¶ 海岸防護設施規劃設計手冊-第三章 防護設施規劃(3/4)
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圖3.3.7b 開口防波堤不規則波之繞射圖(合田,2008)
表3.3.2 Smax=10時繞射圖旋轉偏角
偏角Δθ
B/L
θ = 15° θ = 30° θ = 45° θ = 60°
1.0 37° 28° 20° 11°
2.0 31° 23° 17° 10°
4.0 26° 19° 15° 10°
圖3.3.8 斜向入射波繞射主軸偏角
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3.3.5 波浪溯升高[9],[10],[18],[20],[25],[27],[29],[43],[44]
說明現有海岸防護設施之堤前波高、波浪溯升高、回降、越波量檢討
結果。
說明:
一、 堤前波高推算
波浪由外海經折射繞射至堤防堤趾時,堤前波高可參照
3.3.4節推算。計算時水深h係以堤防堤趾在設計潮位下之水深
計算,換算深海波波高H0′=KrKdH0。
堤防前如有離岸堤或潛堤存在時,其堤前波高應考慮波浪
透過率修正堤前波高。入射波高Hi與透水波高Ht之比率稱為透
過率Kt(=Ht /Hi),波浪之透過率一般都由水工試驗求得,不同形
式之結構物及材料各有不同透水率,就傳統透水性堤防或離岸
堤有下列公式可引用:
1. d’Angremond etc.(1996)
Rc B -0.31 0.5 K t 0.4 0.64( ) (1 e ) (3.3.10) H si H si
式中
Rc:堤頂出水高
Hsi:堤前有義波高
B:透水性堤防或離岸堤頂寬
ξ:碎波參數(tanα/(Hsi/L0)0.5),α 為透水性堤防或離
岸堤前坡坡面傾角,Lo 為深海波波長
2. van der Meer (1991)
H si h c
K t .0 031 .0 024 b (3.3.11) D n 50 D n 50
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式中
Hsi:入射波高
H s B h .184 .542 S 0 p .0323 .00017 ( ) .051 ;傳統 D n 50 D n 50
b
H s 6.2 S 0 p .005 .085 ;潛堤 D n 50
Sop=Hop/Lop,Dn50:石塊平均粒徑,Rc:堤頂出水高
Sop:主頻波浪銳度,Bh:離岸堤在靜水面處寬度
傳統拋石堤:最大Kt = 0.75,最小Kt = 0.075
潛堤:最大Kt = 0.6,最小Kt = 0.15
二、 波浪溯升高
過去之堤高設計都以有義波高之溯升高Rs考量,但依此決
定之堤高可能100波中仍有約13.4個溯升會超過此值,安全上不
無顧慮,因此近期都改採較大2%之平均R2%為設計標準。以R2%
設計者仍有1.5波超過此值,因此得另加餘裕高方能防止波浪不
越堤。
依水利規劃試驗所2010年「海岸防護及環境復育規劃參考
手冊」,波浪溯升高之計算常因海堤堤趾水深、入射波浪之波
高及週期、入射角、堤面坡度、粗糙率、斷面形狀及透水性等
而異,此等因素之個別影響如何不易分別估計,故通常以波浪
直角入射於光滑面之直線傾斜堤為基本溯升高,然後再依其他
影響因素修正計算,如下式
R ' R K f K K b K p (3.3.12)
式中 R′:綜合各種影響後之波浪溯升高
R:光滑傾斜堤之波浪溯升高
Kf:堤面粗糙度改正係數
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Kθ:波浪入射角改正係數
