113 高普考高考三級 港灣工程 考古題詳解

核心觀念

港灣工程的自然條件調查，是把工址的自然環境轉成可供規劃、分析與設計使用的資料。調查成果可用來決定港池、航道與外廓設施的位置及尺度，評估波浪與水流作用、港內靜穩度、地基承載與沉陷、漂砂淤積，以及施工與營運條件。

本題可依「氣象、海象、地形、漂砂、地質、地震、水文、水質」逐項作答，並將每項調查資料連結到工程用途。

各自然條件的調查項目與目的

一、氣象

**調查項目：**風向、風速及其頻率與季節變化；颱風路徑、風速與影響；降雨量、氣溫、氣壓、濕度及日照等。

調查目的：

• 風況與颱風資料用於評估船舶操船、停泊及港區作業安全，也用於外廓設施與港灣構造物的風力設計。
• 降雨資料可配合集水區及排水分析，評估港區排水、地表逕流與施工期間的水文條件。
• 氣溫、濕度等資料可作為材料耐久性、腐蝕環境及施工安排的參考。

二、海象

調查項目：

• **波浪：**波高、週期、波向及其季節變化；季風浪、颱風浪與設計波浪。
• **潮汐與潮位：**天文潮、潮差、高潮位、低潮位及暴潮位。
• **海流：**潮流與海流的流向、流速及變化。
• 視工程需求調查海水溫度、能見度等海況資料。

調查目的：

• 波浪資料用於外廓防波堤的配置與斷面設計、波浪力計算，以及評估港池內波浪傳遞與船舶停泊穩定。
• 潮位資料用於決定港池、航道及泊地的設計水深、碼頭高程與構造物頂部高程，也可供浚挖規劃使用。
• 海流資料用於分析船舶進出港操船安全、繫泊力、水流作用及港池內水體交換。

三、地形與水深

**調查項目：**陸域地形、海岸線、潮間帶地形、海底地形及水深；必要時調查附近河口、海岸地形與地貌變化。

調查目的：

• 掌握港址現況，供港區平面配置、港池與航道規劃、外廓工程線形及施工設計使用。
• 海底地形與水深資料可用來計算浚挖量、判斷工程基礎條件，並比較工程前後的地形變化。
• 鄰近海岸與河口地形可協助評估設施興建後對海岸線及港區水域的影響。

四、漂砂與泥砂運移

**調查項目：**泥砂來源、輸砂方向與輸砂量、砂粒粒徑、海灘與海床底質，以及港池、航道附近的沖淤變化；河口附近並應掌握河川輸砂情形。

調查目的：

• 評估防波堤、港口及航道配置對沿岸漂砂的影響。
• 判斷港口入口、港池與航道淤積或沖刷的趨勢，作為港口位置、外廓設施配置及浚挖維護規劃的依據。
• 了解海床沖刷可能造成的基礎裸露或穩定性問題。

五、地質與土壤

**調查項目：**地層分布、岩層與土層種類、土層厚度、地下水位、土壤粒徑與密度，以及標準貫入試驗值（$N$ 值）、壓密性、透水性與強度等；調查方式包括鑽探、取樣及室內外試驗。

調查目的：

核心觀念

本題考查港灣設施如何依用途選用潮位作為設計基準。港池泊地主要關心水深是否足以供船舶安全停泊，因此須檢核低潮時的有效水深；防波堤與碼頭等構造物則須考慮高潮、暴潮及波浪作用，決定堤頂或構造物頂部高程。

設計水位不是單一潮位名稱，而是依設計目的，從天文潮位統計值出發，納入暴潮等異常水位及必要的波浪增水等因素後，選定的工程水位。各水位高程須採用同一高程基準，才能相互比較及進行設計。

各相關潮位

潮位統計通常依長期觀測資料分析。常見潮位如下：

• 最高高潮位（H.H.W.L.）：觀測期間內出現的最高高潮位。
• 最低低潮位（L.L.W.L.）：觀測期間內出現的最低低潮位。
• 大潮平均高潮位（H.W.O.S.T.）：大潮期間各次高潮位的平均值。大潮通常發生於朔、望前後。
• 大潮平均低潮位（L.W.O.S.T.）：大潮期間各次低潮位的平均值。
• 小潮平均高潮位（H.W.O.N.T.）：小潮期間各次高潮位的平均值。
• 小潮平均低潮位（L.W.O.N.T.）：小潮期間各次低潮位的平均值。
• 平均高潮位（M.H.W.L.）：長期觀測中各次高潮位的平均值。
• 平均低潮位（M.L.W.L.）：長期觀測中各次低潮位的平均值。
• 平均潮位或平均海水面（M.W.L. 或 M.S.L.）：長期觀測潮位的平均值，可作為描述當地平均海面高程的參考。
• 最高天文潮位（H.A.T.）：由潮汐調和分析預測長期天文潮變化後，所得的最高天文潮位；它不包含暴潮等氣象造成的水位偏差。

