首頁 / 高考三級 港灣工程考古題 / 民國115年 高考三級 港灣工程 海岸工程（包括近岸測量） 民國115年 高考三級 港灣工程 海岸工程（包括近岸測量）考古題
民國115年 高考三級 港灣工程 海岸工程（包括近岸測量）收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
外海深水處量到的一段水面高程變化如圖1，以零上切的方式所得21
個波浪資料如下表。請說明零上切的步驟，及列出計算（Hmax, Tmax）、
（H1/10, T1/10）、（H1/3, T1/3）、（Hmean, Tmean）結果。（15 分）
以所得（H1/3, T1/3）為深海設計波浪條件，並已知入射角 0=30°，請問該
波浪傳至水深h=10 米時波高H，入射角 （假設淺水條件）？及用兩種
基準判斷是否碎波？（
sinθ / c
sinθ / c
，
g2
C
cosθ
H
H
2C
cosθ
，
b
b
H
0.78 h
，
b
b
H
1/ 7
L
）（10 分）
圖1 水面高程η 時間變化
表零上切的波浪編號及相對應的波高H（m）與週期T（s）
編號
波高H
0.54
2.05
4.52
2.58
3.20
1.87
1.90
1.00
2.05
2.37
1.03
週期T
4.2
8.0
6.9
11.9
7.3
5.4
4.4
5.2
6.3
4.3
6.1
編號
波高H
1.95
1.97
1.62
4.08
4.89
2.43
2.83
2.94
2.23
2.98
週期T
8.0
7.6
7.0
8.2
8.0
9.0
9.2
7.9
5.3
6.9
Water Surface Elevation, η(m)
Time, t(s)
參考解答（AI 生成，非官方） 一、零上切法（zero-up-crossing method）之步驟：先由水面高程歷線η(t)求得平均水位作為零線；η由負轉正之上切點為一波起點，下一次上切點為該波終點，兩者時間差為週期T；區間內最高者為波峰、最低者為波谷，其高差即波高H。依序切出21個波，剔除兩端不成波之殘段，再將H由大至小排序，據以計算各種代表波。 二、統計結果：Hmax=4.89 m、Tmax=8.0 s（對應週期）。H1/10取排序前21/10≈2波（4.89、4.52 m），得H1/10=4.71 m，T1/10=(8.0+6.9)/2=7.45 s（若取3波則為4.50 m、7.70 s）。H1/3取前7波，ΣH=25.44 m，H1/3=3.63 m，ΣT=54.4 s，T1/3=7.77 s。全部ΣH=51.03 m，Hmean=2.43 m；ΣT=147.1 s，Tmean=7.00 s。 三、以(H1/3,T1/3)=(3.63 m, 7.77 s)、θ0=30°為深海設計條件：L0=gT²/2π=94.3 m，c0=L0/T=12.13 m/s；淺水假設c=√(gh)=√(9.81×10)=9.91 m/s，L=cT=77.0 m。由Snell定律sinθ/c=sinθ0/c0，得sinθ=0.5×9.91/12.13=0.408，θ≈24.1°。能量通量守恆H=H0√(c0/2c)·√(cosθ0/cosθ)=3.63×0.783×0.974≈2.77 m，取H≈2.8 m。 四、碎波判斷：基準一H_b=0.78h=0.78×10=7.8 m＞2.77 m；基準二H_b=L/7=77.0/7=11.0 m＞2.77 m。兩基準均顯示h=10 m處波高遠小於碎波波高，尚未碎波，波浪可繼續向岸傳遞。若以H=0.78h反推，碎波水深約3.5～4 m，惟碎波帶內波高仍會再成長，實務上應以碎波公式迭代求解。 五、討論：本題僅21波屬短期記錄，H1/10取2波或3波會使結果相差約0.2 m，作答時應敘明取樣規則；實務上深海設計波應以長期資料配合極值分析（Gumbel、Weibull）推估50年回歸期波高，再以H1/3或Hmax搭配安全係數使用，並注意淺水假設在h/L0≈0.1處之適用性誤差。
請解釋：
按圖2 所示，海岸（Coast）、海灘（Beach/Shore）與近岸（Nearshore）
的邊界分界之依據各為何？（6 分）