Kb:有平台時改正係數
Kp:透水性修正係數
其中,光滑不透水面之溯升高計算式繁多,工程人員可參
考水利規劃試驗所2010年「海岸防護及環境復育規劃參考手
冊」第五章所列常用計算式,或較新並經驗核之計算式進行光
滑不透水面溯升高計算。一般得以美國CEM(2003)光滑不透水
面面溯升高推算式為依據,再依下述粗糙面、複式斷面及斜向
入射等影響因子進行修正溯升高。
美國CEM(2003)
R2% 6.1op
H s ; 5.0 op 5.2 (3.3.13)
R 2% 5.4 2.0op
H s ; 5.2 op 9 (3.3.14)
式中
R2%:超過機率2%之溯升高
Hs:堤前坡高
ξop:碎波參數(tanα/[2πHos/(gTs2)]0.5)
Hos為深海有義波高
Ts為有義週期
α為堤防坡面傾角。
1. 粗糙度之修正
光滑面溯升高R乘以粗糙減低係數Kf,即為粗糙面之溯
升高R′=Kf R,不同堤防表層之粗糙減低係數如下表:
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表3.3.3 不同堤防表層之粗糙減低係數表
堤防表層 減低係數Kf
光滑不透水(光滑混凝土、瀝青) 1.0
漿砌或舖卵石 0.9
草皮(3cm) 0.9-1.0
土工墊、草墊、孔隙瀝青 0.95
粗混凝土 0.85
一層塊石舖在不透水層上 0.80
混凝土舖面塊 0.75
石塊、蛇籠 0.70
圓形拋石 0.6~0.65
一層塊(Hs/D=1.5~3.0) 0.8
二層塊石 0.6
2. 複式斷面及平台之修正
複式斷面之溯升及越波試驗資料甚少,一般為方便計
將複式斷面之坡度用以下方法假設為單一坡度處理。
三、 Saville(1958)建議以估計之最大溯升高與碎波水深連線所形
成之交角,代入相關公式計算。(參照圖3.3.9)
1. de Waal and van der Meer (1992)建議以下式計算Kb(參照圖
3.3.10)
K b 1 rB (1 rdB ) ; 0.6 Kb 1.0
- 1.0 d b / H s 1 (3.3.15)
在B > 0.25Lo 情況下
B / H s d b2 rB rdB 2 2cot B / H s 2 H s , ;0 dBr 1 (3.3.16)
cotα=(Lb - B)/3Hs,Lb為連接水面±1.5Hs間之堤防水平
距離。
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圖3.3.9 複式斷面假定單一坡度示意圖
圖3.3.10 van der Meer假定坡度示意圖
2. EurOtop(2007)提議
平台在靜水面上時:
d b rdB 0 .5 - 0. 5 cos ( ) (3.3.17)
R2 %
在靜水面下時:
d b rdB 0.5 - 0.5( ) (3.3.18)
2 H s
式(3.3.13)~(3.3.16)中,R2%為超過機率2%之溯升高,
Hs為堤前有義波高、B為平台寬、α為1.5Hs間之平均坡度、
db為平台上水深、rB=B/LBerm為平台寬因子。另外,平台於
靜水面B=0.4LBerm ,-1.0 db/Hs 1.0時最有效,此時平台
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減低係數Kb=0.6,Kb值介於0.6 Kb 1.0。平台對溯升之減
低係數如圖3.3.11所示。
圖3.3.11 平台對溯升及越波之減低係數
3. 入射角之修正
K 1- 0.0022 o ; 0 o 80 o (3.3.19)
θ:入射波向角與堤防垂直線之交角
四、 波浪回降
