布袋商港擴建對濕地海水交換率影響研究

97-40-7326

MOTC-IOT-96-H2EB009

布袋商港擴建對濕地海水交換率

影響研究

交 通 部 運 輸 研 究 所

中 華 民 國 97 年 3 月

97-40-7326

MOTC-IOT-96-H2EB009

布袋商港擴建對濕地海水交換率

影響研究

著者：廖慶堂、許弘莒、劉景毅、吳盈志、何良勝

交 通 部 運 輸 研 究 所

97 布袋商港擴建對濕地海水交換率影響研究

交通部運輸研究所

GPN: 1009700832 定價 200 元

國家圖書館出版品預行編目資料

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| 布袋商港擴建對濕地海水交換率影響研究 / 廖 |

| 慶堂等著. -- 初版. -- 臺北市 : 交通部運 |

| 研所, 民97.03 |

| 面 ; 公分 |

| 參考書目:面 |

| ISBN 978-986-01-3864-1(平裝) |

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| 1. 港埠工程 2. 潮汐 3. 數值分析 |

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| 443.21 97006530 |

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GPN：1009700832 ISBN：978-986-01-3864-1 (平裝) 著作財產權：中華民國(代表機關：交通部運輸研究所)

本著作保留所有權利，欲利用本著作全部或部份內容者，須徵求交通部 運輸研究所書面授權。

布袋商港擴建對濕地海水交換率影響研究 著 者：廖慶堂、許弘莒、劉景毅、吳盈志、何良勝 出版機關：交通部運輸研究所

地 址：台北市敦化北路 240 號

網 址：www.ihmt.gov.tw (中文版>中心出版品) 電 話：(04) 26587176

出版年月：中華民國97 年 3 月 印 刷 者：德輝興業有限公司 版(刷)次冊數：初版一刷 110 冊

本書同時登載於交通部運輸研究所網站 定 價： 200 元

展 售 處：

交通部運輸研究所運輸資訊組• 電話：(02)23496880 五南文化廣場：臺中市中山路6 號• 電話：(04)22260330

交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表

出版品名稱：布袋商港擴建對濕地海水交換率影響研究 國際標準書號（或叢刊號）

ISBN 978-986-01-3864-1(平裝)

政府出版品統一編號 1009700832

運輸研究所出版品編號 97-40-7326

計畫編號 96-H2EB009

本所主辦單位：港研中心 主管：邱永芳

計畫主持人：何良勝 研究人員：廖慶堂 聯絡電話：04-26587124 傳真號碼：04-26571329

合作研究單位：財團法人成大研究發展基金會 計畫主持人：許弘莒

研究人員：劉景毅、吳盈志 地址：台南市東區大學路 1 號 聯絡電話：06-2371938 轉 423

研究期間

自 96 年 8 月 至 96 年 12 月

關鍵詞：布袋商港擴建、海水交換率、數值方法 摘要：

布袋商港南鄰好 美 寮 自 然 保 護 區 ， 此 保 護 區 介 位於八掌溪與龍宮溪出海口間，

其為 此 二 溪 流交會淤積形成的廣大濕地，吸引無數動植物進駐與成長，自然資源豐富

。然因龍宮溪口北鄰布袋商港，商港擴建方案之施行將可能降低龍宮溪口內濕地之海 水交換率，進而影響濕地之水質與生態環境。而本研究即是應用數值模式模擬分析不 同擴建方案對龍宮溪口內濕地海水交換率的影響程度。

首先利用於布袋海域監測所得海流資料率定驗證水理模式，模擬結果顯示本模式 計算所得之水位與海流均與實測值吻合。整體而言，本計畫模式之模擬結果均可相當 程度的布袋海域的流場。在模擬所得之流場分佈方面，在不同檢驗點之流速值均以 CASE1(現況)最大，其次為CASE2(商港擴建納入龍宮溪之方案)，最小者為CASE3(商 港擴建未納入龍宮溪之方案)。顯示布袋商港擴建會造成好美寮濕地內之流速變小，在 龍 宮 溪 出 海 口 處 (N1 檢 驗 點 ) 商 港擴 建 納 入 龍宮 溪 之 方 案(CASE2)約 較 現 況 降低 0.04m/sec，而商港擴建未納入龍宮溪之方案(CASE3)所造成之流速則約較現況降低 0.06m/sec。在模擬所得之潮汐交換率方面，在M1檢驗點CASE1之潮汐交換率為38.5%

，CASE2為14.7%，CASE3則降低至6.43%；此顯示布袋商港擴建會造成好美寮濕地內 之潮汐交換率變小，在接近龍宮溪出海口處(M1檢驗點) CASE2所造成之潮汐交換率約 較現況降低23.8%，而CASE3所造成之潮汐交換率則較現況降低32%。故布袋商港擴建 之二個方案均會大幅降低潮汐交換率，而CASE3之潮汐交換率則較CASE2之潮汐交換 率為差。

出版日期 頁數 定價 本 出 版 品 取 得 方 式

97 年 3 月 146 200

凡屬機密性出版品均不對外公開。普通性出版品，公營、公 益機關團體及學校可函洽本所免費贈閱；私人及私營機關團 體可按定價價購。

機密等級：

□密□機密 □極機密 □絕對機密

（解密條件：□ 年 月 日解密，□公布後解密，□附件抽存後解密，

□工作完成或會議終了時解密，□另行檢討後辦理解密）

■普通

備註：本研究之結論與建議不代表交通部之意見。

PUBLICATION ABSTRACTS OF RESEARCH PROJECTS INSTITUTE OF TRANSPORTATION

MINISTRY OF TRANSPORTATION AND COMMUNICATIONS

TITLE: Numerical modeling of water exchange in a small estuary of Haomeiliao wetland due to the reconstruction of Budai Harbor

ISBN (OR ISSN) ISBN978-986-01-3864-1

(pbk)

GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBER 1009700832

IOT SERIAL NUMBER 97-40-7326

PROJECT NUMBER 96-H2EB009 DIVISION: Harbor & Marine Technology Center

DIVISION DIRECTOR: Chiu Yung-Fang PRINCIPAL INVESTIGATOR: Ho Liang-Sheng PROJECT STAFF: Liaw Ching-Tarng

