海況條件與浪襲系統的使用

由於浪襲警戒燈號是根據情境資料庫的邊界入射波波高、週期以及 潮 位 等 三 個 條 件 來 決 定 ， 目 前 港 灣 技 術 研 究 中 心 可 提 供 的 SWAN(Simulating WAves Nearshore) 模 式 和 COHERENS(COupled Hydrodynamical Ecological model for REgioNal Shelf seas)模式在人定勝 天段外海的石門站(圖 4.44)資料，利用其示性波高、尖峰週期和潮位預 報值來決定三個條件，並藉此產生台 11 線人定勝天段的海岸公路浪襲 警戒預報檔，如圖 4.45。

圖 4.44 人定勝天段外海提供示性波高、尖峰週期和潮位預報位置

圖 4.45 人定勝天段浪襲警戒預報檔內容

圖 4.45 各欄位的意義如下：

第 1 到 4 欄：年、月、日、時

第 5 到 7 欄：依序為預報的示性波高(m)、尖峰週期(sec)和潮位(m) 第 8 到 28 欄：第 8 到 11 欄各為里程編號 61K+300 的燈號、道路臨海 邊緣的最大水位高程(m)以及道路臨海邊緣起算的溢淹距離(m)。後續 的欄位與第 8 到 11 欄意義相同，各別屬於里程編號 61K+380、61K+500、

61K+580、61K+700、61K+830、62K+220。

29 欄：7 個里程編號中最大的燈號值

情境燈號的決定方式是利用情境資料庫的入射波高、週期以及潮位 等三種條件對預報值的示性波高修正值、尖峰周期和潮位等三個值進 行陸地溢淹距離的內插，最後根據陸地溢淹距離或道路臨海邊緣的水 位高程來決定警戒燈號。因為情境模擬的波高、週期和潮位的條件範圍 有限(圖 4.13)，所以當預報的示性波高修正值、尖峰週期或潮位超出情 境入射波高或周期的上限時，則對應到情境入射波高或週期上限值。同 理如果低於情境下限時，則對應到下限值。

SWAN 預報的示性波高在利用情境資料庫內插之前需先經過三項 修正。首先異常波浪的波高可視為示性波高的 2 倍，即直接將預報的 示性波高值乘 2。第二項為水深修正，由於預報點的水深為 61m，而情 境模擬邊界水深為 32m，故根據淺化作用來調整示性波高。假設波浪 在不同水深的能通量不變，即𝐶_𝑔 ∗ 𝐸為定值，其中𝐸 = 𝑎²，𝑎為波浪振 幅。則可利用 4.11 式根據不同的波高和周期來計算由水深 61m 傳遞到

水深 32m 的淺化係數𝐾_𝑠，再將預報的示性波高值乘上𝐾_𝑠。

H₂ = H₁𝐾_𝑠 (4.11)

其中𝐾_𝑠 = √^𝐶_𝐶^𝑔1

𝑔2，下標 1 和 2 各代表水深 61m 和 32m。另外群波波速 𝐶_𝑔 =^𝐶

2(1 + ^2𝑘ℎ

sinh 2𝑘ℎ)，個別波波速 𝐶 =^𝜔

𝑘，波數𝑘 =^2𝜋_𝐿 ，角頻率 𝜔 =

2𝜋

𝑇 ，𝑇為週期。波長𝐿由 Fenton 和 Mckee(1990)的波長近似公式計算：

𝐿 = 𝐿_𝑜𝑡𝑎𝑛ℎ^2/3(^2𝜋ℎ

𝐿_𝑜 )^3/4，其中 𝐿_𝑜 = 1.56𝑇²。

第三項為利用波能的水平折射變化修正波高。由於 61K+380、

61K+580、61K+700 等三站所取的地形切線是沿著折射的波向線，與其 他四站的正東入射並不相同。故在此參照許(2003)的公式計算波能在水 平方向上的折射變化，並利用 XBeach 模擬波浪從東邊界正向入射後的 第 136 秒水位空間分佈畫出三站的波向線，如圖 4.46 到 4.48。以圖 4.46 為例，紅線為 61K+380 站的波向線，其中𝑏₀(綠線)和𝑏(黃線)各為兩條 波向線在外海和近岸的寬度。在此假設通過寬度𝑏₀與通過寬度𝑏兩者的 能量一致。則可利用折射係數𝐾_𝑟乘上預報的示性波高作修正，如下式：

𝐻 = 𝐻₀𝐾_𝑟 (4.12)

其中𝐾_𝑟 = √_𝑏^𝑏

0， 𝐻和𝐻₀各為外海和近岸的波高。61K+380、61K+580、

61K+700 三站所計算的𝐾_𝑟值各為 1.11、1.13 和 1.16。其他四站由於沒 有折射，故其𝐾_𝑟值=1。綜合上述三種修正，預報的示性波高修正值如 (4.13)式。

𝐻_𝑠^修正值 = 2𝐻_𝑠^預報值𝐾_𝑠𝐾_𝑟 (4.13)

圖 4.46 61K+380 波向線寬度計算的折射係數(Kr=1.11)

圖 4.47 61K+580 波向線寬度計算的折射係數(Kr=1.13)

圖 4.48 61K+700 波向線寬度計算的折射係數(Kr=1.16)

以圖 4.45 第 1 行 2020 年 7 月 3 日 12 時的 61K+300 站為例。當示 性波高為 1.059m(第 5 欄)、 尖峰週期為 4.946 秒(第 6 欄)、潮位-0.808 m(第 7 欄)時，利用 4.13 式對示性波高進行修正可得 2.119m，並將該 值當作情境的入射波高條件。由於 2.119m 低於情境入射波高最小值

5m、而週期亦低於情境入射週期最小值 10 秒，故無法利用情境條件內 插。然而最接近的情境條件為波高 5m、週期 10 秒及潮位 1.5m，且該 模擬情境為綠燈(圖 4.37)。由於 2020 年 7 月 3 日 12 時段的波高、週期 和潮位皆低於前述模擬情境的波高、週期和潮位，故給予綠燈值 1(第 8 欄)，並給予道路臨海邊緣的最大水位高程(第 9 欄)和道路溢淹距離(第 10 欄)兩者 0 值。

花蓮海岸公路浪襲預警系統之視窗以網頁形式作為顯示，如圖 4.49 所示。網頁上圖可展示人定勝天段各路段的顏色燈號；中間圖展示波 高，包括花蓮港的氣象局浮標即時觀測值及人定勝天段外海的 SWAN 預報值；下圖則展示潮位，包括花蓮港的氣象局即時觀測值及人定勝天 外海的 COHERENCE 預報值。顏色燈號可以選擇各里程編號進行預報 查詢，可提供相關單位作為封路決策之參考依據。

圖 4.49 花蓮海岸公路浪襲預警系統畫面圖