1-1 前言
臺灣是一個海島國家，四面環海，保護沿海居民的身家財產是海 岸工程中最重要的課題。海岸結構物的設計，可以說是海岸保全中一 大工程。波浪於堤面之溯上(Run-up)高度若過高將可能造成海水入侵 陸地之越波(overtopping)情形發生，在堤後若沒有良好的排水設計，
可能導致堤面後方發生溢淹或背土區發生土壤滲流導致堤面結構物 的破壞。所以溯上高度的大小，對於工程設計及施工而言，是一個重 要考慮因素。近來，為了使人民對於海的親水性提高，多親近大自然，
海岸景觀愈來愈受到人們的重視，沉沒在海水下的海岸結構物(潛沒 式沒水板、潛堤或人工潛礁)，可以符合海岸保全及海岸景觀，更可 以將海水循環妨礙減小，進而對生態環境影響降到最低。許多研究發 現沒水板能有效分散波能、降低波浪透射率。綜合以上的觀點，為了 有效降低波浪在海堤之溯上高度，本文主要探討在未碎波情況下，沒 水板對波浪溯上的影響。
1-2 文獻回顧
(1)有關於溯上方面的研究：
關於溯上問題的研究，在早期大致上以模型實驗結果分析歸納波 浪之溯上，由於大部份之海岸結構物都是設置在淺灘上，波浪在未到 達海岸結構物前都已碎波，而陡坡上及未碎波之溯上實驗或理論文獻 較少。以往對於波浪溯上的研究，林(1983)假設溯上水體為一線性水 面，莊與林(1991)則取溯上水體為一二次線性分布，並根據能量守恒
定理，推導堤前入射波浪所造成波浪溯上計算式，並以實驗數據迴歸 出不同堤面坡度下之相對溯上高與波浪尖銳度間的關係。周與馮 (1984)先依線性波理論利用邊界元素法，求得線性波波形及溯上高 度，之後再考慮非線性項，進而求得非線性波溯上高度。Liu and Cho(1994)則利用邊界元素法探討Solitary Wave及Cnoidal Wave受底床 的摩擦效應後對於波浪在溯上之影響。
為了有效降低溯上高度，莊與簡(1993)以不同的矩形條狀物來 模擬粗糙堤面，並以不同浪尖銳度之規則波在1:0.5至1:3的坡度範圍 進行溯上試驗，發現堤面粗糙度愈大相對溯升高度愈低，並發現相對 溯上及溯降與湧波參數有直接關係。學者Neelamani and Sandhya(2004) 以堤面上設計有規則小凸起方塊、凹形方格來進行溯上實驗，發現在 堤面坡度30o、60o及90o均比光滑堤面有效的降低溯上高度。
(2)有關於沒水板的研究：
Neelamani and Reddy(1992)利用模型實驗控制不同的波浪尖銳 度、相對水深、沒水平板的置水深與水深之比及波浪水粒子水平方向 位移與平板寬之比，研究平板位於靜水面上及潛沒水中時其反射率、
透過率及能量損失係數。發現平板設置在離水面0~0.15倍水深時有良 好的消能效果，而在0.0625倍水深處有最大能量損失。
岳(1993)利用邊界元素法，計算無孔洞、單孔、雙孔及傾斜等之 沒水板對直立岸壁之波壓力影響、平板所受水平總力及上揚力大小。
當波長較長時，波浪通過平板上方時明顯有較大波高的現象，造成直 立岸壁前波高顯著增大。並發現沒水板在設置水深、寬度、距岸壁距 離等三因素中，以平板設置水深對直立岸壁較具減壓效果。波浪通過
深時為小，而沒水板以水平設置所得減壓效果較傾斜設置為好。
周與韓(1994)利用等能量波譜分割法，將不規則入射波的週頻率 波譜以等能量方式分割計算成分波，並視為微小振幅波，利用邊界元 素法計算不規則波作用於沒水板之透射率，之後再以線性疊加原理計 算出不規則波作用時的透過率，結果發現沒水平板對某些特定較長週 期波具良好消波效果。
黃(1995)應用線性元素之邊界元素法並結合有限元素法解析，探 討線性波浪與沒水板間之交互作用的問題及沒水板對波浪之影響程 度。發現當入射波之頻率，與沒水板材料之自然頻率接近時，沒水板 會產生共振，使得反射係數幾乎達到 1.0。當轉動角度時，沒水板離 自由水面越近，則反射係數越大；其厚度取太薄時，也使得板子勁度 不足以抵擋波浪而震動，產生彈性行為，而加大反射效果，所以以適 當的板長、厚度及材料強度，可得到幾乎全反射的效果。
吳與徐(2003)利用邊界元素法在時間領域下，探討二維未碎孤立 波通過沒水板之變形後作用於垂直岸壁波力，基本上加入沒水板確實 有消減波力的效果，沒水板的增長或放置愈靠近水面均能有效的消減 波力，而沒水板的傾斜度則以前低後高的正傾斜消減波力效果較佳。
1-3 研究目的
溯上高度為決定堤防設計高度之重要因素，而入射波特性、水 深、堤腳水深及堤面坡度及粗糙度均會影響波浪在堤面上的溯上高 度，有效的降低溯上高度為一重要的課題。有鑑於沒水板能有效分散 波能、降低波浪透射率，因此本文目的為探討波浪通過沒水板後在堤 面溯上高度之消減。本文利用邊界元素法發展一數值水槽模擬非線性
造波問題，並置入一固定沒水板，改變不同入射波條件、堤面坡度及 沒水板的擺置，透過分析可以瞭解非線波通過沒水板後之溯上高度變 化。以提供在海洋工程上設計與應用之參考。
1-4 研究方法
本文基於線性邊界元素法發展出一數值水槽，在時間領域(time domain)計算模擬由直推式(piston type)造波水槽所造出來的非線性自 由水面波動，並消除造波板產生之二階自由波。在此模式中，將邊界 分成有限個直線元素，假設所有的物理量在各個元素內做線性變化，
而整個自由水面以 Eulerian-Lagrangian 混合模式來描述在不同時間的 非線性運動，利用曲線近似法(cubic spline)來計算各種物理量在切線 方向之一、二階微分值，以 Taylor 級數展開法求得下一時刻的水位資 料，而且在水槽末端應用輻射邊界及加入海綿層來吸收入射波。先與 Stokes 五階解驗證此造波之可行性後，水槽末端改以一不透水傾斜堤 面以模擬波浪溯上現象。當波浪傳至堤面時，波浪會沿著堤面呈現週 期性爬升，經一段時間此週期性爬升達穩定，取波浪爬升之最大垂直 高度與靜水面高度差為溯上高度。在未置入沒水板時，則與 Neelamani and Sandhya(2004)實驗結果及周與韓(1982)的實驗結果相互比較，來 確定本文所採用的數值模式的正確性。另於堤面前置入固定式不透水 之沒水板，在不同的入射波條件、堤面坡度、沒水板離堤腳的距離、
沒水板放置離自由液面的深淺、沒水板的長度及沒水板轉動之傾斜角 度等，均對於波浪有不同程度的影響，本文除了數值計算沒水板引起 非線性波的變形，並將計算非線性波通過沒水板後的溯上高度。