PHONE: (04) 26587124 FAX: (04) 26560661

PROJECT PERIOD FROM August 2007 TO December 2007

RESEARCH AGENCY: NCKU Research and Development Foundation PRINCIPAL INVESTIGATOR: Hsu Hung-Chu

PROJECT STAFF: Liou Jiing-Yih, Wu Ying-Chih

ADDRESS: NO.1, University Road, Tainan, Taiwan 701, ROC PHONE: 06-2371938 ext. 423

KEY WORDS:

Budai Commercial Harbor, water exchange, numerical method ABSTRACT:

Haomeiliao Nature Reservation is located in the southern of Budai Domestic Commercial Harbor. As a result of deposits of Bazhang River and Longgong River, this nature reservation is a home to a great variety of animals and vegetations. Due to the reconstruction of Budai Harbor, it may affect the pollutants dispersion and water exchange. The numerical models including the two-dimensional hydrodynamics model, the dispersion model and the particle-tracking model are used to understand the tidal-induced mixing, transport and water exchange processes.

D e t a i l ed mo d e l c a l ib r a ti o n an d v er i fi c a ti o n h av e b e e n co n d u c t ed w i t h me a s u r ed w a t e r s u r f a c e el e v a t i o n s an d t i d a l cu r r en t . T h e o v er a l l p e r fo r ma n c e o f th e m o d el i s i n q u al i t at iv e a g r e e me n t w i th th e av a i l ab l e f i e l d d a t a. T h e c a l i b r a t e d a n d v e r i f i ed n u me r i c a l mo d e l h a s b ee n u s ed t o q u an ti fy th e t id a l cu r re n t an d ti d a l e x ch a n g e r a t e . T h e a v e r ag e d v a l u e o f t i d al c u r r en t o n C a s e 1 i s t h e b i g g e s t o f al l a n d t h e r e g o e s t h e C a s e 2 , w h i ch l e t t h e C a s e 3 l i e o n t h e e n d o f l i n e . I t al s o sh o w s t h at t h e e x t en s io n o f B u d a i H a r b o r wi ll d ecrease the velocity in Haomeiliao wetland.

This result shows that the velocity on b ay mo u t h o f L o n g g o n g R i v e r ( N 1 t e s t p o i n t ) d e cr e a s e s 0 . 0 4 m/ s w h e n B u d ai H a r b o r e x t e n s i o n p r o j e c t c a s e ( C a s e 2 ) t h a t h a s p u t L o n g g o n g R i v e r i n t o c o n cl u si o n . O n c o n t r ar y, c a s e ( C a s e 3 ) t h a t e x c l u d e s L o n g g o n g R i v e r o n t o t h e s c h e me d e c r e a s e s 0 . 0 6 m/ s . T h e w at e r ex c h an g e r at e o f t h e t es t p o i n t M 1 o n C a s e 1 i s 3 8 . 5 % w h i l e C a s e 2 i s 1 4 . 7 % a n d C a se 3 h a s d ec r e a s e d t o 6 . 4 3 % . T h i s s h o w s t h a t B u d a i H a r b o r ex t en s i o n p r o j e ct d e c r e a s e s t h e q u a n t i t y o f t i d al e x c h an g e ab i li ty o f Ha o me i l i a o w e t l a n d . Th e ti d al ex c h a n g e o f t h e t e s t p o i n t a t b ay mo u t h o f L o n g g o n g R i v er ( N 2 t e st p o i n t ) d e c r e a s e s 2 3 . 8 %, w h i l e C a s e 3 d e c r e a s es 3 2 % co mp a r ed w i t h C a s e 1 . T h u s, o n co n c l u s i o n , b o t h c a s e s w i l l d e c r e as e t h e t i d al e x ch a n g e a b i l i t y, e s p e c i a l l y C a se 3 .

DATE OF PUBLICATION March 2008

NUMBER OF PAGES 146

PRICE 200

CLASSIFICATION

□RESTRICTED □CONFIDENTIAL

□SECRET □TOP SECRET

第一章、前言

1.1、計畫背景分析

布袋港於民國 78 年先完成客貨碼頭 250 公尺，又於民國 82 年 11 月奉省府核准擴建客用碼頭，自民國 83 年 6 月開工，在民國 86 年 11 月完成啟用，之後奉行政院核定，於民國 87 年 11 月 10 日正式公告為 國內商港。

布袋商港位處布袋鎮沿海海埔新生地第二期西側，南鄰好美寮自 然保護區，此保護區介位於八掌溪與龍宮溪出海口間，其為此二溪 流 交 會淤 積 形成 的 廣大濕地，吸引 無 數動 植 物進 駐 與成 長 ， 自 然 資源豐富。目前保護區內濕地主要經由龍宮溪口與外海海水交流。

然因龍宮溪口北鄰布袋商港，商港擴建方案之施行將可能降低龍宮溪 口內濕地之海水交換率，進而影響濕地之水質與生態環境。而本研究 即是應用數值模式模擬分析不同擴建方案對龍宮溪口內濕地海水交換 率的影響程度，研究成果將可提供開發單位作為評估分析之參考。

