海岸工程　申論題歷屆試題與參考架構

（一）外海深水處量到的一段水面高程變化如圖 1，以零上切的方式所得 21個波浪資料如下表。請說明零上切的步驟，及列出計算（Hmax, Tmax） 、（H1/10, T1/10）、（H1/3, T1/3）、（Hmean, Tmean）結果。（15 分）

（二）以所得（H1/3, T1/3）為深海設計波浪條件，並已知入射角0=30°，請問該波浪傳至水深 h=10 米時波高 H，入射角（假設淺水條件）？及用兩種C0 cosθ 0基準判斷是否碎波？（ sinθ0 / c0  sinθ / c ， H 2  H 0 ，2Cg2 cosθ 2 Hb Hb  0.78 h b ，  1 / 7 ）（10 分）Lb Water Surface Elevation, η(m) Time, t(s)圖 1 水面高程 η 時間變化表 零上切的波浪編號及相對應的波高 H（m）與週期 T（s）編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11波高 H 0.54 2.05 4.52 2.58 3.20 1.87 1.90 1.00 2.05 2.37 1.03週期 T 4.2 8.0 6.9 11.9 7.3 5.4 4.4 5.2 6.3 4.3 6.1編號 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21波高 H 1.95 1.97 1.62 4.08 4.89 2.43 2.83 2.94 2.23 2.98週期 T 8.0 7.6 7.0 8.2 8.0 9.0 9.2 7.9 5.3 6.9

（25 分）

請解釋：

（一）按圖 2 所示，海岸（Coast）、海灘（Beach/Shore）與近岸（Nearshore）的邊界分界之依據各為何？（6 分）

（二）懸浮載與底床載？（6 分）

（三）完全移動與表層移動水深？（6 分）

（四）岬灣控制理論的原理及做為海岸管理的工法之一？（7 分）圖 2 近岸區域分類名詞定義

（25 分）

請敘述：

（一）按近岸量測的觀點， 「測量」與「調查」的定義，並指出那些是各自相關的量測項目－水深、水文、海氣象、水下地形、底質、漂砂。 （7 分）

（二）船載聲波式儀器量測水深時，需做那些修正？（7 分）

（三）漂砂調查針對那兩類漂砂性質進行量測？並請說明量測方法，請各舉兩例說明。（6 分）

（四）遙測技術可應用在那些近岸量測項目（至少列五項）？（5 分）

（25 分）

（一）請敘述海岸侵蝕保護的結構物，不透水的直立沉箱與透水的拋石堤，從能量消散的結果各有什麼優缺點？（6 分）

（二）一週期 10 s 的波浪傳至位於 30 m 處的拋石堤，在距底床 10 m 的移動波壓計量到如圖 3 所示的波壓結果，在反節（腹）點的壓差是4700 N/m2，在節點的壓差是 2100 N/m2，假設全反射且沒有能量損失，cosh k(h  z)反射與穿透係數 Kr、KT 各為何？（ P  ρgK p (z)η , K p (z)  ，cosh kh  ηt max   Hi  H r  ，  ηt min  1  Hi  Hr  ＆淺水假設）（7 分）2 2

（三）颱風期間海岸災害時結構物的破壞往往與潮汐及颱風作用的那三個因子有關？（6 分）

（四）全球暖化造成的淹水災害，海岸地區首當其衝，防災之道除了結構物設置的選項，請敘述還有那些非結構物的措施可以考量？（6 分）30 m Traversing pressure sensor 10 m Pressure 4700 N/m2 2100 N/m2 Time Pressure record from traversing sensor圖 3 拋石堤前水下距底床 10 m 處移動的壓力計所得壓力時間分布