各港區潮差與潮型不同，潮位名稱相同也不代表高程相同，須使用工址附近測站資料或工址觀測分析結果。

設計水位與設施設計

港池泊地

泊地水深以船舶在低潮時仍能安全停泊為主要考量。設計時通常以適當低潮位作為水深基準，再依船舶吃水、龍骨下安全間隙、船舶縱搖與升沉、港池淤積及維護疏浚需求決定設計水深。

若以水深表示，可概念化為：

$$\text{所需水深} \geq \text{船舶吃水} + \text{龍骨下安全間隙} + \text{其他必要裕度}$$

核心觀念

施工計畫依序由前置調查掌握工程條件，經基本計畫與詳細計畫選定施工方法、安排作業及估算資源，最後以管理計畫建立執行與控制機制。管理計畫的重點，是把前述計畫落實為可執行、可追蹤、可調整的工作安排，並在施工過程中兼顧安全、品質、工期與經濟性。

本題不是要求重述各工種施工方法，而是要說明管理計畫的管理項目及其作用。可依「人、物、機、錢、資訊、改善與控制」的脈絡作答。

解題方法

作答時先點出管理計畫的目的，再逐項說明計畫內容，並交代各項如何支援施工管理。港灣工程常受海象、潮汐、船機調度、海上作業安全及材料運補等因素影響，因此管理計畫除了通用的資源與進度管理，也應呈現港灣工程的現場特性。

管理計畫的相關內容

1. 組織計畫 建立工程管理組織，劃分業主、監造、承攬廠商及各施工單位的職責與權限，並訂定指揮、通報、協調及決策流程。對多工種或海陸作業並行的工程，應明確界定作業介面，避免責任不清或工序衝突。

2. 勞務計畫 依施工進度及工種需求安排人力數量、進退場時程、技能與資格、班別及教育訓練；並規劃人員調度及缺工應變。港灣工程需特別留意海上作業人員、船員及特殊機具操作人員的資格與安全訓練。

3. 物料計畫 依工程數量、施工順序及進度，規劃材料設備的規格、採購、檢驗、運輸、儲存與供料時程，確保材料在需要時到場且品質符合規定。港灣工程常有大型構件、消波塊、鋼材及水泥等材料，應一併考量海運或陸運、堆置場地、潮汐與海象造成的運補限制。

4. 機械計畫 安排施工機具及船舶的種類、數量、進退場、作業時段、維修保養與備援。應使機械能力符合施工方法及工程量，並考量船機調度、錨泊與作業水域、海象限制，以及機具故障對工期的影響。

核心觀念

本題考查船舶由外海進入港灣、航行至碼頭並完成停泊各階段所受的外力，以及這些外力可能造成的航行、操縱、碰撞與繫泊風險。港灣設計須掌握外力的來源與作用階段，據以規劃航道、港池、碼頭、繫船設備及必要的拖船協助。

船舶所受作用力可概分為環境力與船舶操縱及接觸作用力。環境力包括風力、波浪力、潮流與海流；操縱及接觸作用則包括船舶慣性、舵與推進器作用、拖船推力，以及靠泊時的碰撞力與繫纜力。

解題方法

依船舶運動路徑分成「外海接近與進港、港內航行、靠泊、停泊」四階段，逐一說明主要外力及其風險。作答時須注意：船舶進港並非只受風浪影響；進入港內後，波浪通常受遮蔽而減弱，但潮流、港內水流、操縱反應，以及靠泊接觸與繫泊作用仍是重要設計考量。

各階段外力與風險

一、外海接近港口與進港

• 風力：風作用於船舶水面以上的受風面積，產生風壓與偏移力矩。大型船舶、空載船或上層建築較高的船舶，受風偏移可能特別明顯。 風險：船舶偏離航道或航向，增加與防波堤、導流堤、航道邊坡及其他船舶碰撞或擱淺的機會。
• 波浪力：外海波浪使船舶產生縱搖、橫搖、升沉與偏航，也會造成船體受力及船速變化。進入港口入口時，波浪傳遞與折射可能使波況、船舶運動及操縱難度改變。 風險：船舶運動加劇、舵效與操縱穩定性下降，可能造成航道偏移、碰撞或進港困難。
• 潮流與海流：水流對船體產生阻力與側向作用；橫流會使船舶偏離預定航跡，順流或逆流則會影響對地速度與舵效。 風險：船舶漂移、轉向困難，或在航道、港口入口及防波堤附近發生碰撞、擦碰或擱淺。

