不同風向之模擬結果

在本節中，我們想要探討，在相同風速與同樣潮汐狀態下，不同角度的風場 對河口地區懸浮泥沙濃度分布所造成的影響。根據周憲德 (2015) 研究報告指出，

冬季為淡水河口漂砂最為活躍的季節，所以我們將針對冬季的兩種主要風向，北 風 (0 度) 與東北風 (45 度) ，跟春、夏季的主要風向，西南風 (225 度) 等三種風 向進行模擬與討論。首先我們先討論在北風條件下，漲、退潮期間的兩個時間點，

懸浮泥沙濃度與其分佈和波高之間的關係。首先，我們要探討在北風的情況下，

懸浮泥沙濃度的分布與波高之關係。

圖 5-4 北風條件下，分別在(a)退潮期間和(b)漲潮期間之懸浮泥沙濃度及分布與相 對應時間點之波高情形

上圖5-4 中的左手邊圖形是在北風的情況下，懸浮泥沙的濃度與懸浮泥沙分布 的俯視圖，右手邊是相對應時間點的波高分布，而圖面上方(a)圖的時間點是在退 潮期間，(b)點則是在漲潮期間。從(a)圖中我們可以發現，波浪從北向入射，在河 口北岸與南岸，受到地形影響，波高驟減伴隨著碎波現象，波高梯度引起的輻射

應力於此區域形成環流，使底床泥沙懸浮至水體中。台北港外堤的最南側，因為

地方，由於風吹方向正好與堤岸正交，所以由河道帶出的懸浮泥沙與北岸少量被 淘刷產生的懸浮泥沙會聚集在這個地方，而形成非常大的懸浮泥沙濃度。

圖 5-5 東北風條件下，分別在(a)退潮期間和(b)漲潮期間之懸浮泥沙濃度及分布與 相對應時間點之波高情形

圖5-5 的圖(b)是在漲潮期間懸浮泥沙的分布和濃度與波高的俯視圖，圖中我 們可以發現，北岸幾乎沒有泥沙分布，其原因同樣是因為波浪受地形影響破碎後，

波高梯度不大，底床淘刷能力相對較弱，又因風向為東北風，河口帶出的懸浮泥 沙不會被帶往北岸，使得北岸的懸浮泥沙濃度較小。南岸在東北季風吹拂下，為 感受到波浪影響最強烈的地方，我們可以看到，在南岸鄰近海岸線的地方，受到 碎波形成的環流影響，泥沙大量懸浮至水體中，且由於東北風的影響，從河口帶 出的懸浮泥沙順著風吹拂的方向，沿著台北港外堤被帶往南岸，也是懸浮泥沙在 南岸濃度較高的原因之一。另外，河道中被潮汐帶出的泥沙，因為東北風與人工 建構物的影響，部分被留在台北港北防波堤靠近河口處，另一部份如上述，沿著 台北港外堤往南岸移動，剩餘的部分則隨著海水漲潮回到河道內。

接著，我們將探討在西南風的影響下，懸浮泥沙在水體中的濃度、分布情形

及其與波高之間的關係。

圖 5-6 西南風條件下，分別在(a)退潮期間和(b)漲潮期間之懸浮泥沙濃度及分布與 相對應時間點之波高情形

圖5-6 為在西南風的條件下，懸浮泥沙濃度及分布與波高在漲退潮其間之情形。

同上兩張圖，左手邊圖形是懸浮泥沙的濃度與懸浮泥沙分布的俯視圖，右手邊是 相對應時間點的波高分布俯視圖，而圖面上方(a)圖的時間點是在退潮期間，(b)點 則是在漲潮期間。從圖(a)右手邊波高俯視圖中我們可以發現，由於西南風的吹拂，

波能量較強的地方為圖中右上角的地方，因為淡水河出海岸線呈現東北-西南走向，

河道為西北-東南走向， 受到西南風產生的波浪能量較小，南北兩岸皆沒有較大的 懸浮泥沙濃度出現，尤其是南岸的地區，幾乎不會發生碎波現象，使得南岸地區 幾乎沒有懸浮泥沙濃度值。河口受潮汐帶出的的懸浮泥沙受到西南風的影響，會 往東北方向移動。值得注意的地方在淡水第二漁港的區域，此處波高減弱，淡水 第二漁港因建構形狀與風向的關係，在其港口出入口附近會是波能聚集且產生環 流的區域，此地區的底床泥沙會被懸浮至水體中，並增加此區域懸浮泥沙濃度值。

圖(b)是在漲潮期間懸浮泥沙的分布和濃度與波高的俯視圖，圖中我們可以看出，

在南北岸依舊沒有明顯的懸浮泥沙濃度值，河口流出的懸浮泥沙被西南風留在河 口與外海處，並隨著風向往東北方向移動，從圖(b)中我們可以更明顯的看到在淡 水第二漁港出入口附近，因為建構物形狀關係，波能聚集且產生較強的環流，有 較高的懸浮泥沙濃度。河口地區受波浪產生的漂砂與潮汐退潮時留在河口的部分 漂砂，會受到西南風的影響，往淡水河北岸移動，部分在第二漁港北邊防波堤附 近或更遠處沉降，或是受到第二漁港南防波堤的阻擋，在南防波堤近岸沉積。

最後，我們將取如圖5-7 的控制體積，來觀察在三種相同風速與潮汐條件，僅 風向不同的條件下，懸浮泥沙在控制體積內的濃度變化。

圖 5-7 不同風向懸浮泥沙濃度變化所選取的控制體積

圖 5-8 不同風向懸浮泥沙於控制體積內的量值 (a) 為懸浮泥沙總量 (b) 為相對

的輻射應力，會回饋至水動力方程中，進而影響水流剪力；然而，波浪本身的軌 跡速度( Orbital velocity) 亦會對底床產生一剪力。故此小節中，我們會分別模擬兩 種情況並與只考慮潮汐的情況做比較，第一種情況為同時考慮風應力、輻射應力、

波浪剪力及潮汐等四種影響因子的情況；第二種情況為在第一種情況下，不考慮 輻射應力的情況；第三種情況為只潮汐的情況。比較這三種模擬結果的目的在於，

探討淡水河口及沿岸受波浪產生之高濃度懸浮泥沙濃度的主要成因。

下圖5-9 為我們的模擬結果，圖 5-9. (a)為上述第一種情況，圖 5-9. (b)為上述 第二種情況，以此類推。圖面下方為懸浮泥沙濃度及分布圖，模擬結果顯示，在 有考慮輻射應力的情況底下，北岸及台北港外提會出現相當高的懸浮泥沙濃度，

然而在圖(b)中並沒有這麼高的懸浮濃度出現，故波浪產生的輻射應力可能是造成 淡水河口沿岸地區底床受掏刷的主要原因。

圖5-9 上方圖面為流體最上層的水平速度( y direction )，比較(b)與(c)兩種情況 下的速度分佈圖，由於模擬此時段之風場為北風，結果顯示，表層流場會受風應 力的影響而產生一個負的速度值，且由於北風的關係，使得(a)、(b)兩種有考慮風 場的情況，在潮汐退潮至河口外的速度結構時皆有被壓扁的現象。

圖 5-9 不同條件下之速度與懸浮泥沙濃度及其分佈之模擬結果，(a)同時考慮風應力、輻射應力、波浪剪力及潮汐的情況；(b)為同時考 慮風應力、波浪剪力及潮汐的情況；(c)為僅考慮潮汐的情況。 圖面上方為水平(y direction)流場，下方為懸浮泥沙濃度及分