懸浮載與底床載？（6 分）
完全移動與表層移動水深？（6 分）
岬灣控制理論的原理及做為海岸管理的工法之一？（7 分）
圖2 近岸區域分類名詞定義
參考解答（AI 生成，非官方） 一、圖2由陸向海之邊界依據：海岸（coast）向陸界為暴風浪所能到達之上限（海崖、沙丘趾、植被線或第一條人為構造物），向海界為波浪開始變形之外緣（約水深h=L/2）；海灘（beach/shore）指平均低潮位至波浪溯上（run-up）上限之間，含前濱（foreshore，高低潮位間灘面）與後濱（backshore）；近岸（nearshore）指平均低潮位或岸線向外至碎波線（breaker line）或閉合水深，包含碎波帶（surf zone）。 二、懸浮載與底床載：底床載（bed load）為顆粒以滾動、滑動、躍移方式沿床面運動，運動高度僅數粒徑，為灘面沖刷與沙漣遷移之主要機制，常以推移質捕砂器或聲學都卜勒流速儀量測；懸浮載（suspended load）為紊流上舉使細顆粒懸浮於水體隨流輸送，於碎波帶與河口最旺盛，多以光學濁度計（OBS）、抽水取樣或LISST量測。總輸砂量為兩者之和。 三、表層移動與完全移動水深：表層移動水深（depth of initial movement）指波浪引致近底床水質點速度恰等於底質起動臨界速度之水深，此水深以外泥沙不再起動，常以u_b=H/(2sinh kh)≥u_cr判定；完全移動水深（depth of complete movement）指近底床流速足以使床面所有粒徑（含最粗者）全面起動之水深，約為表層移動水深之兩倍，常與閉合水深（depth of closure）對照，作為海灘剖面活動範圍之界定。 四、岬灣控制理論（headland control）原理：天然海灣在海岬遮蔽下，波浪繞射使灣內波能減弱、岬角處波能集中，岸線逐漸調整至各波向線均與岸線正交、沿岸輸砂為零之平衡平面形狀；此形狀近似對數螺線（logarithmic spiral）或Hsu與Silvester之拋物線灣（parabolic bay），可以岬頭間距、灣長比等參數描述。 五、作為海岸管理工法：於適當間距設置人工岬頭（突堤、離岸堤或養灘配合岬頭），使原直線侵蝕岸線重塑為穩定海灣，達到「以灣制灣」效果；優點為順應自然、可同時創造遊憩沙灘、分散侵蝕位置；限制為需充足砂源與腹地、成形時間長達數年至數十年，間距與角度設計不當反而造成下游侵蝕，須以數值模式與水工模型試驗驗證。
請敘述：
按近岸量測的觀點，「測量」與「調查」的定義，並指出那些是各自相
關的量測項目－水深、水文、海氣象、水下地形、底質、漂砂。（7 分）
船載聲波式儀器量測水深時，需做那些修正？（7 分）
漂砂調查針對那兩類漂砂性質進行量測？並請說明量測方法，請各舉
兩例說明。（6 分）
遙測技術可應用在那些近岸量測項目（至少列五項）？（5 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、定義：就近岸量測觀點，「測量（survey）」係以確定空間位置與幾何量為目的之作業，須建立基準面、控制點與精度規範，成果為坐標、高程、水深或地形圖；「調查（investigation）」係以瞭解環境之物理、化學或生物特性為目的，多藉取樣、觀測與分析，成果為時間序列或特性參數，二者相輔相成。 二、項目歸屬：屬「測量」者為水深（bathymetry）、水下地形（seabed topography）及岸線位置，須經潮位、船姿、聲速等修正獲得正確三度空間坐標；屬「調查」者為水文（潮位、流速、波浪）、海氣象（風、氣壓、氣溫）、底質（粒徑、比重、含水量）與漂砂（輸砂量、輸砂方向）。漂砂調查中之重複地形測量兼具兩者性質。 三、船載聲波測深之修正：(1)聲速修正，以聲速剖儀（SVP）或CTD實測溫鹽深推算聲速，必要時作聲線彎曲（ray bending）修正；(2)換能器吃水與船艏下沉（squat）修正；(3)船姿修正，以IMU/MRU修正橫搖、縱搖、艏向與起伏（heave）；(4)潮位修正，將瞬時水深歸化至海圖基準（如LAT）；(5)延時與GPS時間同步、儀器偏移量（lever arm）及聲束角修正；(6)湧浪與水位變動修正。 