¶ 海岸防護設施規劃設計手冊-第三章 防護設施規劃(4/4)
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三、 離岸堤
離岸堤設置(如圖3.4.4示意圖)以削減入射波能量、溯升高
為目的時,可參照「3.3.5波浪溯升高」說明中之透過率,反覆
計算校核不同設置水深、離岸堤之透射波溯升高是否合乎防護
標的,以確定離岸堤設置水深。設置離岸堤之目的為因應海灘
長期侵蝕,或為親水造灘而設置者,一般多設置在水深3~4m
處,以此評估離岸距離,再根據離岸堤設置後預期形成之繫陸
砂洲、砂舌、弱砂舌(Weak salient)或無起伏地形灘線,決定堤
長及開孔寬等,其對策如後說明。
在設置離岸堤前應先考慮所欲期待之海灘堆積形狀為
何?繫陸砂洲地形固然砂灘寬地形美觀,但對下游海岸最不利
且不利水質交換。砂舌地形看似堆砂效果不如繫陸砂洲優良,
但堤內側仍有沿岸流及沿岸漂砂可通過,對下游海岸安定影響
較少,水流仍可交換對水質影響較低,因此不必強求形成繫陸
砂洲。
波向線
波峰線
碎波帶
碎波
離岸堤
浮游土砂 堆積
沿岸流 堆積 沿岸流 侵蝕 離岸堤
灘線 侵蝕
侵蝕
斷面圖 平面圖
圖3.4.4 離岸堤示意圖
1. 堤線位置─離岸距離(Y)
離岸堤之佈置在第一階段都先決定堤線離岸距離。離
岸距離Y相對於碎波帶寬度Yb有二種選擇。
(1)Y>Yb:堤線設置於碎波帶外海側,多用於抑制波浪而
非造灘防侵之用,因離岸遠對原海灘線之影響較緩和。
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(2)Y<Yb:堤線設置於碎波帶內,主要目的在期待堤背後
能形成半月形安定海灘,乃至促進砂舌或繫陸島之形
成。
離岸越遠水深越深工程費越高,因此在可能範圍內應
近岸,離岸距離越近越省錢越容易施工,但太近岸又因堤
背後區不足以形成適當之穩靜度使土砂沉澱堆積,同時水
位抬升較高離岸流速變快,將漂砂帶向外海方向不利堆積
作用,但砂舌或繫陸島地形之形成並非單由離岸距離支
配,與堤長及開口寬度亦有關,如圖3.4.5所示。
離岸距離與堤長比為控制海灘地形之重要因素。就單
支堤而言,如離岸距離與堤長比Y/B2,就難期待堆砂。
圖3.4.5 離岸堤各項參數示意圖
2. 堤長(B)
如為抑制波高之用,堤長B應有1倍波長L以上為宜。於
緩坡海岸通常B/L≒1.2~1.6即能使波高明顯降低。在陡坡海
岸時堤長應有2倍波長,B2L以上即能有效使波高減衰,
但其消波效果亦與堤斷面及開口寬有關。
如以堆砂為目的則須考慮其與離岸距離之關係,堤長B
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通常由離岸距離Y之比例Y/B及欲期待之堤背後灘線地形
為砂舌或繫陸砂洲決定。就單隻堤據郭等(1995)之試驗在固
定堤長改變離岸距離Y時,於Y/B=0.6~0.9間形成繫陸砂
洲,Y/B=0.2~0.5、1.2~1.8則成砂舌地形,表示離岸堤離岸
過遠或過近均不足於形成繫陸砂洲。故如欲形成砂舌,Y/B
建議為1.2~1.8之間。
3. 離岸堤間距(開口寬)G
開口寬G通常約為1倍波長或大於1倍波長而小於2倍波
長或離岸堤長B之1/3~1/4間,以避免產生離岸流,或者開口
內側海灘侵蝕後退到原灘線內側。
分離堤之開口部份一則可使水流及波浪自開口部灌
入,保持良好水質,亦可使漂砂自開口處輸入,同時可利
用為漁船進出之用。開口部份因不建造堤亦可節省不少工
程費,但開口太大則波浪遮蔽效果不良不利漂砂沉積,同
時抑制堤防溯升及越波量之效果難予達到海岸保護之目
的。如何調整堤長/開口寬比及離岸距離,才能使堤背後產
生最大攔砂量且能達成保護海岸之目的當為設計之重點。