1.2、研究範圍與對象

工作範圍如圖 1-1 所示布袋商港鄰近海域(不含外傘頂洲北側海 域)，北起東石港，南至急水溪口南岸，南北縱長約 16 公里。港口結構 物配置為目前港口外廓形狀。

1.3、研究內容及工作項目

為期達成本計畫之研究目的，依工作性質將工作項目分為「基本

資料蒐集分析」、「二維水動力模式率定與驗證」、「海水交換率之計算」

及「不同擴建方案之海水交換率分析與探討」等四大部份；茲分述各 部份之工作項目如下：

1. 基本資料蒐集分析

（1）海氣象資料蒐集分析。

（2）海域水深資料蒐集分析。

2. 二維水動力模式率定與驗證

（1）潮汐水位之率定與驗證。

（2）海潮流之率定與驗證。

（3）不同擴建方案之流場分析。

3. 海水交換率之計算

（1）質點軌跡追蹤（particle tracking）模擬。

（2）污染擴散模式模擬。

4. 不同擴建方案之海水交換率分析與探討

（1）龍宮溪口納入布袋商港內方案之海水交換率分析。

（2）龍宮溪口不納入布袋商港內方案之海水交換率分析。

1.4、預期成果

本計畫完成後可獲得下列預期成果、效益及其應用：

1.布袋港海氣象基本資料蒐集分析。

2.布袋港海域水理模式之建立與不同擴建方案之流場分析。

3.不同擴建方案之海水交換率分析與探討。

綜合前項所言，本計畫所得之所有成果將用以探討分析不同擴建 方案對龍宮溪口內濕地海水交換率的影響程度，研究成果將可提供開 發單位作為評估分析之參考。

圖 1-1 計畫海域及布袋商港之目前配置

白水湖

壽 島

好美里

雙春

布袋港 網寮

第二章、基本資料蒐集與分析

2.1、海域地形特徵

布袋港港址位於台灣西南海岸之嘉義縣境內，西臨臺灣海峽，北 有外傘頂洲形成天然屏障，南側緊鄰好美寮自然保護區，地理位置圖 如圖 2-1 所示。圖 2-2 為成功大學水工試驗所於民國 94 年 7 月所測得 之地形水深等深線圖。由圖 2-2 可看出測區海域於水深-15m 外之等深 線走向為南北向，布袋港北方近岸海域水深-10m 內等深線走向約略平 行海岸線，呈弧形走向、其主軸方向為北北西-南南東，布袋港南方近 岸海域水深 -7m 內等深線走向平行海岸線為北北東-南南西走向；施測 區域範圍內於布袋港西方約 8 公里至 10 公里處，於水深-9m 附近有一 隆起之砂丘，其最淺處水深約-6.5m。

布袋港北方近岸海域水深-5m 內等深線走向約略平行海岸線，呈弧 形走向其主軸方向為北北西-南南東，水深-5m 處離壽島外側岸線約 1200m~1500m，水深-5m 內之坡降為 1/200~1/300；水深-30m 等深線於 雙春海岸離岸約 12000m，往北則漸離岸漸遠，-30m 等深線於好美里 海岸離岸約 12500m，至白水湖附近則離岸約 15000m；布袋港南方近 岸海域水深-7m 內等深線走向平行海岸線為北北東-南南西走向，水深 -5m 線離岸線約 900m，水深-5m 內之坡降為 1/150~1/300。

2.2、海流

布袋港址附近潮流流向大抵為東北-西南走向，其流向與漲退潮之 潮位無明顯關係。漲潮時為東北-北北東方向而退潮時則為西南-南南西 方向，推究其原因應為外傘頂與海岸所形成之大砂嘴有關，其主要流 向以向南潮流較向北潮流優勢。根據工研院能資所民國 81～83 年間於

布袋海域所進行之現場調查成果，最大海流流速，出現在外傘頂洲北 部海域，其值為 104.40 cm/sec 以上，當時流向為北北東。而各站的平 均流速大都在 40 cm/sec 以上，最大平均流速出現地點亦在外傘頂洲北 部海域，其值為 63.9 cm/sec(與其觀測日期恰為中秋節似有關連)。其餘 平均流速較小的測站，一發生在布袋港外、一出現在王爺港外海，兩 者均為離海岸陸地較近之測站。

此外，近年來在布袋鄰近海岸測量潮流之單位由北而南分別有布 袋海域（民國 72 年本所）、好美寮海域(民國 90 年、91 年水利規劃試 驗所)、雙春海域(民國 91 年 2 至 3 月、民國 91 年 7 至 8 月水利規劃試 驗所)、將軍海域(民國 90 年水利規劃試驗所)與七股海域(民國 85 年、

86 年成大水工所，民國 89 年、90 年、91 年水利規劃試驗所)等。此外，

本所自民國 89 年至 93 年共 5 年，每年進行兩次平面流浮標追蹤調查，

綜合歷次平面流況調查結果顯示，整個布袋港港口附近海域於夏季季 節風時期以西南風為主要優勢方向；其平面流況於退潮時為沿著海岸 地形等深線，隨著潮流離岸由東北（NE）向西南（SW）方向或往西（W）

退去，平均流速在 0.05m/s 至 0.90m/s 之間；而漲潮時段整個平面流之 流向，是隨著潮流向岸，並依地形由西南（WS）往東北（NE）方向流 向外傘頂洲西南側之潟湖內，平均流速在 0.09m/s 至 0.90m/s 之間；而 冬季季節風時期，東北季風為主要優勢方向，退潮時之平面流向為沿 海岸地形等深線，隨著潮流向南（S）或西南（WS）方向流去，平均 流速在 0.05m/s 至 1.56m/s 之間；而漲潮時因東北季風強勁，潮流與強 風互逆影響，所以流向較無規律性，平均流速在 0.05m/s 至 1.87m/s 之 間。

成功大學水工試驗所亦曾於 94 年 7 月至 95 年 6 月於布袋海域進 行海流調查（調查點位詳圖 2-3），觀測期間各測站的最大流速、流向、

發生時間如表 2-1 所示。各測站流向之分布情況如圖 2-4 之流速流向散 佈圖和圖 2-5 之流速流向玫瑰圖所示，由於本海域近岸地形等深線之分 佈，在布袋商港港口以南約呈北北東－南南西走向，港口以北大致上 呈西北西－東南東走向，由圖中顯示其主要流向也反應此一變化，94

年 7 月 5 日~7 月 22 日調查時，C2、C3 兩測站在港口以南，主要流向 大致上以平行岸線方向為主，其流速流向變化，漲潮往北北東、退潮 流向南南西，至於 C1 測站位於港口北邊，則是漲潮往北、退潮流往南。