波浪溯升後水位退回到平均水位以下,到下一波浪來臨前
水位最低時之垂直高度稱為回降(Run-down)。回降量與堤趾保
護與堤趾附近堤面安定有密切關係,但試驗資料較少,據試驗
結果回降深度可以下式推算:
CIRIA/CUR(1991)推算式
光滑面:
Rd 2 0.33p ; p 4 (3.3.20)
H s
Rd 2 1.5 ; p 4 (3.3.21)
H s
式(3.3.22)~(3.3.23)中
Rd2:2%超過機率之回降深
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Hs:堤前有義波高
ξp:碎波參數
粗糙透水面:
Rd 2 2 0.15 2.1 tan 1.5exp[-60( H s gTm )]-1.3 P (3.3.22)
H s
式中
Rd2:2%超過機率之回降深
Hs:堤前有義波高
Tm:平均週期
α:堤防坡面傾角
g:重力加速度
P:透水係數(0.1~0.6因表層透水性而異,參照表3.3.4)
表3.3.4 滲透參數P值因堤防結構滲透功能而異
表層2層厚底層為不透水層 P=0.1
表層2層,次層厚1.5Dn50 P=0.4
表層2層,堤體填土石方碎石 P=0.5
全堤拋石 P=0.6
3.3.6 容許越波量 [9],[10],[18],[31]
容許越波量由堤線位置與防護對象之距離、防護對象之重要性及排水
設施等決定,一旦容許越波量決定即可依此反推堤頂高度。
說明:
一、 越波量計算
影響越波之因素除與溯升相同之外,最重要因素為堤頂出
水面高Rc,所謂堤頂出水高係指堤頂至靜水面之垂直高度。溯
升高與堤頂高之落差愈大越波量愈多堤後安全性降低,過量則
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對建築物或行人車輛造成危險。溯升及越波乃不規則性之機率
過程,有極端值出現之機會。
越波量係以100波以上之波浪作用時單位寬度之平均越波
量表示,若干試驗指出瞬間最大越波量可能達到平均越波量之
5~50倍,超過機率2%者約為平均越波量之5倍,超過機率為1%
者約為平均越波量之6倍。越波量推算式均在較簡單之條件下
所舉辦之實驗所歸納之結果,如地形及斷面複雜者應另辦理水
工試驗決定越波量。
光滑面之越波量公式如欲應用於粗糙面或斜向入射時,可
以下式求得
q K f K b Kq (3.3.23)
q′:粗糙面斜向入射之平均越波量(m3/m/s)
q:光滑面平均越波量(m3/m/s)
Kf:粗糙面修正係數,Kb:平台修正係數
K:波向修正係數
1. 堤趾水深/波高比/h H s 0.5
van der Meer等(1998)依據試驗結果分別就波浪是否於
堤面碎波提出越波量計算公式如下
碎波時(op <2):
q 0 . 067 R c 1 1 K bop exp( 4 . 25 op )
gH s3 tan H s K b K f K (3.3.24)
不碎波時(op 2):
q R c 1 0 2. exp( 2 6. )
gH s3 H s K f K tan (3.3.25)
op =tan 2H os /gTs2
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Hos:深海有義波高,Ts:有義週期,tanα:堤面坡度,
q為單位時間單位寬度越波量,Rc為堤頂出水高,Hs:為堤
趾波高,Kf:粗糙面修正係數,Kb:平台修正係數,K:
波向修正係數。
s 0 2. 堤趾水深極淺處或灘線以上/h H
臺灣或其他國家之許多海堤均設置於高潮線以上,在
此條件下因距碎波點較遠,溯升及越波量須較設置於水中
者低。Goda(2008)依據CLASH計畫(2007)及玉田等(2002)之
