114 高普考高考三級 港灣工程 海岸工程（包括近岸測量） 考古題詳解

核心觀念

本題考查沉箱式直立堤在衝擊波壓作用下的兩項穩定性：

1. 滑動穩定：比較沉箱底部摩擦力與水平波力。
2. 傾倒穩定：比較沉箱自重所形成的抵抗力矩與波力所形成的傾倒力矩。

因題目明確指出波浪會越波，且廣井公式假設波壓自堤底至堤頂均勻分布，因此波壓作用高度採用：

$h+h_c=8+2.5=10.5\ \mathrm{m}$

解題方法與計算

一、計算均勻波壓

海水單位體積重為：

$\gamma_w=1.03\ \mathrm{ton/m^3}$

廣井公式為：

$p=1.5\gamma_w H$

代入 $H=5\ \mathrm{m}$：

$p=1.5(1.03)(5)=7.725\ \mathrm{ton/m^2}$

二、計算單位寬度波力 $F$

波壓均勻作用於沉箱堤全高 $h+h_c=10.5\ \mathrm{m}$，故單位寬度波力為：

$F=p(h+h_c)$

$F=7.725(10.5)=81.1125\ \mathrm{ton/m}$

波壓均勻分布，因此其合力作用點位於堤底以上：

$\frac{h+h_c}{2}=\frac{10.5}{2}=5.25\ \mathrm{m}$

三、計算沉箱水中重量 $W$

沉箱每一公尺寬度的混凝土體積為：

$V_c=B(h+h_c)=10(10.5)=105\ \mathrm{m^3}$

混凝土在空氣中的重量：

$W_c=2.4(105)=252\ \mathrm{ton}$

沉箱浸水體積僅計算水面以下部分：

$V_{\mathrm{sub}}=Bh=10(8)=80\ \mathrm{m^3}$

所受浮力為：

$U=1.03(80)=82.4\ \mathrm{ton}$

因此，沉箱單位寬度水中重量為：

$W=W_c-U$

$W=252-82.4=169.6\ \mathrm{ton/m}$

四、滑動係數

滑動係數公式為：

核心觀念

本題考查波浪由深海傳至近岸時的折射與淺化、碎波條件，以及碎波帶沿岸流速的估算。計算依序為：

1. 用碎波波向角求折射係數，並由線性波理論求碎波點的淺化係數。
2. 將深海波高經折射與淺化換算為碎波波高，再用碎波指標求碎波水深。
3. 由色散關係求碎波點波長，結合題給底床坡度求碎波距岸距離。
4. 將碎波水深、坡度與碎波波向代入沿岸流公式。

以下採 $g=9.81\ \mathrm{m/s^2}$，並假設深海波高 $H_0=3\ \mathrm{m}$ 為未受折射、淺化影響的深海波高。

解題方法

（一）碎波波高 $H_b$

波高變化關係為

$H_b=H_0K_rK_s$

其中

深海波速與波長為

$L_0=C_0T_0=56.20\ \mathrm{m}$

在深海，$n_0=1/2$。碎波水深由 $H_b/h_b=0.78$ 得

$h_b=\frac{H_b}{0.78}$

因此，先以色散關係與碎波條件求碎波點的相對水深 $kh_b$。令 $x=kh_b$，則

$L_b=\frac{2\pi h_b}{x},\qquad C_b=\frac{L_b}{T_0}$

線性波色散關係為

$\left(\frac{2\pi}{T_0}\right)^2=gk\tanh(kh_b)$

淺化係數可寫成

$K_s=\sqrt{\frac{n_0C_0}{n_bC_b}}$

其中

$n_b=\frac{1}{2}\left(1+\frac{2x}{\sinh 2x}\right)$

將 $H_b=H_0K_rK_s$、$h_b=H_b/0.78$ 與色散關係聯立，數值解得

$kh_b=0.665,\qquad K_s=0.927$

故

$H_b=3(0.9542)(0.927)=2.65\ \mathrm{m}$

（二）碎波點離海岸線距離 $L_b$

由碎波指標，

核心觀念

本題考查波浪由深海傳至堤前時的波浪淺化，以及將堤前波高代入 Hudson 公式計算塊石重量。題目已指定波浪正向入射、無折射，因此不需計算折射係數；須先由深海波高 $H_0$ 求堤前波高 $H$。

解題方法

一、計算深海波長與深海波速

深海波長為

深海波速為

二、求堤前波長與波速

堤前水深 $h=6.5\ \mathrm{m}$，週期不變。由線性波色散關係

解得堤前波數 $k\approx 0.1286\ \mathrm{m^{-1}}$，因此

三、計算群波速與淺化係數

令

核心觀念

本題考查海岸面對氣候變遷與海平面上升時，如何依海岸特性選擇調適策略。聯合國氣候變化綱要公約常用的三項基本策略為：

• 保護（Protect）：以工程或自然方式維持海岸線，降低淹水、侵蝕及風暴潮對陸地與設施的衝擊。
• 適應（Accommodate）：承認海岸仍會受淹水或侵蝕影響，調整土地使用、建築與生活方式，以減少損失。
• 撤退（Retreat）：逐步退出高風險海岸地區，遷移人口與設施，讓海岸保有自然遷移及緩衝空間。