94 年 10 月 21 日~11 月 7 日調查時，在港口以南之測站 C2，6m 以下 水層，其流速流向變化，為漲潮往北北東、退潮流向南南西，至於接 近表面之水層(6~7m)，受東北季風之影響，則不論漲潮或退潮，主要 流向均以南南西向為主，此外 C3 測站主要流向以平行岸線方向為主，

其流速流向變化，漲潮往北北東、退潮流向南南西，而港口北邊之 C1 測站，仍維持漲潮往北、退潮流往南之變化。95 年 1 月 10 日~1 月 26 日及 95 年 4 月 4 日~4 月 19 日調查，其流速流向變化趨勢相同，在港 口北邊之 C1 測站，其流速流向變化為漲潮往北、退潮流往南南西，而 港口以南之 C2 測站各水層及 C3 測站，主要流向仍以平行岸線方向為 主，漲潮往北北東、退潮流向南南西。

由成功大學水工試驗所於 94 年 7 月~95 年 6 月之調查成果顯示，

觀測海域之流速流向變化，在港口以南海域，主要流向大致上以平行 岸線方向為主，而港口以北之海域，約在外傘頂洲至布袋港間，呈一 開口略向西南的半圓灣型海域，C1 測站大約在此灣型海岸之開口上，

受到灣型海岸地形之影響，C1 測站近岸海域在漲、退潮間之流況變化，

不是在沿岸方向上，而是沿向離岸方向而變化，因此其主要流向呈南、

北向之變化。圖 2-6 為於三測站所測得之浮標追蹤漂流軌跡圖，在 C1 測 站 浮 標 大 部 份 以 北 北 東 方 向 漂 流 ， 施 放 期 間 漂 流 最 大 流 速 為 67cm/s、流向 20 度；在 C2 測站所施放之浮標，於漲潮時段大部份也 是以北北東方向漂流，漲潮時段漂流最大流速為 79cm/s、流向 15 度，

退 潮 時 段 大 部 份 往 以 南 南 西 向 漂 流 ， 退 潮 時 段 漂 流 最 大 流 速 為 63cm/s、流向 212 度；C3 測站漲潮時段隨潮流向北北東向漂流，漂流 最大流速為 86cm/s、流向 28 度，退潮時段隨潮流向南南西方向漂流，

退潮時段漂流最大流速為 51cm/s、流向 191 度。

2.3、潮汐

鄰近布袋海域之潮位量測站，包括水利署塭港檢潮站及中央氣象 局所設立之東石漁港檢潮站，兩處測站均位於計畫區北側約 10 公里處 海域，計畫區鄰近海域之歷年最高潮位約達+2.00 公尺以上(潮位標高 以基隆平均潮位為基準)，平均潮位則為+0.3~+0.5 公尺左右；歷年平均 之大、小潮差及平均潮差分別為 2.23、0.76、1.50 公尺（詳如表 2-2 所 示）。

成功大學水工試驗所亦曾於 94 年至 95 年於布袋港進行潮位調 查，潮位觀測位置如圖 2-7 所示。圖 2-8 所示即為布袋港潮汐觀測期間 之潮位時序變化圖，由圖中可看出潮汐變化大致呈現一天兩次的漲 退，包含一大潮與一小潮，且潮位變化有半月不等現象，也就是有農 曆大小潮水之分；而圖中潮位分別在 7 月 18 日、8 月 13 日、9 月 1 日 及 10 月 2 日附近有明顯抬升的現象，此現象剛好分別發生在海棠、珊 瑚、泰利及龍王等颱風影響的時期。

圖 2-9 為將觀測期間逐時潮位資料進行頻譜分析所得之布袋港潮 汐能譜圖，由圖可看出能量尖峰主要集中在半日頻帶、全日頻帶與四 分之一日頻帶等，其中以半日潮為最大。再將潮位逐時資料進行調和 分析可得 60 個天文潮之調和常數如表 2-3 所示，其中以 M2分潮的振 幅最大，進而推算法國制潮型指標(K1+O1)/(M2+S2)為 0.548，此結果略 大於近海水文中心(2002)在東石潮位站於 1993~1999 年間觀測之潮汐 型態 R 值介於 0.41~0.45，屬於混和潮偏半日潮。

在潮位的統計方面，成功大學水工試驗所於布袋港潮汐調查期間 之潮位統計結果如表 2-4 所示，觀測期間內平均潮位為+0.41m，平均 潮差為 1.37m，大潮平均潮差為 2.21m，小潮平均潮差為 0.96m。另外，

調查期間最高潮位為+1.72m，發生於 94 年 9 月 1 日 8 時，為泰利颱風 影響期間，亦接近農曆大潮(農曆 7 月 28 日)時期；最低潮位為-1.07m，

發生於 95 年 1 月 2 日 5 時，為農曆大潮(農曆 12 月 3 日)期間。

表 2-1 94 年 7 月 5 日~7 月 22 日各測站海流觀測期間最大流速、流向 點 位 最大流速(cm/s) 當時流向(°) 發生時間 備 註

C1 67.2 282 2005/07/19 15:20 海棠颱風 C2 41.2 215 2005/07/10 15:35 退潮 C3 93.2 196 2005/07/18 21:15 海棠颱風、退潮 表 2-1 (續 1)94 年 10 月 21 日~11 月 7 日各測站海流觀測期間最大流

速、流向

點 位 最大流速(cm/s) 當時流向(°) 發生時間 備 註 C1 42.2 357 11/04/09:05 2005 漲潮 C2-1 41.4 25 10/30/17:20 2005 漲潮 C2-2 43.1 202 11/03/01:55 2005 退潮 C2-3 49.2 17 11/05/19:55 2005 漲潮 C2-4 53.1 11 11/05/19:55 2005 漲潮 C2-5 70.0 199 10/22/05:20 2005 退潮 C2-6 105.9 189 10/29/11:25 2005 退潮 C3 61.3 210 12/04/12:10 2005 退潮