資料提出可適用於堤趾水深接近0之越波量計算式如下
q Rc h exp{[ A B ( )]} 3 0 6
gH s H s H s ; (3.3.26)
.025 A 4.3 tanh .0 956 4.4 tanh / H s .1 242 .2 032 tan
B 4.3 tanh.0 822 .222 tan h / H s .0 578 .222 tan
Hs:堤趾波高,Rc:堤頂出水高,h:堤趾水深,tanα:
海床坡度
二、 容許越波量
依水利署水利規劃試驗所2010年之「海岸防護設施設計準
則(草案)-海堤篇」,容許越波量由(1)堤頂或堤背後行人及交
通安全性,(2)由堤體結構安全,(3)堤後產業、建築物之重要性,
及(4)堤後排水設施之容量等訂定,其標準如表3.3.5所示。由上
述越波量容許標準制定原則,考量計畫區海堤堤後土地利用情
形,決定沿線海堤防護標準。
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表3.3.5 容許越波量與防護設施、利用狀況之關係表
容許越波量
堤面保護情況及堤後使用狀況
(m3/sec/m)
三面混凝土保護工 0.05
海堤 堤頂保護工內坡無保護層 0.02
堤頂無保護層 0.005以下
背頂無保護工 0.05
護岸
背頂有保護工 0.2
直立護岸 含堤頂低消波護岸 0.01
緊臨堤後(50%安全度) 2×10-5
汽車
(90%安全度) 1×10-6
緊臨堤後(50%安全度) 2×10-4
行人
(90%安全度) 3×10-5
緊臨堤後(50%安全度) 7×10-5
建築物
(90%安全度) 1×10-6
堤後房屋、公共設施密集,越波、浪花可能 0.01
造成災害
重要性
其他重要地區 約0.02
其他地區 0.02~0.06
3.3.7 防護標的與基準[9],[10],[18],[16]
防護標的為需防護對象,應依據各類災害可能影響程度與範圍,探討
需予以防護的標的。防護基準為設施的防護能力設定,需就災害類型
分別擇選適宜基準,其中海岸侵蝕及暴潮溢淹應依致災程度,並考量
標的類型、重要性及其周遭相關法定區位、土地利用狀況及環境特
性,擇選相對應適宜的防護基準,而洪氾溢淹則依循河川排水治理計
畫的防護基準。
說明:
依據水利規劃試驗所105年9月「海岸防護計畫規劃作業參考手
冊(草案)」,防護標的類型之訂定如表3.3.6所示,防護基準則依災
害類別擇選,先進行防護範疇之界定,再依據海岸防護標的重要性
及沿岸土地利用情況,擇取適當的防護基準進行海岸防護相關規劃
設計工作。
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表3.3.6 一般防護標的類型
災害 標的類型
以需防護的村落為主。
其他需防護的重要設施(如維生設施等)。
暴潮溢淹
自然海岸原則不納入考量,除災害影響程度甚劇需進一
步考量者。
海岸侵蝕對海岸防護設施造成影響。
其他需特別關注的設施。
海岸侵蝕
海岸自然侵蝕(河口區及天然沙洲等)原則不納入考
量,除災害影響程度甚劇需進一步考量者。
河川及排水治理計畫保全的對象或區域。
洪氾溢淹
其他易受洪氾溢淹影響的重要設施。
3.3.8 環境生態營造及景觀融和[4],[10],[11],[18],[21]
規劃方案除須滿足海岸防災需求,同時須就海岸空間可能衍生的遊憩
活動進行審慎考量,選擇適用的海岸工法,以符合民眾對海岸生態、
景觀、遊憩親水的利用需求。
說明:
防災、生態環境、景觀環境與休閒環境之間既有衝突亦有互
惠。有優良的生態環境才能吸引遊客來觀賞生態,保育自然地形自
然就會形成豐富多樣的生態環境,招來遊客賞景親水。防災措施如