（25 分）

作用於直立堤之衝擊波壓可使用廣井（Hiroi）公式來計算，其波壓分布由堤底至堤頂皆假設為均勻分布，波壓公式為 p  1.5  gH ， H 為堤前設計波高。假設設計波高為 5 m，週期為 10 sec 之波浪作用於沉箱堤，沉箱堤堤頂高度 hc 為 2.5 m，設計水深 h 為 8 m，沉箱堤寬 B 為 10 m，波浪作用時會有越波現象。請用廣井公式計算沉箱堤之滑動與傾倒係數，並說明沉箱堤是否安定。不考慮作用於沉箱堤底之上揚力以及堤內之波壓變化。海水與混凝土之單位體積重分別為1.03 ton / m 3 與 2.4 ton / m 3，沉箱之滑動摩擦係數為   0.6 。（20 分）W註：滑動係數安定條件： f s  >1，傾倒係數安定條件：F B W fo  2 >1 ，其中 F 為作用於沉箱之單位寬度波力，W 為沉箱h  hc F單位寬度水中重量。B = 10 m hc = 2.5 m h=8m

（20 分）

考慮一規則波斜向入射於海域等深線與平直海岸線平行之海岸，假設底床坡度為 1/30，海灘底質粒徑(D)為 0.12 mm。深海入射波浪波高 H 0 為 3 m，波浪週期T0 為 6 sec，波浪入射角度 20 度，碎波之波向角為 10 度。計算碎波波高 H b、碎波點離海岸線之距離 Lb 以及碎波帶內之沿岸流平均流速 V？H碎波水深 hb (m) 為 b  0.78 。（20 分）hb註：下標“0”及“b”分別表示深海處及碎波處之相關物理量。cos θo nC 1 2kh 折射係數 K r  與淺化係數 K s  o o ，n  1  ，cos θ nC 2  sinh 2kh  5沿岸流平均流速(m/sec)：V  ghb  tan   sin  b  cos  b，  0.78，32C f C f  0.01， tan   hb / Lb 。

（20 分）

考慮塊石防波堤其堤面坡度為 1：2.5，堤前水深為 6.5 m。此塊石防波堤興建於底床坡度 1：30 之均勻海床上。深海設計示性波高 H 0 為 5 m，週期 T0 為 7.3 sec，此波浪係從深海正向入射至塊石防波堤堤前，即有波浪淺化，而無折射現象。請計算所需之塊石重量？（20 分）s H3註：Hudson 公式 W  ，塊石單位體積重  s  2.65 ton 3 K D  ( S  1)  cot  m   w ：水單位體積重  1.03 ton 3 ， S  s ，W：塊石重量(ton)，m w  ：堤面坡度， H ：堤前波高(m)， K D  2.8

（20 分）

因應氣候變遷影響，聯合國氣候變化綱要公約針對海岸地區建議三項基本調適策略：保護（Protect）、適應（Accommodate）及撤退（Retreat）。請依此三種調適策略，針對臺灣目前之海岸現況提出適合之對策。 （20 分）

（20 分）

為提供海岸防護工程規劃及設計之依據，必須進行海陸域之水深地形測量。請說明現行海岸地形水深測量引用之控制系統、水域測量測深作業規定（作業前與作業中）以及海域水深測量之範圍如何決定。（20 分）

（20 分）

在外海水深 60 公尺處，測得如下 12 個波浪之波高與週期資料，試推求：

（一）示性波之波高（m）與週期（s） ，（二）示性波之單位面積能量（kJ/m2），

（三）示性波之能量通量（kW/m）。（25 分）測得順序 1 2 3 4 5 6波高（m） 1.3 3.2 2.6 5.2 4.1 3.3週期（sec） 4.6 6.2 6.1 8.9 5.8 6.3測得順序 7 8 9 10 11 12波高（m） 1.4 4.5 5.8 5.1 4.1 2.4週期（sec） 4.3 8.1 9.5 7.9 6.5 5.2

（25 分）

請說明海岸工程結構物設計時，須考慮那些作用力，以確保結構物之力學穩定。（25 分）

（25 分）

波浪在海堤堤面的溯升公式可表示為 R  S  H  L0 ，式中，R 為溯升高度（m） ，S 為堤面坡度（m/m） ，H 為堤前波高（m） ，L0 為深海波長（m）。有一海堤堤面坡度為 2 m/5 m，堤前水深為 5 m。現於外海深水處測得之深海波波高 H 0 為 4 m，深海波週期T0 為 8.4 s，此波浪於坡度為 1 m/100 m的均勻海床向岸傳遞，波浪傳遞至堤前過程中發生淺化，設淺化係數K s  0.5 c0 / c，式中，c0 為深水處之波速（m/s），c 為淺水處之波速（m/s）。試推求波浪於海堤的溯升高度。（25 分）

