塞與毗鄰海灘之沖蝕,建議可採行之通用對策與措施包括:(1)無論是在規劃、設計、擴建、維護及清淤疏浚階段,皆應著重於「突堤效應」、「離岸堤效應」及「岬頭效應」之評估,藉以確實避免或有效降低其負面影響;(2)對於前灘地形水深、潮差與海灘坡度對波浪繞射與碎波型態的時、空變動性,應配合現場調查並採用數值模擬技術,廣泛詳實進行研究,特別是掌握近岸海灘卓越波浪之衝擊作用力及碎波沖刷流對漂沙的輸運作用;(3)近岸港口外廓防波堤配置,應盡量採用可有效減緩波浪衝擊、疏導碎波沖刷流及順應漂沙輸運之圓弧型態,特別是港口之內防波堤,應著重於應用「岬頭效應」,轉移原存在於外防波堤堤頭(人工岬頭)之波浪繞射點,並充分配合離岸堤設計之經驗準則,抑制「離岸堤效應」與港口沖刷環流之發展,藉以限縮港口外防波堤後繫岸沙洲或沙舌海灘之重塑規模;(4)面對具有寬幅潮間帶的臺灣西部近岸港口,於進行漁港港口淤塞特性分析與造成機制研判時,應專注確定低潮位期間之卓越波向與碎波沖刷流之作用;於檢視海灘的侵淤特性時,宜高、低潮位並重;而於從事海岸保護工程之規劃與設計,則應特別講究高潮位期間卓越波浪碎波之直接沖擊。

研究成果之效益:

      

(1) 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。針對海灘坡度平緩、潮差偏大、冬季季風波浪強盛之臺灣西部海岸,分析檢討毗鄰港口海灘之沖淤現象與變遷型態,提出「離岸堤效應」與「岬頭效應」之海灘重塑機制,評估並確認碎波引致之強勁沖刷流,是造成近岸港口淤塞與毗鄰海灘沖蝕之關鍵影響因素,進而研提應用「岬頭效應」以避免及抑制「離岸堤效應」,作為改善與防治近岸港口淤塞之因應對策;
(2) 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,提昇近岸港口沖淤課題探討之高度、廣度與深度,因應氣候變遷,擴展分析觀點,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;
(3) 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,樽節經常性防沖減淤之減災與救災成本,大量減少長期性港口淤沙疏浚之維運費用;
(4) 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,健全海岸之永續管理,改善近岸港口之經常性淤塞,消弭漁民對出海作業不便之怨言;
(5) 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 之歷史圖像,歸納臺灣東、西部近岸港口外廓配置型態,研判其對毗鄰海灘之沖淤影響與範圍,具體建議對於近岸港口之防沖減淤對策,無論是在規劃、設計、擴建或維護階段,皆應著重於應用「岬頭效應」,避免或降低「離岸堤效應」,特別是調整港口內防波堤之既有配置型態,藉以限縮港口沖刷環流之發展與抑制外防波堤後沙舌或繫岸沙洲之衍生,進而可大量減少長期性港口淤沙疏浚之人力與物力投注。相關港口淤塞防治與毗鄰海灘沖淤之改善構想,建議除了依循傳統,在港口面對卓越入射波浪衝擊之外防波堤規劃配置上,應著重以達成防浪及順導沿岸輸沙跨越(by passing)效能為主外;在港口位處卓越入射波浪衝擊下游側之內防波堤規劃配置上,則應著重梳流、導沙、截淤效能之提昇。現況本於因勢利導、順勢而為之準則,可採行之防治對策與措施,包括:應用「岬頭效應」,避免「離岸堤效應」,將港口既有具雙突堤型態之 𝜤 型外防波堤,皆調整為 r 或 𝜞 型突堤,藉以禦防偏正向卓越入射波浪之直接衝擊,並導引堤後沖刷環流、截斷繫岸沙洲、創建新「岬頭」、重塑岬灣海灘。至於具離岸堤型態之近岸港口,具體之防治對策與措施,依舊包括:應用「岬頭效應」,避免「離岸堤效應」,將港口既有具 𝜤 型突堤型態之內防波堤,調整為 r 或 𝜞 型突堤,藉以導引外防波堤後之沖刷環流、截斷繫岸沙洲、創建新「岬頭」、重塑岬灣海灘,進而達成近岸港口複合禦防波、流、輸沙衝擊之目標,並據以大量減少長期性港口淤沙疏浚之人力與物力投注。相關成果可提供行政院農委會漁業署、交通部、各港務分公司、內政部、經濟部水利署、各工程顧問公司等相關產、官、學、研單位從事海岸開發、港灣規劃、設計、擴建及維護的應用參考。推動並落實總體性之海岸保育與防災策略,樽節年度防沖減淤經費之投注。
張貼日 111-04-28

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