能善加規劃設計亦有助於生態復育。例如離岸堤可使水域穩靜,堤
體可供海洋生物棲息。人工海灘可防災亦可提供海岸休憩及親水空
間,透過人工補砂或其他工法來固定砂灘,維持其安定性。但如不
善加控制,過密之利用則造成環境傷害,過多之休閒活動亦足以傷
害生態與景觀。海岸除前面有無垠開闊的海域外,背後通常亦有砂
丘、防風林、濕地或養殖池等人為或自然的緩衝帶,形成開闊的公
共空間,在此開闊的自然環境中,徜徉於海邊欣賞晨曦東昇或夕陽
下沉,傾聽濤濤波聲、海風拂髮送來潮香令人心曠神怡,可充分享
受視覺、聽覺、嗅覺等感受。在景觀設計上應充分活用海、陸生態
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及鄰近地區景觀特性等豐富的自然資源加以發揮。
海堤、護岸在海邊區域中雖只不過一線而已,但在整體海岸景
觀中卻是最為突出之人工結構物,如何使之能與周邊景觀融合又能
發揮親水功能,在整體景觀設計中扮演最重要的角色,卻也是最難
處理的一項工作,需由景觀專家及海岸防護設施師通力合作始可達
成。
依據海岸親水空間評估結果,結合海岸環境特色及景觀營造,
建構親水空間規劃技術,以營造多元休閒遊憩與觀光利用,同時可
以保育海岸資源,活化地方人文與生產特色。臺灣現行政策雖已不
再新建海堤,但考量現有海堤未來仍有重建或修繕之可能,故針對
海堤之景觀性及親水性,提出堤前堤後各種海堤堤面之營造建議,
供現場工程師依經費及需求做設計時之參考。
其中就海堤或護岸設施,可分別從構造型式、色彩運用、線狀
配置及材料選用四個方面說明景觀營造手法。
一、 構造形式:
海堤為達防災安全功效,因此具備基本安全結構型式,但
舊海堤二側覆地的大小,運用複斷面形式海堤結構或是提高路
側覆土深度,並結合景觀設計及植栽運用,緩和海堤量體結構
對使用者可能產生的壓迫感受,以提升景觀品質,增加海洋面
的視野。在景觀設計上可分別就海堤的海側、陸側分別考量。
1. 海側部分,可以階梯式、階段式、緩坡式、階段加緩坡式、
人工沙灘式為考量,並配合不同生態型海岸結構設施物的
運用,使之更具親和感。
2. 陸側部分,可以階梯式或緩坡式誘導使用者達到堤頂,並
以景觀手法進行路側空間營造,使具景觀效益及親水遊憩
機能;若陸側漁港且腹地不足,則可於結構設施下部增設
雨庇式通路,經景觀處理後,可形成良好的賞景休憩空間。
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二、 色彩運用:
臺灣海岸環境日照長且炙熱,根據李麗雪(2005)研究顯
示,使用者普遍對經彩繪處理,且色彩與環境形成強烈對比的
海堤景觀美值及評價都不高;所以若要運用色彩美化海堤,應
對海岸及其週邊環境進行色彩分析,以選用與環境協調的色彩
為宜。
三、 現狀配置:
在平面配置上臨海側應配合海岸地形進行配置,同時考慮
堤頂作為賞景的可能性。同時可利用突堤或防波堤等作為人工
岬頭創造自然曲線,不僅能符合力學需求,並具自然環境美學
之韻律。
四、 質感及材料的選用:`
海堤一般都使用混凝土,臨路側腹地不大的海堤或有使用
馬賽克拼貼、立體陶瓷拼貼進行美化,腹地較大者或以植栽進
行綠美化軟化水泥化空間,未來可以自然或具地方人文語彙材
料進行美化處理。
海岸環境營造為求得安全、生態、景觀及親水等課題間的
平衡,應針對目標海岸作整體性評估,評估流程如圖3.3.12。
在海岸防護設施施作前,應先參考「海岸防護及環境復育規劃
參考手冊」;為避免工程設施造成生態棲地的破壞,在需防護
的海岸地段,可依據「海岸生態棲地評估及工程影響減輕對策
或替代方案研擬作業手冊(草案)」評估生態環境特性,並輔以
工程影響減輕對策或補償方案,將工程對環境危害或干擾程度
