前言

第一章 前言

1.1 研究動機

高雄港位於臺灣地區之西南海岸，現有第一及第二港口，港域幅 員遼闊，腹地廣大，臨海有狹長沙洲屏障，港灣形勢渾然天成，地理 條件優良。依據行政院民國90 年核定「高雄港整體規劃及未來發展計 畫」及92 年核定「臺灣地區整體國際港埠發展規劃」之貨櫃運量預測 結果，民國 100 年起高雄港將面臨貨櫃碼頭供給不足之壓力，且隨貨 櫃船大型化之發展，未來為具競爭力之國際貨櫃港埠，勢須具備因應 發展趨勢之能力。因此，為期提昇高雄港整體效能、發揮港埠機能之 最大綜效與滿足未來發展之需求，高雄港務局已擬定多項具整合功能 之發展規劃計畫。

為因應高雄港未來擴建工程及環評要求所需之自然條件，除必要 進行外海現場調查工作，用以建置較長時期之海氣象觀測資料庫，可 充分瞭解高雄港附近海域之海氣象特性。本次計畫另外考量高雄港擴 建後港型改變對港內水理條件與船隻碇靠之影響，以及未來船舶大型 化對港內碼頭造成的影響，亦有必要一併進行『高雄港域波流場數值 模擬及特性研究』工作，以提供高雄港附近海域平面性之波浪與海流 特性之參考依據。

1.2 研究目的

高雄港位於東經120 度 10 分，北緯 22 度 27 分，亦即以旗後山上 之燈塔為中心劃圈，半徑 2 哩範圍內之水域而言。高雄外港之潮流，

漲潮時自北向南流，退潮時自南向北流，但因受到南方海上之黑潮自 南向北流至港外回流之影響，外港潮流均沿陸岸附近流動，因而使退 潮與漲潮之潮流，呈現不規則之狀態。港口之潮流，漲潮時由港外向

2

東流至港內，反之，退潮時由港內向西流至港外。內港北側沿新濱町 之海域潮流及自運河河口至哨船頭海關派出所前方一帶之水域潮流，

在退潮與漲潮時，均共同向西流動。但內港之潮流，在外港之防波堤 建造完成，並完成港口之擴建後，預期將有若干之變化。本計畫將應 用高雄港內外各項觀測資料，進行高雄港擴建前後海域流場之數值模 擬驗證比對，以及辦理波潮流的各項統計特性分析，建立高雄港附近 海域之海象特性模式。

1.3 研究方法與步驟

本計畫96 年度已完成實測資料收集整理分析及高雄港現有海域之 流場分析數值模擬，經由實測資料的分析可知，不論在 1 港口還是 2 港口，高雄港海域現場實測資料皆非常混亂。在日潮不等較小的時候，

並無一特定的特性，漲潮時海流時而向北時而向南，退潮時亦是如此，

甚至出現不論漲退潮，海流流向皆向南或皆向北的情況。在日潮不等 較大的時候亦呈現混亂的狀況，僅能概略歸納出兩個情況，海流遇到 有平潮突起時，一定會轉往南，但轉潮時間不固定，有時在平潮突起 高點轉向，有時在平潮突起低點轉向，甚至亦有在平潮時轉向，而在 平潮突起後的大退潮則一定會轉向北。透過數值模擬的研究成果可 知，本模式對於臺灣環島、臺灣南部及高雄港海域之潮位皆可準確的 計算，但在流向方面，即使從巢狀網格交疊應用著手，計算範圍採用 大區域、中區域及局部區域，大區域邊界條件採用Matsumoto 等人(2000) 針對NAO Tide 提出的 NAO.99b 模式的輸出結果，在局部區域仍僅能 模擬出海流遇到有平潮突起時，一定會轉往南的特性。本計畫今年度 除了繼續進行模式的修正之外，將建立高雄港未來擴建海域之流場分 析數值模式，並比較高雄港擴建前後之流場分布及流況改變情況，接 著將初步建立高雄港海域波浪特性模式，其研究方法及進行步驟如下：

3

1. 建立高雄港未來擴建海域之流場分析數值模式

本計畫主要研究方法為採用 DHI (2002)開發的 MIKE21_HD 水 動力數值計算模式，其建構之理論係依據水深方向積分後之二維水 動力控制方程組。潮汐流場分別採大區域及局部區域為範圍進行模 擬，大區域主要使用MIKE C-Map 所釋出的水深量測資料來模擬臺 灣環島附近之海域。局部模擬以高雄港附近流況為主要模擬對象，

並採用高雄港現地實測的地形水深資料。

利用數值模式進行潮流計算時，推動潮流模式的主要動力為開 放邊界水位變化，目前應用數值模式計算潮流的研究，其模式所需 之邊界條件主要的來源有二：一個是在模式計算區域的邊界進行現 場實際數據的收集；另一個則是擷取自另一個較大範圍模式的計算 結果。然而取得水位變化資料最直接的方式為現場觀測，但是當開 邊界地區位於大洋深海區時，便沒有實測水位資料可供應用。為了 解決邊界水位取得的困難，以及模式邊界水位給定的問題，本計畫 大區域利用全球潮汐模式的水位模擬結果作為邊界水位的輸入，直 接採用 Matsumoto 等人(2000)針對 NAO Tide 提出的 NAO.99b 模式 的輸出結果作為驅動 HD 模式進行天文潮推算所需的動力邊界條 件，至於局部區域計算海域之水動力邊界條件，於巢狀網格交疊配 置下，將可循序逐步地自其上較大範圍海域之水動力模式計算結果 中分別萃取後應用。亦即，局部區域計算海域之水動力邊界條件萃 取自大區域計算海域之逐時潮位或流速。

2. 比較高雄港擴建前後之流場分布及流況改變情況

透過96 年度與今年度的模擬結果，比較高雄港擴建前後之流場 分布及流況改變情況。

3. 初步建立高雄港海域波浪特性模式

本計畫將原始水位的資料，進行零上切法，經過統計後得到波 高時序值，以此進行計算並繪出實際波高機率直方圖。藉由波高時

4

序資料求得不同機率密度分布之參數，以獲得對應的理論密度分布 函數，並以最大概似法(Maximum Likelihood Estimator，MLE)求解各 理論機率分布之參數，其各參數值均落在 95%信賴區間，最後再根 據分組組數與資料分布的特性，分析波高與週期機率與直方圖分 布，以誤差均方根(RMS)、相關性(R²)、離島型直方圖(Pi=0)與判斷是 否為雙峰直方圖(|Pi-Pj|>1/N)等四種參數來探討最適之機率分布特性 和最佳分組組數。決定最佳組數與最適之機率分布，並以此探討波 高與週期之統計特性，選定其最佳值以利波高與週期之特性分析。

5