潮汐—M2

本實驗欲探討各種不同的海底地形在不同的潮汐情況下，造成什麼樣 的流場機制，將要在這一小節清楚地說明。對於模式的地形種類共分為 7 種(圖 19)，而模式的水位輸入也分為半日分潮(M

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6.2.1.1 海底地形一—基本地形(寬)

本實驗稱為 A-1，實驗 A-1 是在基本地形(港內較寬)以半日潮潮汐所 模擬的實驗(見圖 23)，而港內較寬是指港內航道寬度為 2200 公尺。圖 23 是取一個潮汐週期模式中的第二層流場資料。在 ebb1 是處在退潮的時刻，

海流從南邊流到北邊，並且在一港口有很強的海流往港外流出，其流速可 達到 60 cm/s 以上，但是在二港口流速卻很小。另外，在港灣內的北邊有 一個明顯渦流，南邊則否。在 ebb2 時已接近低平潮，此時外海的海流最 強，但在一港口處流速及港內的渦流明顯減弱，二港口海流增強，顯示出

此時潮汐正在轉型。在 flood1 的時刻，進入了漲潮的階段，在一港口處海 流原先流向港外，此時已轉向為港內；二港口卻仍處在漲潮流入港內的狀 況。在外海的海流部份，是屬於退潮的情況。在 flood2 的時刻，外海的海 流大致處在平潮的時候，所以海流很小，故流場較亂。不過，在接下來的 flood3 時，外海的漲潮流增加到最強。在 flood2 到 flood3 期間，一港口處 的海流和港內的渦流也已達到最大最明顯；二港口流速則不明顯。到了 ebb3 的時刻，也就是剛要開始退潮時，一港口處的海流立即以退潮流作回應，

外海的海流則是處漲潮。

縱合以上得知外海的海流並不是與潮汐完全成正相關。在退潮時的前 半時期，外海的海流仍處於漲潮情況，但在後半時期之後才會轉向成退潮 的情況，而且一直持續到漲潮的前半時期。相似地，在漲潮時也是有這樣 的情況；前半時期是退潮情況，後半時期才轉為漲潮情況。出海口的海流 與潮汐的相關性比起外海海流對潮汐的相關性來的高。圖24是在模擬的區 域內任取 (21,101)和(51,139)的海流資料與(10,100)的水位資料所繪成的 時間序列關係圖，(21,101)和(10,100)均位於外海，(51,139)是在一港口的 位置。從圖24明顯看出外海海流與水位有1/2週期的相位差；換句話說，當 漲潮漲到最高時，向南的流速達到最大，然後流速慢慢地減慢至水位為零 時，海流開始轉向為向北的方向，接著又慢慢地增強；當退潮退到最低點 時，向北的流速達到最大，以此機制一直循環下去。而在一港口處海流與

水位有著約1/4週期的相位差，與Van et al (2001)的論文中所提到在典型的 半封閉港灣，水位與海流通常有90度的相位差的結果一致。因此在流場的 資料來看，很明顯外海海流的變化比起港口或港內的海流變化來的慢。

6.2.1.2 海底地形二—基本地形(窄)

本實驗稱為 A-2，實驗 A-2 是在基本地形(港內較窄)以半日潮潮汐所 模擬的實驗(見圖 25)，而港內較窄是指港內航道寬度只有 600 公尺。在這 次的實驗當中，在外海所模擬出來的流場大致上與實驗 A-2 的相似，漲潮 向南，退潮向北，海流與水位變化正好負相關。

從港內的海流流場來看，其結果就大大地不同了。在實驗 A-1 中，當 開始退潮時，一港口的海流即刻從流進港內的方向轉為流出港外的方向，

同時地在二港口海流是處在平潮，造成海流從一港口海流流出港外，二港 口海流不明顯的情形。過了不久，當二港口開始要退潮時，因一港口的海 流流出港外的速度很大，平均速度在 20~30 cm/s 之間，所以一港口退潮期 間，有大量的港內的海水已由一港口流出了，使得港內整個水位降低，所 以造成二港口流速很小甚至往港內流。相反地，當水位開始漲潮時，在一 港口的流速也由小漸漸地增強，流速最大可達 50 cm/s，但二港口的流速不 大。在實驗 A-2 中，一港口流場流況大致與實驗 A-1 的情況類似，差異較 大的部份是南邊；在退潮時，一港口的海流流出港外，但是在二港口則很