降至最低。待利用前述手冊完整評估後,面對有景觀維護或親
水遊憩發展潛能之海岸段,則可透過下列評估流程與營造手法
思考海岸整體營造規劃,並研擬出適宜的營造方式。
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海岸工程
否
海岸防護及環境復育規劃參考手冊 防災必要性 保持海岸現況
是
海岸生態棲地評估及工程影響 生態棲地 是 擬定減輕對策
減輕對策或替代方案研擬作業手冊 保護必要性 或補償方案
否
景觀及親水 未具備潛能
親水景觀評估方法
遊憩發展潛能
具備潛能
景觀環境營造技術 景觀營造
親水空間營造技術 親水營造
整體海岸環境
營造
圖3.3.12 海岸環境營造評估流程圖
資料來源:親水景觀海岸環境整體營造規劃參考手冊(1/2)(2014)
3.3.9 民眾參與[10],[14],[16],[18]
進行民眾及相關團體意願查訪、問卷調查等,說明當地居民對規劃改
善期望及願景。
說明:
民間意識之把握,攸關計畫推動之難易及成敗,為深入瞭解地
方政府及當地居民對防災期望及海岸環境發展願景,須進行民眾及
相關團體意願查訪,作為規劃設計之重要參考資料。
在環境生態意識提升的臺灣,修建或興建海岸防護設施的規劃
設計及施工的過程,若有民眾的直接涉入參與,可避免執行階段引
發民眾抗爭,降低執行成本。規劃中期需要進行與當地居民的說明
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會,讓民眾參與優選工法之意見,以確定最後優選方案之可行性。
工程規劃後期,可設計讓民眾參與生態監測等工作,透過民眾共同
維護海岸生態,達到保持海岸生態永續之目的。
依據水利規劃試驗所(2012)「民眾參與標準作業程序(SOP)建
立及規劃成果推廣之研究」,提出公眾參與標準作業程序,四個公
共溝通步驟為「初步對話」、「建立關係及信任感」、「深入溝通與共
同協商」、「達成協議並承擔義務」。公共溝通步驟可貫穿規劃程序,
從建立關係到形成利益關係者之共識之執行等。
「海岸防護計畫規劃」對於公眾參與的操作建議有三:一為在
重要課題分析及對策階段與公民團體及地方社團進行意見交流;二
為進行方案規劃時,考量生態環境景觀及休閒因素,進行公眾參與
以收集相關意見;三為方案規劃完成後進行地方說明會收集意見,
以作為方案修正參考。依據規劃工作重點可將「海岸防護計畫規劃」
分成四個階段:
一、 第一階段:從「功能目標及範圍設定」、「基本資料蒐集」、「調
查及外業測量」等,建議與利益相關者進行初步對話。
二、 第二階段:為規劃之「海岸特性分析」、「重要課題分析與對
策」等工作,可針對計畫的目標、願景,邀請公民團體及地
方社團進行意見交流,達成建立關係及信任感之目的。
三、 第三階段:為規劃之「方案規劃」、「方案修正」、「各方案綜
合評價」及「優選方案」。考量生態環境、景觀及休閒需求,
可辦理公眾參與活動,並召開地方說明會,說明方案規劃內
容。需要進行深入溝通與共同協商,以達到利益相關者之間
的共識。
四、 第四階段:為前階段之優選方案確立後的「計畫評價」及計
畫審查行政程序。由於「海岸環境營造亦牽涉管理,建議未
來著力於如何邀請社區參與海岸環境的管理工作。
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3.4 防護設施布設方案規劃[10],[18]
海岸防護設施之增設或多或少會對環境造成負面影響,除依防護目的
規劃防護設施布置之外,亦應考量其對海灘安定及海岸生態景觀環境
及文化資產保存之影響,從數種替代方案中,優選負面影響較小者,
布施方案規劃之目的即依此要領決定其平面布置與斷面布置方式,以
