108 高普考高考三級 港灣工程 考古題詳解

核心觀念

本題考查線性波理論中的波浪分散關係，以及深水條件下的波長與群波速度。深水時 $kh$ 很大，因此 $\tanh(kh)\to 1$，而 $\sinh(2kh)\to\infty$。將這兩項極限代入題目所列公式，即可得到深水波的簡化關係。

波速 $C$ 是波峰傳播速度，群波速度 $C_g$ 則由 $C_g=nC$ 計算；深水時 $n\to \frac12$。

解題方法與推導

（一）證明深水波波長 $L=1.56T^2$

由分散關係式：

深水條件下 $kh\gg 1$，所以 $\tanh(kh)\to 1$，得：

代入 $\sigma=\frac{2\pi}{T}$ 及 $k=\frac{2\pi}{L}$：

整理得：

取 $g=9.81\ \text{m/s}^2$：

因此，深水波波長為：

此處 $T$ 以秒計，$L$ 以公尺計。

（二）$T=10$ 秒時的深水波波長

將 $T=10\ \text{s}$ 代入深水波長公式：

核心觀念

港灣水域設施是供船舶進出港、航行、操縱、停泊及港內作業使用的水域。規劃時須配合港口功能與吞吐量，並依服務船舶的尺度、操船需求及港址自然條件，配置適當的水域位置與尺度。

（一）港灣水域設施包含項目

1. 航道：供船舶進出港及港內航行，包括進港航道、港內航道等。
2. 泊地：供船舶停泊或等待使用的水域，包括錨地及碼頭前供船舶靠泊的水域。
3. 港池：碼頭前供船舶靠泊、裝卸及港內作業的水域。
4. 迴船池：供船舶迴轉、調頭或改變航向的操船水域。
5. 船渠、泊渠：如兩突堤碼頭間供船舶進出、靠泊的水域。
6. 運河及其他港內水路：連接港灣與內陸水域，或供船舶在港區內通行的水道。

作答時可按功能歸納為：航行水域、停泊水域、操船水域及港內連接水路。

（二）港灣水域設施規劃需考慮的條件

規劃的核心是：在符合港口需求與可用水域條件下，使船舶能安全、順暢地進出、操縱與停泊。可從下列方面說明：

1. 港口功能與運量需求 依港口性質、貨物種類、旅客需求及預測吞吐量，決定航道、泊地與港池的配置、數量及面積，並預留未來發展空間。

2. 服務船舶的尺度與特性 考量代表船型及其船長、船寬、吃水、操縱性能與預計船舶流量，據以規劃航道與港池的寬度、水深，以及迴船池和泊地的尺度。水深並須配合潮位、船舶吃水及必要的富裕水深。

核心觀念

本題考查碼頭依主要承載與擋土機制所分的三種構造形式，以及各形式適用的地形、地質、水深與荷載條件。比較時可先抓住受力方式：

• 重力式碼頭：以大型結構物自重抵抗土壓、水壓及船舶作用力。
• 板樁式碼頭：以板樁牆及錨碇系統抵抗牆後土壓與水壓。
• 樁基擁壁式碼頭：以樁承受上部構造荷載，並以樁列或擁壁構成岸壁。

解題方法與通用條件

依各型式的受力機制，分別說明適用條件與優缺點。答題時應把「地基承載力、岸壁高度、水深、荷載大小、施工性及經濟性」納入比較；實際適用範圍仍須依地質調查、設計水位、土壓與碼頭使用需求決定。

一、重力式碼頭

以沉箱、方塊或鋼筋混凝土牆等形成岸壁，主要靠自重及底面摩擦、抗滑與抗傾覆能力維持穩定。

• 通用條件：適合地基承載力較佳、能承受大型構造物重量的地點；岸壁所需高度及背填荷載較大時，可採用厚重的重力結構。施工水域須能進行基礎整平及大型構件安裝。
• 優點：構造堅固、耐久性佳；岸壁剛性大，抵抗船舶靠泊及繫纜等作用的能力較好；上部可形成較完整的作業面。
• 缺點：結構物重量大，對地基承載力要求高；地基較差時易有不均勻沉陷，通常須先作地盤改良或基礎處理；材料與施工量大，水下基礎及大型構件安裝也可能增加工期與成本。

二、板樁式碼頭

以鋼板樁、鋼筋混凝土板樁等形成連續岸壁，並藉入土深度、被動土壓及錨碇系統抵抗牆後作用力。

• 通用條件：適合可將板樁打入一定深度、土層能提供足夠被動抗力的地點；常用於岸壁高度及荷載中等、需要較薄岸壁的情形。若牆後土壓或水壓較大，須設置適當錨碇、拉桿及錨碇構造。
• 優點：構造較薄，材料用量及占用空間較少；施工速度通常較快，構件可採預製或打設方式施工；相較重力式，對地基整體承載力的要求較低。
• 缺點：對板樁入土深度、樁趾土層及錨碇條件有要求；硬岩、漂石或不利地層會增加打設困難；鋼構件有腐蝕問題，接頭止水與耐久性須妥善處理；不宜不加檢討地用於高度及荷載很大的碼頭。

三、樁基擁壁式碼頭

核心觀念

防波堤伸入近岸漂沙帶後，會阻礙沿岸漂砂通過，使港口兩側的漂砂收支失衡，形成「突堤效應」：

• 上游側（漂砂來向側）：沿岸漂砂受阻並堆積，海岸線向海突出。
• 下游側（漂砂去向側）：可供補充的漂砂減少，海岸侵蝕、海岸線後退。
• 港池或航道也可能因漂砂進入而淤積，增加浚挖維護需求。

此處的「上游、下游」是依沿岸漂砂方向判定，不是河川水流方向。實際漂砂方向可能隨季節、波浪與地形改變，應以長期海象及地形資料判定。

以漂砂由左向右為例：

沿岸漂砂方向 ───────────────────────────→

上游側堆積 下游側侵蝕
海岸線向海突出 海岸線後退
───────────────╲ ╱────────
 ╲ ╱
 ╲ 港口防波堤 ╱
 ╲ │ ╱
 │
 港池

沿岸漂砂量可用簡化的漂砂收支概念表示：

其中 $y$ 為海岸線位置，$t$ 為時間，$Q_s$ 為沿岸漂砂量，$x$ 為沿岸方向，$D$ 為有效活動剖面高度。漂砂量沿岸分布不均時，海岸線便會改變；港灣構造物造成漂砂量減少或中斷時，上游側容易淤積，下游側容易侵蝕。

解題方法與法規適用

本題第一小題以「波浪造成沿岸漂砂—防波堤阻砂—兩側漂砂收支改變」為作答主線；第二小題則由海岸管理法的海岸防護計畫及開發許可規定，說明政府如何評估、分工並採取減輕措施。

以下法規說明以命題當年（民國 108 年）法規為準。

1. 海岸管理法第 7 條要求海岸建設整體考量毗鄰地區衝擊與發展，以降低對海岸地區的破壞。
2. 同法第 14 條規定，因興辦事業計畫實施所造成的海岸侵蝕，其防護措施由該興辦事業計畫的目的事業主管機關辦理。若港灣建設造成侵蝕，不能只將處理責任留給受影響海岸的地方政府。
3. 同法第 15 條規定，海岸防護計畫應載明海岸災害風險、防護標的與目的、防護措施及方法，以及防護設施的種類、規模與配置等事項。海岸侵蝕應納入計畫評估與防護。