明顯地往港內流，其流速可達到 0.3m/s；在漲潮時，外海的海流從一港口 流進，流經中間航道，再從二港口流出，因此造成退潮海流由二進一出，

漲潮由一進二出。在這兩個實驗比較下，很明顯地顯示出在實驗 A-1 中，

一港口的漲退潮流非常明顯且隨水位變化而變化，二港口則不明顯；但是 在實驗 A-2 中，漲退潮時一二港口海流與水位則很明顯有互動的關係。因 此造成如此大的差異是由港內面積的大小所致；簡單來說，若港內的面積 大，退潮時，港內有足夠的海水供應退潮所帶出去的海水，對於港灣內的 水位降低影響很小；漲潮時，由外海所帶進來的海水因港內寬廣，對於港 內的水位上升影響不大，所以才會產生在實驗 A-1 所模擬的流場流況—一 港口海流進出明顯，二港口海流不明顯。相反來說，若港內面積狹小的話，

退潮時，港內的海水大量往港外流出，因港灣面積太小，不足以供應退潮 所帶出去的海水，導致二港口港內附近的水位快速下降，使得外海海水得 以流進港內，因此造成在兩港口裡一個港口流進一個港口流出的情況。

6.2.1.3 海底地形三—基本地形+北邊海堤

本實驗稱為 A-3，實驗 A-3 是在基本地形加入北邊海堤以半日潮潮汐 所模擬的實驗(見圖 26)。在此實驗模擬出的流場大致上與實驗 A-2 的結果 相似，只不過在漲退潮時北邊海堤的背流處(leeward)有一個明顯渦流出 現。另外，海堤會減慢在一港口進出的海流流速，其平均流速大約從 0.25m/s

降至 0.1m/s(如圖 29)。相似的情況也發生在實驗 A-4 與實驗 A-5。

6.2.1.4 海底地形四—基本地形+南邊海堤

本實驗稱為 A-4，實驗 A-4 是在基本地形加入南邊海堤以半日潮潮汐 所模擬的實驗(見圖 27)，也就是以實驗 A-2 在二港口加入海堤。在此實驗 所模擬的流場大致上與實驗 A-2 的結果相似，在南邊海堤的背風處明顯也 有渦流產生，在二港口海流的流速也有減緩的趨勢，但是南邊港口流速原 先就不大，所以海堤影響的程度比起一港口小。

6.2.1.5 海底地形五—基本地形+南、北邊海堤

本實驗稱為 A-5，實驗 A-5 是在基本地形加入南、北邊海堤以半日潮 潮汐所模擬的實驗(見圖 28)，也就是綜合實驗 A-3 及實驗 A-4。想當然，

此實驗的結果也包含了實驗 A-3 及實驗 A-4 的流場特性。不過，因為在一 二港口加入海堤，不僅減緩了一港口的流速，也減緩了二港口的流速，造 成了在港內的整個平均流速比起外海的流速減慢許多。此外，在一二港口，

它的流況仍是一個港口流進一個港口流出，並無同進同出的情形產生。

6.2.1.6 海底地形六—真實地形

最後，本實驗是用真實的海底地形以半日潮潮汐來作模擬實驗，本實

驗稱為實驗 A-6。在真實的海底地形比起實驗 A-5 所用的規則地形複雜的 多(如圖 30)，在實際的海底地形是岐嶇不平的，其中深度變化最大範圍約 在 10~15 公尺。因為高雄港的真實地形在南邊的外海到二港口海堤，其形 狀似梯形形狀，所以當退潮朝北時，外海海流流至二港口海堤南邊會有擠 壓的作用，此區的流速會增大；相反地，當漲潮時，海流行經此區會散開 的作用，流速會偏小。在港內部份，實際地形的航道的寬度更不到 300 公 尺，比起實驗 A-5(寬度 600 公尺)還要窄，所以當水位退潮時，港內的海 水幾乎都是由航道的南邊往北邊的地方流，接著從一港口處流出港外。當 水位漲潮時，海水由一港口流進港內，然後再由二港口的地方流出去。因 為港內的海岸線崎嶇不平，阻礙了海水流經的路徑，故整個港內的平均流 速不及在實驗 A-5 中港內的平均流速。除此之外，也從本實驗中發現在高 低平潮的時刻，南北邊港口海流同進同出的情形發生，造成同進同出的機 制從模式結果很清楚地展示出來，原因是在退潮時，一港口海流是流出港 外，二港口是流進港內的；當水位降至低平潮將要轉成漲潮時，一港口的 海流立即從退潮流轉成漲潮流，又加上在港內航道海岸線並不是很平滑，

阻礙從一港口海流流向南，使得二港口的海流暫時不受一港口海流的影 響，故呈現出流進港內的情況。相反地，原先在漲潮時一港口海流是流進 港內，二港口海流是流出港外的；當水位升到高平潮將要轉成退潮時，一 港口海流立即從漲潮流轉成退潮流，相同地受到港內航道海岸線不平滑的

影響，使得二港口海流仍處在流出的階段。綜合以上的原因，決定一二港 口的海流是否同進出的因子是港內海岸線的平滑程度，並且是發生在高低 平潮的時刻，出現時間很短暫，不到兩小時。