期達成防止溢淹、減少海岸災害、保障人民財產,穩定海灘防止侵蝕、
維護海岸自然系統(砂丘、海灘等)。
說明:
海岸防護對策依其目的,相關防護設施大致可分為:
一、 溢淹防治:包括養灘、海堤、護岸、防潮堤、浮體防波堤、
防潮閘門及暴潮閘、抽水系統等。
二、 海灘安定:包括消波堤、突堤(含岬灣工)、離岸堤、潛堤、潛
礁、地下水降低、植物(紅樹林、海草)。
三、 海灘復育:人工養灘(機械、水力式)及土砂迂迴。
四、 零方案:任其自然,不採取對策(如生態保護區不得干擾)。
3.4.1 現況(零方案)研析[10],[18]
係指不採取任何防護措施之零方案,探討方案時,須將各方案與零方
案作比較,如不採任何措施仍可得防護效果,則採行零方案以維持海
岸之自然法則與平衡機制。
說明:
零方案意指原本要防護海岸問題在現況不增加防護設施下處
理情況。倘經過資料蒐集分析,考慮環境、工程、生態、景觀、經
濟及政策法令等限制條件下,不增設防護設施(即為零方案)時,透
過數值或物理模式預測未來海岸特性狀況(如地形變遷或環境水質
改變)是否能被接受。若零方案預測結果證實此海岸問題可以自然
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解決,即無需採用防護設施處理。若零方案預測結果指出此海岸問
題繼續存在或更趨嚴重,則再規劃、評估合適防護設施方案,其分
析步驟如下:
一、 以數理公式分析零方案現況下,其平面與斷面佈置之防災功
能及漂砂地形特性。
二、 評估零方案之生態、景觀、休閒等功能。
三、 評估零方案對臨近海岸地形環境之影響。
四、 以數值模式或物理模型進行驗證。
零方案預測結果發現海岸問題需要防護設施才能解決時,零方
案預測結果可作為選擇各種方案模擬結果之比較基準。因此零方案
之評估在海岸規劃過程相當重要,可確定原本擬定之問題是否在不
處理工法條件下解決,以節省人力及後續規劃經費。
3.4.2 初步方案研析[10],[18]
初步研擬規劃方案,依防護安全、海岸生態、工程全生命週期、景觀
親水、文化資產保存、經濟性及民眾意見等考量,優選出較適規劃方
案。
說明:
一、 海堤
堤頂高:依設計水位、波高及容許越波量決定。在可能範
圍內盡量壓低堤高以利通路及景觀,並不宜阻擋海堤內側行人
或車輛之觀海視線。
堤頂寬:以不少於三公尺寬為原則,得視施工需要、散步
安全及腹地等條件決定。
二、 突堤
突堤之功能在使其產生蓄砂之作用以免於暴風浪期間被
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侵蝕,故其長度、方向及堤間隔需與波浪之方向及週期有適當
之配合,使之能形成與波向線垂直之曲線灘線,但二突堤間灘
線最深入部份不能超過原直線海灘,或者與海堤、砂丘之間至
少要保留若干距離Ymin,如圖3.4.1所示。
圖3.4.1 突堤間灘線
1. 堤長
堤長應視所欲阻擋之沿岸漂砂決定,一系列之突堤群
第一、二座間如捕捉1/2沿岸漂量,則第二、三座間僅有1/4,
以此類推,即知其效果遞減。另外突堤長自灘線起算如只
有碎波帶之1/2時,捕砂率約可達沿岸漂砂量之50%,尚有
一半可流到下游。如堤延伸至碎波點,則大約攔下80%之
沿岸漂砂。
由此可知突堤之攔砂效果並非全由堤長決定,而與碎
波帶之寬度有關,亦即與海灘坡度有關。海灘坡度陡者用
較短之長度亦可達到高攔砂效果,反之緩坡海岸則需有較
長之長度方能達到同一效果。由於各處海灘坡度不同、波
高不同、碎波帶寬度亦異,同時與潮差亦有關,因此所提
議之堤長建議值也多所不同諸難一概而言。最重要者乃在
如何衡量該讓多少百分比之沿岸漂砂可繼續供應到下游,
免得引起下游海岸之侵蝕。下列各學者研究之突堤建議長