表 2-1 (續 2)95 年 1 月 10 日~1 月 26 日各測站海流觀測期間最大流速、

流向

點 位 最大流速(cm/s) 當時流向(°) 發生時間 備 註 C1 37.8 355 01/16/08:55 2006 漲潮 C2-1 41.6 26 01/12/06:30 2006 漲潮 C2-2 41.9 34 01/17/08:45 2006 漲潮 C2-3 44.4 205 01/18/03:00 2006 退潮 C2-4 48.8 29 01/12/06:05 2006 漲潮 C3 56.8 22 01/17/07:30 2006 漲潮

表 2-1 (續 3)95 年 4 月 4 日~4 月 19 日各測站海流觀測期間最大流速、

流向

點 位 最大流速(cm/s) 當時流向(°) 發生時間 備 註 C1 36.9 194 04/15/14:00 2006 退潮 C2-1 43.0 39 04/16/08:45 2006 漲潮 C2-2 47.2 35 04/15/20:40 2006 漲潮 C2-3 49.2 25 04/11/17:55 2006 漲潮 C2-4 58.6 29 04/11/17:40 2006 漲潮 C3 64.6 27 04/17/09:05 2006 漲潮

表 2-2 布袋鄰近海岸潮位測量統計表

測站 布袋 將軍 塭港 東石

地點 港內 港內 港外 港內 港外

與本港址距離(公里) 0 25.65 25.65 10.57 7.84 分析時間(年) 50~60 68~82 65~88 52～85 81～85

施測（研究）單位 港灣技術 研究中心

中興工程 顧問公司

水利規劃 試驗所

經濟部水

利署 經濟部水利署

最高暴潮位 － － *1.65 － －

最高高潮位 H.H.W.L － － － 2.00 2.30

最高潮位 H.H.T 1.68 1.41 1.48 － － 大潮平均高潮位 H.W.O.S.T 0.98 0.96 0.99 1.38 ─

平均高潮位 M.H.W.L 0.74 0.72 0.75 1.09 1.30

小潮平均高潮位 H.W.O.N.T － － － 0.79 ─

平均潮位 M.W.L 0.07 0.22 0.24 0.32 0.53

小潮平均低潮位 L.W.O.N.T 0.03 ─

平均低潮位 M.L.W.L -0.61 -0.28 -0.27 -0.41 -0.17 大潮平均低潮位 L.W.O.S.T -1.03 -0.67 -0.64 -0.85 ─

最低潮位 L.T － － － -1.82 -0.92

最低低潮位 L.L.W.L -1.6 -1.12 -1.12 － －

大潮差 2.01 1.63 1.63 2.23 ─

平均潮差 1.35 1 1.02 1.50 1.47

註：1.資料來源：水利署 85 年海岸水文年報。

2.潮位標高以基隆平均潮位為基準，單位為公尺。

3.”＊”係民國 79 年 8 月 19 日楊希颱風過境測得潮位。

表 2-3 布袋港潮汐 94 年 7 月至 95 年 6 月之調和常數表 分潮名稱 角頻率

(deg/hr) 振幅(m) 相位遲角

(deg) 分潮名稱 角頻率

(deg/hr) 振幅(m) 相位遲角 (deg) Sa 0.041069 0.0667 210 M2 28.98410 0.629 244.904 S_sa 0.082137 0.0146 298.546 MKS₂ 29.06624 0.0185 117.406 Mm 0.544375 0.0298 233.881 λ2 29.45562 0.0216 96.093 Msf 1.015896 0.0104 10.291 L2 29.52848 0.0374 246.095

Mf 1.098033 0.0115 53.594 T2 29.95893 0.0371 292.472 2Q₁ 12.85429 0.0097 273.854 S₂ 30.00000 0.166 17.56

σ₁ 12.92714 0.0093 166.69 R2 30.04107 0.0107 257.767 Q1 13.39866 0.0492 75.217 K2 30.08214 0.0625 234.295 ρ1 13.47151 0.0034 242.495 MSN2 30.54437 0.0079 291.371 O1 13.94303 0.222 193.303 KJ2 30.62651 0.002 240.98 MP₁ 14.02517 0.0087 0.063 2SM₂ 31.01589 0.0109 260.551

M1 14.49205 0.0199 164.345 MO3 42.92714 0.0095 156.451 χ1 14.56955 0.006 107.669 M3 43.47616 0.006 131.495 π1 14.91786 0.0407 240.581 SO3 43.94304 0.0059 193.641 P1 14.95893 0.0498 224.66 MK3 44.02517 0.0097 222.367 S₁ 15.00000 0.0524 247.912 SK₃ 45.04107 0.0046 2.262 K1 15.04107 0.2133 260.395 MN4 57.42383 0.0141 186.319 ψ1 15.08213 0.0297 261.062 M4 57.96820 0.0306 244.49 ϕ₁ 15.12321 0.0263 136.539 SN₄ 58.43972 0.0035 241.41 θ1 15.51259 0.0017 147.226 MS₄ 58.98410 0.0233 16.959 J₁ 15.58544 0.0124 57.922 MK₄ 59.06623 0.0109 251.889 SO1 16.05696 0.0046 24.086 S4 60.00000 0.0036 106.056 OO₁ 16.13910 0.0114 252.618 SK₄ 60.08213 0.0044 247.494 OQ2 27.34169 0.0082 97.762 2MN6 86.40794 0.0039 296.735 MNS₂ 27.42383 0.009 220.716 M₆ 86.95232 0.0074 120.134 2N2 27.89535 0.008 129.009 MSN6 87.42383 0.0023 42.682

μ2 27.96821 0.0296 25.383 2MS6 87.96820 0.0066 230.971 N2 28.43973 0.1314 178.651 2MK6 88.05034 0.0037 95.757 ν2 28.51258 0.0232 2.869 2SM6 88.98410 0.0017 283.53 OP₂ 28.90196 0.095 120.172 MSK₆ 89.06624 0.0019 187.193

表 2-4 布袋港 94 年 7 月至 95 年 6 月之潮位基準面絕對高 程(基隆港中潮系統)

潮位 潮位絕對高程(m)

最高高潮位(HHWL) +1.762(5/18 13 時) 大潮平均高潮位(HWOST) +1.453

平均高潮位(MHWL) +1.138

小潮平均高潮位(HWONT) +0.967

平均潮位(MWL) +0.426

小潮平均低潮位(LWONT) +0.016

平均低潮位(MLWL) -0.229

大潮平均低潮位(HWOST) -0.769 最低低潮位(LLWL) -1.07(1/2 5 時)