三者不是互斥的單選方案，而是可依風險、地形、土地使用及生態價值搭配採用。臺灣海岸同時有高度開發區、沙岸與潟湖、河口濕地、港區及低窪地區，宜採取分區調適。

解題方法

作答時，可先辨認臺灣海岸面臨的主要風險，再將對策分別歸入三類：

1. 保護：適用於人口密集、重要公共設施或短期難以遷移的地區，以降低海水入侵、波浪沖擊與海岸侵蝕。
2. 適應：適用於仍需維持使用、但可調整設施或土地使用方式的地區，以降低災害發生時的暴露與損失。
3. 撤退：適用於長期風險高、持續侵蝕或生態敏感的地區，避免持續投入固定防護並預留海岸緩衝空間。

回答應同時寫出工程措施與非工程措施，並說明措施須依海岸條件及長期風險分區實施。

三項調適策略與臺灣對策

一、保護（Protect）

臺灣海岸現況與適用情境： 臺灣部分西部沿海地勢低平，且有聚落、港區、工業區、交通設施與重要公共設施；颱風暴潮、海平面上升及海岸侵蝕會提高淹水和設施受損風險。對這類短期難以遷移且具有高度公共利益的地區，可採保護策略。

適合對策：

• 強化既有海堤、堤防、護岸及防潮設施，依波浪、暴潮及海平面上升等條件檢討設計標準與防護高程，並維持巡檢、修復及防災應變能力。
• 在港區、河口與低窪地區，整合海堤、抽排水設施、滯洪空間及排水系統，降低暴潮與強降雨造成的複合淹水。
• 對具自然緩衝功能的沙丘、濕地、紅樹林及海岸林，採取保育、復育與必要的生態工法，利用自然系統分散波浪能量、減輕侵蝕。
• 海岸工程應配合海岸整體規劃，避免僅保護單一區段而把侵蝕或淹水風險轉移至鄰近海岸。

二、適應（Accommodate）

核心觀念

本題考海岸防護工程所需的海陸域地形水深資料，重點有三：海陸基準一致、測深資料品質可靠、測量範圍涵蓋工程及海岸地形變動區。法規與作業依據以命題當年（民國 114 年）適用的內政部《水深測量作業規範》及水利署《海岸防護規劃基本資料觀測調查作業參考手冊（一般性海堤）》為準。

（一）現行海岸地形水深測量引用之控制系統

1. 平面控制基準：採一九九七坐標系統 2020 年成果，即 TWD97［2020］，使陸域控制點、海域定位成果及地形水深資料具有一致的平面坐標基準。
2. 高程控制基準：臺灣本島採二○○一高程系統（TWVD2001）；離島採內政部公告最新離島高程測量成果。
3. 海圖水深基準：電子航行圖成果的深度以最低天文潮位面（LAT）為基準。工程水深成果須依規定處理潮位改正，並清楚註明採用的高程或深度基準。
4. 海陸成果銜接：岸上地形高程與海域水深需有可追溯的控制點與高程連測，並統一坐標及基準面；不得直接把不同基準的高程、水深資料拼接，否則岸線附近可能產生高程不連續。

（二）水域測量測深作業規定

作業前

1. 蒐集資料、勘查測區並規劃測線：蒐集海圖、既有水深及岸線資料，現地了解海床地形、潮流、風浪與船舶活動，依測量目的、地形及所需精度規劃主測線與檢核線。
2. 確認控制與定位：檢查已知控制點，建立平面及高程控制；船位可採 RTK、PPK 或符合精度要求的定位方式。
3. 檢查測深系統：單音束測深系統以檢校板（Bar Check）檢校；多音束系統辦理疊合測試（Patch Test），確認延遲時間及搖擺、航偏、俯仰等安裝角度改正參數。
4. 準備姿態與潮位觀測：測量期間配置姿態儀或湧浪補償器。於測區附近設潮位站並引測已知水準點；如引用其他單位的潮位資料，須先辦理高程連測比對。
5. 準備聲速觀測：規劃每日聲速剖面量測；河口、電廠等水溫或鹽度變化較大的海域，須增加量測頻率。

作業中

1. 依規劃測線施測並維持定位品質：船隻沿規劃測線航行，控制航速及航跡偏差；測線附近遇障礙物須妥善繞行並記錄。依測量等級布設檢核線，並確認測線交錯檢核結果符合規定。
2. 連續取得姿態與潮位資料：潮位資料取樣間隔不大於 6 分鐘 1 筆；每次船測前、後各至少辦理 1 次人工潮位觀測驗證。依作業規定取得每日聲速剖面，水溫、鹽度變化較大時加測。