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度值僅供參考:
(1)卵石灘:Coen-Cogli:自灘線起40~50m長
Fleming:50~60m長
(2)砂灘:Brown:延伸至平均水位下2m,可阻80%漂砂。
Fleming:自灘線起95m長
Bruun:延伸至水深4~6m最有效
Nagai:捲波碎波點至灘線之40%長
Horikawa:捲波碎波點至灘線之40~60%長
Ishihara:延伸至水深2.5m可阻止50%漂砂T型突
堤至少60m長
CERC:高堤-延伸至水深MLLW以下3m可攔阻
100%,1.3~3m可攔阻75%,0.3~1.3m可
攔阻50%漂砂。
低堤-MLLW以下水深3m或以上可攔阻75%,水
深小於3m可攔阻50%。
Kuo:灘線起算約以60-80m長為宜,以免阻擋過
多之沿岸漂砂影響下游,視堆積情形再予
以延長。
突堤愈長堤頭水深愈深,斷面、工程費跟著快速增加;
此時宜考量經費省、施工容易之竹木樁設施。
2. 突堤群間隔
突堤長(B)與間隔寬(G)之比影響二突堤間所形成之安
定灘線形狀,同時決定堤間之堆砂量,而更需確認暴風期
灘線之後退不致於影響到海堤、砂丘之安全,最好尚能保
留若干安全距離。所以最好的方法乃利用數值模擬或水工
模型試驗尋找最適當的長度及間隔之佈置方案。
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突堤間隔除與堤長有密切關係外,與潮差、波浪、海
灘粒徑與坡度、波向季節變化等也有關係,各國各地這些
條件都不同,實地經驗也不同,因此所提出之建議也有頗
大之差異,大部份建議值均介於G/B=1~3,而集中於1~2間,
這些建議值均屬不透水性或低透水性(拋石、消波塊)堤之經
驗。另外國內郭、莊(1998)模型試驗結果為,突堤間隔G與
堤長B之比,G/B=2時,堤間之堆積量最多。
3. 堤高
水平段:與平台(berm)同高(參考圖3.4.2)
中間段:自平台至平均低潮位之前灘傾斜部份,坡度
可較前灘稍緩或平行。
外海段:與平均低潮位或平均最低潮位平或平行海底
坡度,視攔砂率決定。
圖3.4.2 突堤斷面建議堤高
高灘水平段之高程及長度視欲期待之海灘寬度設計,
高度約大於後灘高程之0.3~0.5m,至少與平台同高,卵石
灘則約高出高潮線1m為度。中間段以高於砂灘0.6~1.0m視
攔砂率決定,可俟堆滿後再予以加高。內灘段可依施工便
利性及攔砂率決定,約與平均低潮同高。
4. 方向
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突堤方向應依入射波向決定,一般海岸冬夏季波浪方
向不同,所以向一邊傾斜成鈍角之突堤,於另一波向作用
時則成銳角,利弊互換,因此採取與海岸垂直之突堤在不
同季節均可適應,故多採垂直方向建設。
5. 突堤群末端
歸納以上諸經驗大致可獲得以下之結論:突堤長度應
依欲期待之攔砂率、欲造成之海灘寬度與砂源供應量之關
係決定。除能保護當地海灘防止海灘侵蝕之外,亦不應因
而影響下游海岸之平衡導致下游海岸之侵蝕。一般以延伸
至水深2~3m,攔阻約50%之沿岸漂砂為度,容許有另一半
沿岸漂砂可繼續輸往下游。如果採用較長之堤長時,應以
二堤間各自形成獨立之漂砂單元為設計之基本考量,決定
其長度與寬度。為避免邊界之突變應於突堤群之末端設漸
變段,約以5~6o角度逐漸將堤長縮短如圖3.4.3所示,使設
置區末端及其下游海岸能保持平衡。
淨沿岸輸砂方向
原海岸
灘線
圖3.4.3 突堤群末端佈置
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