圖 2-1 布袋港地理位置圖

布袋港

雲林縣

嘉義縣

台

東石

外傘頂洲

好美寮

自然保護區

衛星影像：93 年 10 月

白水湖

好美里

雙春

布袋港 網寮

圖 2-2 94 年 7 月地形水深圖

圖 2-3 海流施測點位概圖

145000 150000 155000 160000 165000 170000

2575000 2580000 2585000 2590000 2595000

C1

C2

C3

圖 2-4 流速流向散佈圖(94 年 7 月 5 日~7 月 22 日調查)

圖 2-4 (續 1)流速流向散佈圖(94 年 10 月 21 日~11 月 7 日調查)

圖 2-4 (續 2)流速流向散佈圖(94 年 10 月 21 日~11 月 7 日調查)

圖 2-4 (續 3)流速流向散佈圖(95 年 1 月 10 日~1 月 26 日調查)

圖 2-5 流速流向玫瑰圖(94 年 7 月 5 日~7 月 22 日調查)

圖 2-5 (續 1)流速流向玫瑰圖(94 年 10 月 21 日~11 月 7 日調查)

圖 2-5 (續 2)流速流向玫瑰圖(94 年 10 月 21 日~11 月 7 日調查)

圖 2-5 (續 3)流速流向玫瑰圖(95 年 1 月 10 日~1 月 26 日調查)

圖 2-5 (續 4)流速流向玫瑰圖(95 年 4 月 4 日~4 月 19 日調查)

圖 2-6 浮標追蹤漂流軌跡圖(施放日期：94/07/12) 風速(m/s) 風向

( 度

) 潮位(m)

0 2 4 6 8 10

0 6 12 18 24

0 90 180 270 360

0 6 12 18 24

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

0 6 12 18 24

154000 156000 158000 160000 162000 164000 2581000

2583000 2585000 2587000 2589000 2591000

C1

C2

C3

14:40

17:00 11:50 12:48

11:00 11:30

17:00 11:00

12:30

12:50 14:16

退潮時段

布袋港

養蚵海域 退潮時段

11:00 漲潮時段

156000 157000 158000 159000 160000 161000 162000 163000 164000 2582000

2583000 2584000 2585000 2586000 2587000 2588000 2589000 2590000

119 120 121 122 123

21 22 23 24 25 26

圖 2-7 布袋港潮位觀測點位 潮位測點

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

7/1 7/11 7/21 8/1 8/11 8/21 8/31

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

9/1 9/11 9/21 10/1 10/11 10/21 10/31

date, 2005

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

11/1 11/11 11/21 12/1 12/11 12/21 12/31

date, 2006

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

1/1 1/11 1/21 2/1 2/11 2/21 2/28

圖 2-8 布袋港潮位時序變化圖(94 年 7 月～95 年 2 月)

date, 2006

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

3/1 3/11 3/21 4/1 4/11 4/21 4/30

date, 2006 -1.5

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

tide level (m)

5/1 5/11 5/21 6/1 6/11 6/21 6/30

圖 2-8 (續)布袋港潮位時序變化圖(95 年 3 月～95 年 6 月)

1x10^-4 1x10^-3 1x10^-2 1x10^-1 1x10⁰

cycle / hour 1x10^-3

1x10^-2 1x10^-1 1x10⁰ 1x10¹ 1x10² 1x10³ 1x10⁴ 1x10⁵

m2 * hour

圖 2-9 布袋港潮汐觀測期間(94 年 7 月至 95 年 6 月)之潮位能譜圖

第三章、二維水動力模式率定與驗證

本章節將首先簡介模式之內容，再利用實測之水理資料檢驗二維 水動力模式，使用之檢驗資料為成大水工所於民國94 年 7 月所量測得 之布袋商港潮位站的潮汐及海域海流測站資料。最後本計畫將應用此 驗證後之模式模擬分析布袋商港不同擴建方案之流場變化。

3.1、水理模式之建立

將三維的運動方程式與連續方程式由海底積分至海面，同時加入 底部和表面的邊界條件，則可得到下列的平面二維流場控制方程式：

1. 連續方程式

( ) ( ) HU HV 0

t x y

∂ ζ ∂ ∂

∂ ⁺ ∂ ⁺ ∂ = ...(3.1) 2. x、y 方向運動方程式

2 2 1 2 2

2 2

2 2

( )

1 _x^s ( _{xx xy} ) 0

U U U U U V

U V fV g g

t x y x C H

U U

E E

H x y

∂ ∂ ∂ ∂ ζ

∂ ∂ ∂ ∂

∂ ∂

ρ τ ∂ ∂

+ + − + + +

− − + =

...(3.2)

2 2 1 2 2

2 2

2 2

( )

1 ^s_y ( _{yy xy} ) 0

V V V V U V

U V fU g g

t x y y C H

V V

E E

H y x

∂ ∂ ∂ ∂ ζ

∂ ∂ ∂ ∂

∂ ∂

ρ τ ∂ ∂

+ + + + + +

− − + =

...(3.3)

以上諸式中

x、y 為右手直角座標，x、y 隨邊界而定其方向 U、V 為相對於 x、y 方向之流速分量

t 為時間 ρ _{為海水密度}

g 為重力加速度

Exx_,E , yy E 為渦動粘性係數 xy

f 地球自轉之柯氏力係數 τx

s,τy

s 為表面風剪力分量

C 為 Chezy 係數，隨水深而變化 1

U h udz H

ζ

=

∫

1

V h vdz H

ζ

=

∫

H = + ζ h h：水深

ζ ：自由水面的高度 f = 2Ωsinφ

φ 為緯度

Ω 為地球自轉的角速度 ϕ

θω ρ

τ a ^2sin s

x =

ϕ θω

ρ

τ a ^2cos s

y =

θ^{=為風力係數≈0.0026} ω=風速

ρa：空氣密度

ϕ：為風向與y 軸之夾角

上述連續與運動方程式將以 ADI 計算技巧來求解。模式中必須率 定的參數主要為底床摩擦係數(Chezy 係數)與渦動粘性係數。在潮間帶 乾濕地變化的處理部份，由於 ADI 計算技巧為雙掃法，其在計算過程 中需要依續解 x 與 y 方向之矩陣，因此模式中假設當隔網點在 x 或 y 方向之平均水深小於0.1 公尺時，其相對之流速分量 u 或 v 將設為零。

