麥寮港防波堤堤頭動床三維數值模擬研究

曾以帆 ； 李忠潘 ； 林義復 ； 邱永芳 ； 何良勝 ； 蔡金吉

《港灣季刊》 108期 (2017/10) Pp. 63-86

摘要

為探討與分析防波堤堤頭的淘刷機制，防止港灣防坡堤崩塌，本研究應用FLOW-3D^®CFD軟體對港灣防波堤堤頭附近海域進行波流場動床三維數值模擬，以麥寮工業港(以下簡稱麥寮港)外海50年重現期之颱風波浪作為開放水域邊界條件，以海域現場設置都卜勒流剖儀(ADCP)觀測潮汐水位做為潮流場啟動邊界，以實測水深建立定床邊界，港口實體物理模型(CAD)為封閉邊界，流場穩定包括網格獨立性與計算領域邊界敏感性測試。研究的結果顯示，波流場水動力的模式驗證與水工試驗現場觀測趨於一致。以視覺化呈現波場自由水面及堤頭前之垂直流況時序變化，以及最大底床水分子速度分佈分析與渦流區底床切剪力的分布情形，包括波浪引發的流場伴隨南北向的漲退潮流，以及陡峭淺化的海底地形，共同形成堤頭附近海床的淘刷機制。前進波列在防波堤遮蔽的前方積聚的水動力能量，折向深海方向的帶狀離岸流與南向的前進波列混合，深化了海床邊界層的紊流機制，淘刷區因此紊流機制起動之懸浮載，隨著漲退潮流搬離遠處。由於長期缺乏砂源補注，淘刷區浸淤失衡，因此持續威脅防波堤結構體的穩定。