二、港內航行與轉向

• 港內潮流、迴流與局部流：水流受港池形狀、防波堤、航道及碼頭配置影響，可能形成流速或流向變化。 風險：船舶在狹窄航道或轉向水域偏移，與岸壁、碼頭或其他船舶碰撞。
• 風力與殘餘波浪：港內雖較外海平靜，風力仍會推移船舶，港口入口或遮蔽不足處也可能受波浪影響。 風險：船舶難以維持航向與位置，尤其在低速操船、轉向或接近碼頭時更易偏移。
• 船舶操縱與慣性作用：推進器、舵與拖船提供操縱力；

核心觀念

本題考查港灣規劃前的漂沙調查：透過現地觀測、資料蒐集與分析，掌握沿岸漂沙及河川輸砂的來源、方向、季節變化與輸砂量，據以判斷海岸侵淤、港池與航道淤積的成因，並作為防淤工程及維護管理的依據。

漂沙通常分為：

• 沿岸漂沙：波浪斜向入射海岸時，沿岸流推移泥砂形成的輸砂。
• 越岸漂沙：泥砂在波浪、潮流或風力作用下，向岸或離岸搬運。
• 河川輸砂：河川將泥砂輸送至河口及近岸海域，成為海岸泥砂的重要來源。

調查須同時掌握泥砂的來源、運移路徑、方向、數量及時空變化。只知道港池淤積量，仍不足以判斷泥砂從何處進入、沿何方向輸送，以及採取何種措施才有效。

解題方法：依「蒐集資料—現地調查—輸砂分析—成果應用」作答

一、蒐集既有資料並擬定調查計畫

先蒐集港區及鄰近海岸的基本資料，掌握調查範圍、可能的輸砂來源及應調查的季節。資料包括：

• 海岸線、海底地形、等深線、港池與航道配置，以及歷年地形測量成果。
• 波浪、潮位、潮流、沿岸流、風向及風速等海象與氣象資料。
• 河川流量、洪水紀錄、河口地形及河川輸砂資料。
• 港池與航道的浚挖紀錄、淤積量、淤積位置及歷年變化。
• 海岸工程、港灣設施及土地利用等可能改變泥砂運移的資料。

依季風與海象特性安排調查時段，並以測線、測站或網格規劃調查範圍；調查範圍須涵蓋河口、港口、鄰近海岸及可能的漂沙通道。

二、進行現地調查

1. 地形與岸線測量 測量海灘剖面、海岸線與近岸海底地形，並與歷年資料比較，辨識侵蝕、淤積區及地形變化。

2. 波浪、潮流與沿岸流觀測 調查波高、週期、波向、潮位、潮流流速與流向，以及沿岸流的方向與強度。波浪斜向入射和沿岸流是推估沿岸漂沙方向與能力的重要依據。

3. 泥砂特性採樣 在河口、海灘、近岸海床、港口入口、港池與航道等位置採取泥砂樣本，分析粒徑分布、級配與泥砂特性；必要時比較各區泥砂特徵，以研判來源及運移關係。

核心觀念

本題考查港灣工程與海岸工程的基本術語，包括沿岸漂砂與海岸地形變化、波浪分類、港池配置，以及船舶航行所形成的波系。作答時應說明各名詞的定義、形成原因與工程上的意義。

解題方法

依名詞所屬的工程情境作答：突堤效應與湧浪屬海岸波浪及漂砂現象；迴船池屬港灣水域配置；船行波描述船舶航行形成的波系；乾舷深則是船舶尺度名詞。名詞解釋宜包含「是什麼、如何形成或如何使用」，避免只寫字面翻譯。

各名詞解釋

（一）突堤效應（groin effect）

突堤是大致垂直於岸線伸入海中的構造物，常用來攔截沿岸漂砂、減少海岸侵蝕。漂砂受突堤阻擋後，構造物的**上游側（沿漂砂來向的一側）**容易淤積；砂源被截留後，下游側的供砂量減少，可能發生侵蝕。這種因突堤改變沿岸輸砂而造成兩側海岸淤積、侵蝕差異的現象，稱為突堤效應。

判讀時要以沿岸漂砂方向區分上、下游側，不能單憑地圖上的左右判斷。

（二）湧浪（swell）

湧浪是離開風浪生成區後，仍在海面傳播的波浪。它通常具有波峰較規則、波長較長、週期較長的特徵；波浪離開生成區後，較短週期的成分衰減或分散較快，傳播較遠的波浪因此呈現較規則的波列。

湧浪與風浪的差別主要在生成與傳播情境：風浪是在當地風作用下形成，波面較不規則；湧浪則已離開主要生成區，仍可傳到遠處海岸。兩者可同時存在。

（三）迴船池（turning basin）

迴船池是港區內供船舶迴轉、調頭或改變航向的水域，通常設於碼頭前方或航道終端附近。其平面尺度與水深須配合設計船舶的船長、吃水、操船能力及風、流等環境條件，使船舶能安全完成迴轉及進出港作業。

迴船池是港內供迴轉使用的水域，不等同於供船舶長時間停泊的錨地或供船舶通行的航道。

（四）船行波（Kelvin wave）