（25 分）

請說明氣候變遷對於海岸環境可能造成那些衝擊？並請針對此些衝擊，提出調適或減緩策略。（25 分）

（25 分）

利用海底底質和坡度，配合波浪特性可以控制碎波位置，藉以參考來設計海岸結構物。已知深海波高 H 0 ，週期 T ，考慮單一前灘坡度 β f ，一般常利用 Sunamura（1983）碎波波高公式計算碎波波高 H b −0.25 Hb ⎛H ⎞ = tan 0.2 β f ⎜⎜ 0 ⎟⎟ H0 ⎝ L0 ⎠若同時考慮海灘底質粒徑 D50 ，則常用 Sunamura（1984）所提出的模式預測前灘坡度1/ 4 ⎛ gT 2 D50 ⎞ tan β f = 0.12⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ b b⎠ H H若給定深海波高 2.0 m，週期 6 sec，海灘底質粒徑 0.2 mm，計算碎波波高。另外，若利用孤立波理論中碎波波高和水深 h 關係式 H b = 0.78h ，則碎波點距離海岸線多遠？（25 分）

（25 分）

考慮規則波浪由深海進入海岸地區，假設簡單海岸地形，海岸線為直線、海域等深線與海岸線平行。入射波浪波高 H 為 4 m，波浪週期 T 為4.5 sec，波浪入射角度 30 度。計算入射波傳到水深 8 m 位置的波向以及波高。 （25 分）[註] g 2週波數的計算， L0 = T ， L = Lo tanh Kh 。2π 2π K= 為週波數， h 為水深，ω 為波浪角頻率（angular frequency），g 為L重力常數。1 2 Kh群波波速（group velocity） C g = nC ， n = 1+ 。2 sinh 2 Kh sin θ sin θ 0波浪的 Snell 定律為 = 。C C0 b ⎛ cosθ 0 ⎞ 1/ 2波浪淺化（shoaling）係數 K r = 0 = ⎜ ⎟ ，折射（refraction）係b ⎝ cosθ ⎠ Cg 0數 Ks = 。Cg附標“0”表示深海波相關物理量。

（25 分）

海岸地區受到海面波浪的侵襲連帶產生海岸的侵蝕和淤積，對於海岸侵蝕防禦的方法之一則是興築離岸堤，藉由離岸堤對於波浪的作用在離岸堤後方產生繫岸沙洲，將沿岸漂沙留在離岸堤後方，這個方法已經施用在臺灣西海岸很多地區。繪圖說明離岸堤的存在對於侵襲波浪的影響，以及後方產生繫岸沙洲的波浪力學原理。而波浪正向入射離岸堤與斜向入射離岸堤，所產生的繫岸沙洲型態在特性上有何差異？（25 分）

（25 分）

海岸波浪往前傳遞碰到港灣防波堤將產生反射波。若防波堤為直立全反射則產生大小相等方向相反的反射波。但是實際的防波堤可能由於堤面粗糙或有水生動植物附著，將產生部分反射波。在這種狀況下計算得到實際的反射率將是非常重要。Healy（1953）利用三角函數關係推導一個簡單的計算反射率方法。給定入射波和反射波，則堤前合成波可表示為：η = ai cos( Kx − ωt ) + ar cos( Kx + ωt + ε )其中， ai 、 ar 分別為入射波和反射波振幅， K 、 ω 分別為週波數和波浪角頻率， ε 為相位差。堤前合成波可以進一步整理表示為：η = ai2 + ar2 + 2ai ar cos(2 Kx + ε ) ⋅ cos[( Kx ) m − ωt ]其中⎡ a sin Kx − ar sin( Kx + ε ) ⎤ ( Kx ) m = tan −1 ⎢ i ⎥ ⎣ ai cos Kx + ar cos( Kx + ε ) ⎦若能夠量測得到堤前合成波波形的節點（node）和腹點（anti-node）之波高 H min 和 H max，以及節點和腹點間的距離 Δx ，則入射波和反射波的波高、波長以及反射率各如何？（25 分）

（25 分）