3.2、水理模式之率定驗證

水理數值模式之品質管制主要包括：(1)控制方程式之品管、(2)數 值技巧之品管、(3)模式計算結果之品管。本計畫應用成大水工所發展 之水理模式來模擬布袋海域之流場特性，由於此模式已被廣泛的應用 於許多地區，其在模式控制方程式與數值技巧方面之品管均已有相當 程度之公信力。因此本模式之品管重點將只在於模式參數之率定與模 擬結果之驗證。在率定與驗證資料的選取方面，本計畫將先以成大水 工所於民國94 年 7 月在布袋港海域所測得之海流資料進行水理數值模 式的率定驗證，敘述如下：

3.2.1、模式模擬區域之選取

模擬範圍如圖 3-1 所示布袋商港鄰近海域(不含外傘頂洲北側海 域)，北起東石港，南至急水溪口南岸，南北縱長約 16 公里。港口結構 物配置為目前港口外廓形狀。選定模擬範圍在將其網格化為執行數值 模擬之前處理工作，模擬區域與網格大小之選取，主要需考慮模擬需 求、電腦運算資源與開放邊界條件等因素。基於上述因素，本計畫選 取之模擬區域，南起急水溪口南岸海域，北至東石港附近海域。圖3-2 所示即為模式計算格網之地形水深分布圖。本計畫率定模式時所使用 之網格間距為 20 公尺，格網數目為 801×601，模式之其它計算條件則 詳列於表3-1。

3.2.2、水理模式之率定

水理模式之主要參數包括渦動粘性係數及底床磨擦係數，這些參 數值的選取將影響模式的穩定性及計算結果的準確性。一般來說，模 式使用之參數值必須經由模式之率定來決定。水動力模式之率定將由 模式計算之結果與本計畫收集所得實測之水位或海流資料相比較來為 之，模式計算時選用之邊界條件與參數簡述如下：

本模式以水位做為開放邊界之邊界條件，南北水位邊界係以箔子 寮潮位站、布袋商港潮位站及將軍潮位站經由內差處理所推算之潮位 資料做為外海邊界條件，如圖3-3 所示。水理模式之率定將由模式計算 結果與成大水工所於民國 94 年 7 月 5 日至 7 月 15 日於布袋海域所測 得之海流資料來進行水理模式之檢驗與參數率定的工作，海流檢驗站 的位置標示於圖3-2。在模式中渦動粘性係數的選取，本計畫係先根據 紊流運動理論，以下二式作理論之估算即：

∫

=^u'² ₀ ^R (τ)^dτ β

E_{x u} ...(3.4)

∫

=^v'² ₀ ^R (τ)^dτ β

E_{y v} ...(3.5)

其中E E_x, _{y分別表示} x與 y 方向之渦動粘性係數，而u' v², '^2則為擴 散範圍內水流在x與 y方向之擾動速度平方的平均，R_u( ), ( )τ R_v τ ^則為x 與y方向之自相關係數，至於β則為紊流之無因次參數。應用以上公式，

可將所蒐集之海流資料進行分析，而求得海域之渦動粘性係數值 (E Ex, y)，其值之級次分別約為O(2)，使用之單位為m²/s。以此估算之 級次為基礎，本計畫進一步對渦動粘性係數做敏感度分析與率定，最 後選取75m²/s與75m²/s 作為模式的渦動粘性係數值(E E_x, _y)。在底床磨 擦係數方面，模式係以 Chezy 係數來表示，其值將依水深而變，本計

畫使用之Chezy係數值約介於27~80 之間。

水理模式計算結果之潮位與各海潮流測站實測值之比較分析如下 所述。其中沿岸方向之流速分量以往北為正，向離岸方向流速分量則

以離岸方向(往西方向)為正。圖3-4所示為本模式計算所得水位與布袋 港潮位站之實測水位的比較，結果顯示本模式計算所得之水位的振幅 與相位均與實測值相當吻合。圖 3-5 至圖 3-7 為模擬時間 94 年 7月 5 日至7月15日中模式預測及實測值之流速分量比較圖。本時段之模擬 結果與實測值在沿岸方向流速有較佳的符合度，但流速振幅較實測值 略低。離岸方向流速則較實測流速振幅為小。圖3-8為模擬時段最後一 個潮週期，每小時之海潮流平面流場分布圖。圖中顯示海域流況大致 呈漲潮向西北退潮往東南的趨勢，流向仍大致平行海岸線。

由本模式計算所得水位與布袋港潮位站之實測水位的比較，結果 顯示本模式計算所得之水位的振幅與相位均與實測值相當吻合。由預 測與實測流速比較顯示，本模式計算所得之流速在預測沿岸流流速與 實測流速相當吻合，在離岸流流速振幅則略小於實測結果。至於本模 式計算所得之最大流速值大都略小於實測流速，此可能之成因為模式 計算所得之結果為一控制體積內水流流速的平均值，但實測流速為海 中某一定點的瞬時流速，而平均流速的最大值往往小於瞬時流速的最 大值。至於在海流方向的比較方面，模擬結果顯示模式計算所得之海 流流向與實測流向相當一致。整體而言，本計畫模式之模擬結果均可 相當程度的布袋海域的流場。