四、漂砂性質分兩類量測：一為沿岸漂砂（longshore transport），方法如(1)於港灣或防砂堤內量測淤積量、(2)重複水深地形測量推算地形體積變化，另可用螢光追蹤砂或沿岸捕砂器；二為向離岸漂砂（cross-shore transport），方法如(1)以固定斷面樁重複測量灘面剖面變化、(2)以ADV/ADCP測流速配合OBS測懸浮質濃度推算輸砂通量，或投放染色砂追蹤。 五、遙測可應用之近岸量測項目至少五項：(1)岸線位置與變遷；(2)衛星水深反演（satellite-derived bathymetry）；(3)表層流場與渦流；(4)波浪特性（波高、週期、波向，如X-band雷達與影像分析）；(5)海面風場；(6)懸浮質濃度與水色；(7)海面溫度；(8)潮位與水位（衛星測高）；(9)颱風或災後地形變遷。可補足現場測點不足，惟須地面真值檢核。
請敘述海岸侵蝕保護的結構物，不透水的直立沉箱與透水的拋石堤，
從能量消散的結果各有什麼優缺點？（6 分）
一週期10 s 的波浪傳至位於30 m 處的拋石堤，在距底床10 m 的
移動波壓計量到如圖3 所示的波壓結果，在反節（腹）點的壓差是
4700 N/m2，在節點的壓差是2100 N/m2，假設全反射且沒有能量損失，
反射與穿透係數Kr、KT各為何？（
p
p
coshk(h
z)
P
ρgK (z)η , K (z)
cosh kh
，
t
i
r
max
η
H
H
，
t
i
r
min
η
H
H
＆淺水假設）（7 分）
颱風期間海岸災害時結構物的破壞往往與潮汐及颱風作用的那三個
因子有關？（6 分）
全球暖化造成的淹水災害，海岸地區首當其衝，防災之道除了結構物
設置的選項，請敘述還有那些非結構物的措施可以考量？（6 分）
圖3 拋石堤前水下距底床10 m 處移動的壓力計所得壓力時間分布
30 m
Traversing pressure sensor
10 m
Pressure record from traversing sensor
Time
Pressure
2100 N/m2
4700 N/m2
參考解答（AI 生成，非官方） 一、不透水直立沉箱：波浪幾乎全反射，反射係數接近1，能量多以堤前重立波形式存在而不消散。優點為斷面小、用料省、施工快速、水深大處較經濟、可兼作碼頭胸牆、耐大波衝擊；缺點為堤前波高倍增、基礎淘刷（scour）嚴重、越波與波力集中、對地基承載力要求高，且反射波造成鄰近海岸波能集中與侵蝕，景觀與生態性較差。 二、透水拋石堤：堤身屬孔隙介質，波浪在孔隙中產生摩擦與紊流而消能，反射小。優點為消能效果佳、堤前波高與越波較小、對軟弱地基適應性高、可就地取材、孔隙富生態、受損後易修補；缺點為斷面龐大、需大量石料與較大用地、堤體沉陷與淘刷、透過堤身之滲流與傳遞波仍存在，颱風越波常造成堤面塊石飛散，維護成本較高。 三、反射與透過係數計算：部分重立波於反節（腹）點η_max=(H_i+H_r)/2、節點η_min=(H_i-H_r)/2；壓力振幅p=ρgK_p(z)η，同一測點之K_p對入射與反射相同，故Δp反節/Δp節=(1+Kr)/(1-Kr)=4700/2100=2.238。解得Kr=H_r/H_i=0.382≈0.38。假設除反射外無能量損失，Kr²+KT²=1，KT=√(1-0.382²)=0.92。淺水假設下K_p≈1，亦可以η=Δp/ρg驗算，比值相同。 四、颱風與潮汐之三個破壞因子：(1)潮位，含天文潮與暴潮位（storm surge），高水位使碎波帶前移、堤前水深增大、越波量劇增；(2)波浪，颱風巨浪之波高與週期增大，波力與越波水量超過設計值；(3)風，強風之風壓、飛沫與風驅流直接作用於結構並助長越波。三者同時發生（如滿潮遇颱風）即形成複合災害，另須注意暴雨逕流與基礎淘刷之加成。 五、非結構物措施：(1)劃設海岸保護區、防護區與退縮線（setback），實施土地使用分區管制；(2)建築耐淹設計、高腳化與防洪閘門等洪氾防護（flood-proofing）；(3)建立暴潮與越波預警、疏散避難系統；(4)推動洪水保險與災害救助；(5)養灘、沙丘復育、紅樹林與防風林等生態緩衝；(6)海岸長期監測、風險地圖與國土規劃調適，並配合減碳政策降低長期風險。