Seiji等(1986)依據現場資料整理開口寬/堤長比G/B對
開口背後部份之灘線變化量,指出G/B≒0.3者海岸線均有
前進且前進量有達50m者,G/B≒0.3且B/Y2時海岸線不前
進,即離岸距離小於堤長一半時海灘未見前進。而G/B≒0.5
者前進後退出現機率各半,前進量最大不過10m,後退最大
達20m。故欲使灘線前進,開口寬長度建議為離岸堤長之
1/3~1/4。
4. 堤高與堤頂寬
如其目的為防止波浪溢淹之消波效果,堤高之設計應
考慮離岸堤堤斷面及其透過率、開口入射波、海堤容許越
波量或溯升高以及地層與堤下陷量等綜合考慮之。此時所
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考慮之水位應以設計暴潮位,波高為堤前設計波高,亦可
以下述之堆砂目的之方法決定之。
如以堆砂效果為目的則以年發生數次之波浪不發生越
波做為堤頂設計,通常以
朔望年平均潮位+Hs/2+沉陷量
此處波高Hs為離岸堤線水深處之有義波高,或
朔望平均潮位+1.0~1.5m+沉陷量
沉陷量應參考既往附近資料或參考表3.2.3。
堤頂寬通常為石塊或消波堤3排或3~5m寬,或由消波
需要及堤體安定決定。外坡坡度約為1:1.5~1:2.0;內坡受波
力較小,故內坡可陡些。
3.4.3 方案驗證與修正[10],[18]
在從事海岸防護及海岸防護計畫規劃作業前,首先應針對過去海岸
變化趨勢進行瞭解與分析,並進而預測未來海岸地形可能的改變,
擬訂整體海岸營造計畫。海域地形變遷為一錯綜複雜之海岸動力過
程,受當地地形、氣象、海象及人為結構物等因素之影響而發生變
化。一般研究海岸地形變遷常利用的方法包括現場調查、水工模型
試驗及數值模式推算等。
說明:
就實際應用而言,數值模式不受試驗設備或即時預報限制,在
現今電腦發達的現代化海岸防護設施理念中,採用具有可信度、有
效率且高精度之水理特性和海岸變遷之數值模式,對配合海岸空間
之開發利用及海岸防護配套上都有莫大的助益。
然而近岸海域由於波、流、漂砂動力機制極為複雜,迄今仍有
許多問題無法利用數學理論及數值模式求得解答,因此得視規劃或
設計需求,辦理水工模型試驗,作為相關作業規劃設計之參考。因
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此,善用數值模式及水工模型試驗等工具,為海岸環境防護及復育
規劃作業成功之重要依據。一般以往國內相關作業方式為:
一、 採用數值模式計算者,多應用於:
近岸整體波流場分析、海域地形變遷預測、海岸線變化分
析、設計波流條件分析等作業項目。尤其多應用於先期規劃、
規劃、基本設計及方案評選等階段,可節省時間及試驗經費。
二、 採用水工模型試驗者,多應用於:
數值模式驗證、定案配置海岸地形變化分析、及對所採用
工程手段結構物設計斷面之穩定性等進行驗證。
三、 採用數值模擬及水工模型試驗混合(Hybrid)模式,多應用於:
對於大型海岸開發計畫,如港灣新建擴建、海埔地開發填
海造陸等:首先由水工模型試驗驗證數值模式後,利用數值模
擬對於初步構想及規劃方案進行模擬分析,俾利規劃作業之進
行;並藉此優選出數個優選方案後,再進行細部規劃;最後則
以水工模型試驗決定方案,並對所採用工程細部設計結構物斷
面之穩定性等進行驗證。整體數值水工混合模式之執行流程如
圖3.4.6所示。
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工程目標確認
海氣象、生態、環境資料 地形水深測量蒐集 工程初步規劃作業
數值模式驗證 現況水工模型試驗
初步構想數值分析 規劃方案優選
方案數值模擬分析 細部規劃方案評選
水工模型試驗分析
工程定案方案
工程初步設計
斷面水工模型試驗
工程細部設計
規劃設計作業結束