3.3、不同擴建方案之流場分析

本節主要應用在第 3.2 節中經過仔細率定驗證之水理模式來預測 好美寮濕地保護區在不同擴建方案之流場變化情形，分析之案例如下：

CASE1：布袋商港現況（CASE1）之地形條件，如圖3-9。

CASE2：布袋商港擴建方案 1(龍宮溪納入商港內，CASE2) 之地

形條件，如圖3-10所示。

CASE3：布袋商港擴建方案 2(龍宮溪未納入商港內，CASE3) 之

地形條件，如圖3-11所示。

圖 3-12 至圖 3-19 所示為模擬所得不同方案(CASE1、CASE2 及

CASE3)於 8 個檢驗點(N1~N8)之流場時序列比較圖，結果顯示愈接近

龍宮溪出海口，其流速越大。而在不同檢驗點之流速值均以CASE1最 大，其次為 CASE2，最小者為 CASE3。圖 3-20 所示為模擬所得不同 方案(CASE1、CASE2 及 CASE3)於 8 個檢驗點(N1~N8)之最大流速比 較圖，在 N1 檢驗點 CASE1 之最大流速值為 0.26m/sec，CASE2 為 0.22m/sec，CASE3 則為 0.20m/sec；在 N2 檢驗點 CASE1 之最大流速 值為0.23m/sec，CASE2為 0.20m/sec，CASE3則為 0.183m/sec；在 N3 檢驗點 CASE1 之最大流速值為 0.191m/sec，CASE2 為 0.164m/sec， CASE3 為 0.153m/sec； 在 N4 檢 驗 點 CASE1 之 最 大 流 速 值 為 0.244m/sec，CASE2 為0.206m/sec，CASE3為 0.195m/sec；在 N5檢驗 點 CASE1 之最大流速值為 0.11m/sec，CASE2 為 0.09m/sec，CASE3 為0.086m/sec；在N6檢驗點CASE1之最大流速值為0.08m/sec，CASE2 為 0.07m/sec，CASE3 為 0.067m/sec。而愈遠離龍宮溪出海口如 N7與 N8，其最大流速值則越小。由模擬結果顯示布袋商港擴建將會造成好 美寮濕地內之流速變小，在龍宮溪出海口處(N1檢驗點) 商港擴建納入 龍宮溪之方案(CASE2)約較現況降低 0.04m/sec，而商港擴建未納入龍 宮溪之方案(CASE3)所造成之流速則較現況降低0.06m/sec。

圖 3-21 為 CASE2 模擬所得之流場分布向量圖。由於龍宮溪納入

布袋商港內，好美寮濕地保護區內之漲退潮的流速明顯較現況為小。

圖 3-22 為 CASE3 模擬所得之流場分布向量圖。雖然布袋商港擴建未

納入龍宮溪，然因布袋商港之南防波堤的配置(如圖 3-11)造成外海海水 不易進入龍宮溪出海口內，導致在好美寮濕地保護區內之流速均較 CASE1與CASE2 小。

表3-1 模式之格網及計算條件 模 式 模式面積 16 公里×12 公里 格網大小 20 公尺×20 公尺 格網數目 801×601

原點座標 E=162400m N=2578000m 轉 角

(由正北向逆時針)

-90°

時間間距 1 秒

模擬時間 2005/07/05~2005/07/21

140000 145000 150000 155000 160000 165000 170000

(m)

2560000 2565000 2570000 2575000 2580000 2585000 2590000 2595000 2600000 2605000 2610000 2615000 2620000

(m)

圖3-1 模式模擬範圍及地形水深圖

5 -1

-10 -10 -10

-10

-10 0 -1

-8

-8

-8 -8

-8 -8

-8

-8

-8 -8

-8 -8

-6

-6

-6 -6

-6

-6 -4

-4 -4

-4

-4

-4

-4

-4 -4

-4

-4

-4 -4

-4

-2

-2

-2

-2 -2

-2

-2 -2

-2

-4

-2

-2 -2 -2

-2

-2

-2 -2

-2

-2

-2

-2-2

-2

0

0

0

0

0

0

0

0 0

0

0 0

C3 C2

C1 X(1grid=20m)

Y(

1grid

=20m )

200400600800

100

200

300

400

500

600 圖3-2 水理模式之計算格網地形水深及海流測站圖

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

5 7 2005

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

water elevation(m)

北邊界 南邊界

日 月 年

圖3-3 水理模式模擬方案之邊界潮位型態(2005 年 7 月 5 日~7 月 21 日)

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

5 7 2005

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

water elevation(m)

實測 預測

日 月 年

圖3-4 模式模擬之水位與布袋商港潮位站之實測潮位比較(實測時間：

2005 年 7 月 5 日~7 月 15 日)

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

沿岸流速(m/sec)

實測 預測

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

時間(天) 離岸流速(m/sec)

圖3-5 模式預測與實測流速比較圖(C1 測站，實測時間：2005 年 7 月 5 日~7 月 15 日)

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

沿岸流速(m/sec)

實測 預測

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

時間(天) 離岸流速(m/sec)

圖3-6 模式預測與實測流速比較圖(C2 測站，實測時間：2005 年 7 月 5 日~7 月 15 日)

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

沿岸流速(m/sec)

實測 預測

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

7/5 2005

7/6 7/7 7/8 7/9 7/10 7/11 7/12 7/13 7/14 7/15

時間(天) 離岸流速(m/sec)

圖3-7 模式預測與實測流速比較圖(C3 測站，實測時間：2005 年 7 月 5 日~7 月 15 日)

X (1grid=20m)

Y(1grid=20m)

200 400 600 800

100 200 300

400 1.0 m/sec

Time (day)

WaterLevel(m)

15 15.25 15.5 15.75 16

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

leftright

圖 3-8 模式模擬 CASE1 所得之流場分布向量圖

X (1grid=20m)

Y(1grid=20m)

200 400 600 800

100 200 300

400 1.0 m/sec

Time (day)

WaterLevel(m)

15 15.25 15.5 15.75 16

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

leftright

圖3-8 (續 1)模式模擬 CASE1 所得之流場分布向量圖

X (1grid=20m)

Y(1grid=20m)

200 400 600 800

100 200 300

400 1.0 m/sec

Time (day)

WaterLevel(m)

15 15.25 15.5 15.75 16

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

left right

圖3-8 (續 2)模式模擬 CASE1 所得之流場分布向量圖