圖3.4.6 數值模擬與水工試驗混合模式工作流程圖
3.4.4 綜合評估分析(優選方案)[10],[18]
綜合評估比較海岸防護方案之優劣及可行性,並依據優選方案說明方
案實施優先順序與分期分年計畫。
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說明:
一、 方案比較項目
研擬方案比較項目(如海岸防護效益、工程經費、用地取
得難易度、工程技術及所需工期評估、對環境及生態維護情
形、社會接受度及後續維護管理難易等,可依海岸防護規劃方
案特性,擇取適當要項)。
1. 海岸防護效益:評比海岸防護保護範圍、海岸砂灘回復成
效、波浪能量削減、溯升高與越波量抑制效果等。
2. 工程材料選用:海岸防護設施常需大量材料進行施設,材
料之取得宜以就地選材為原則,同時可考量工業生產過程
中可資源化材料之再利用;惟採用前,應確認材料符合環
境保護及工程主管機關所訂定之相關法規。
3. 工程費:工程的經濟性是非常重要的考量,工程費的差異
有限時,其他因素的差異可以彌補經費較高的缺點;但工
程費的差異懸殊時,必須要有非常強而有力的其他考量,
否則難以選擇經費較高的方案。
4. 用地取得難易:因徵收費用龐大或其他因素,使得用地取
得困難時,通常須放棄或調整該方案。
5. 環境及生態維護情形:興建海岸工程須將減輕環境影響列
入考量,應選擇影響較小的方案。另由於對特定環境或生
態問題的考量,往往會在方案選擇時有決定性影響。
6. 社會接受度:社會接受度得利用民意訪查方式或召開公聽
會進行瞭解。此外,由媒體輿論反映情形,也可研判瞭解
社會接受度。
7. 維護管理難易:維護管理除了對海岸防護工程的長期發揮
功效及其安全性有重要影響外,維護管理費用高低也是評
估考量因素。
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8. 工程技術難易:工程技術難易事關能否依照功能需求來及
時在預算內完成工程。對於可達成相同海岸防護功能的不
同方案,應採用工程技術較容易的方案。
9. 需要工期:海岸防護工程通常有明確的達成期限需求,一
般係在非迅期施工,以期及時在汛期發揮功能。若在汛期
施工,失敗的風險會增加。因此,原則上是工期短為宜,
儘量避免跨越汛期施工。
10.其他個案考量事項:海岸防護工程遇有特殊個案問題時,
宜個案考量。
二、 實施優先順序
1. 一般工程實施須考慮工程經費,急迫性及工程性質,是否
進行分期實施並決定工程實施的時機。海岸環境營造工程
並非工程會所歸類之重大工程,而且防護需求常為急迫
性,因此實施計畫多為不分期,工程實施的時機常為計畫
經費核准下才能實施。
2. 因海岸情況特殊,風險較大,原則上以當年完成者為限。
安全無虞且規模較大者始得分年分期籌措經費辦理。
3. 海岸環境營造工程規模大且經費需求大者,考慮政府財源
之籌措及施工人力之配合問題,得予分期分年辦理。優先
順序考量原則如下:
(1)防護對象具重要性及急迫性者優先。
(2)工程實施後能立即產生防護效益者優先。
(3)分期分年效益評估較高者優先。
(4)工程用地較易取得、地方政府配合問題較少者優先。
(5)防護設施工程原則由下游往上游分期分年辦理,但防護
對象具重要性及急迫性,且實施後不致增加其他地區之
災害者可優先辦理。
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三、 分期分年計畫
分期分年計畫,可提供後續財務計畫分析、效益成本分析
及計畫評價使用,為行政院核定計畫及決策的參考依據,計畫
經核定後亦為日後建設進度及經費調度管理之依據。
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