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高考申論題 113年 [港灣工程] 港灣工程

第 一 題

📖 題組:
六、請解釋下列各名詞之意涵:(每小題 2 分,共 10 分) ㈠突堤效應(groin effect) ㈡湧浪(swell) ㈢迴船池(turning basin) ㈣船行波(Kelvin wave) ㈤乾舷深(depth of freeboard)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

突堤效應(groin effect)

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看到本題應立即聯想海岸工程中「突堤(Groin)」等突出構造物對沿岸漂沙的阻截機制。作答時需明確點出沿岸流方向與構造物的關係,並強調「上游側淤積、下游側侵蝕」的地形變化絕對特徵,即可精準拿分。

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「突堤效應(groin effect)」指在海岸建造突出於海岸線的構造物(如突堤或防波堤)後,阻截了沿岸流與沿岸漂沙的自然運動所引發的局部地形變化。特徵包含:(1) 上游側(漂沙來源側):因漂沙被阻擋流速減緩而產生大量淤積,海岸線向海突進;(2) 下游側(背流面):因漂沙供給來源被截斷,波浪與沿岸流持續帶走沙粒而產生海岸侵蝕,海岸線向陸退縮。實務應用上,雖可用於攔沙養灘,但若防護配置不當,極易引發鄰近下游海岸的嚴重侵蝕災情(如:凸堤效應引起的海岸線退縮)。

小題 (二)

湧浪(swell)

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看到「湧浪」,應立刻聯想其生成機制與物理特徵。首先點出它是風浪離開生成區(風域)後,受頻散作用而形成的長週期波;接著說明其波形圓滑、波長長、能量耗散慢的特性,並補充其對港灣工程(如港內共振、船舶繫泊)的影響。

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「湧浪(Swell)」指風浪(Wind wave)離開其生成區(風域)後,不再受當地風力作用,僅依慣性繼續向前傳播的波浪。特徵包含:(1) 波形圓滑規則,趨近於理想的微幅正弦波;(2) 經過頻散作用(Dispersion)後,短波消散,保留下來的波長與週期均較長(通常週期大於 10 秒);(3) 能量衰減極為緩慢,可傳播至數千公里外的海岸。 實務應用與影響上,由於湧浪週期較長,入侵港內時極易引發港灣共振(Harbor Resonance)或假潮(Seiche),導致繫泊船舶發生長週期動搖甚至扯斷纜繩,影響裝卸作業安全。因此,在進行防波堤開口配置與港區靜穩度分析時,必須將其列為關鍵的設計波浪條件。

小題 (三)

迴船池(turning basin)

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看到「迴船池」,應直覺聯想港區水域配置中「船舶調頭轉向」的專屬區域。答題關鍵在於點出其功能目的、幾何尺度設計標準(通常為設計船長的1.5到2倍直徑)與水深條件。

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「迴船池(turning basin)」指港區內專供船舶改變航向、調頭迴轉以順利靠離泊位的水域。特徵包含:(1) 平面尺度:通常以設計最大船長(L)之 1.5 至 2.0 倍為直徑劃定圓形或橢圓形無障礙水域。(2) 水深條件:須大於船舶滿載吃水加上適當之富裕水深(Under Keel Clearance, UKC)。(3) 波流條件:水域需保持相對平靜,避免強烈波浪與水流影響操船。 實務應用為通常配置於航道與泊地交界處或港池最內部,常配合拖船協助,以確保大型船舶進出港及靠離碼頭之營運安全與效率。

小題 (四)

船行波(Kelvin wave)

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看到「船行波」,應直覺聯想船舶在水面上航行時所激發的表面波系統。作答時需點出其經典的 V 字型波紋特徵(發散波與橫向波),並補充其在港灣工程實務中的影響(如造成護岸沖刷或影響繫泊船隻),以展現專業度。

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「船行波(Kelvin wave)」指船舶在水面上航行時,因船體行進排開水體而激發的表面波系統。其特徵包含:(1) 經典的波紋會跟隨船隻後方呈現 V 字型包絡線(Kelvin wake),在深水中該包絡線與航線的半角約略固定為 19°28'(19.47度);(2) 整個波浪系統主要由與航向近似垂直的「橫向波(Transverse waves)」及向兩側斜向擴展的「發散波(Divergent waves)」所組成。 實務應用上,在港灣與航道工程中需特別考量船行波的影響,因其波浪能量傳遞至岸邊會造成航道護岸的淘刷損壞,亦可能引起港內其他繫泊船隻的劇烈動搖或斷纜,故在港區或狹窄航道內通常需制定船舶航速限制以減低船行波帶來的波害。

小題 (五)

乾舷深(depth of freeboard)

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看到「乾舷深」,應直覺聯想到港灣構造物(如防波堤、碼頭)的頂部高程設計。答題時需明確點出其物理定義(構造物頂部至設計最高水位的垂直距離),並說明其在工程實務上的核心功能(如防止越波、確保港區作業安全)。

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「乾舷深(depth of freeboard)」在港灣工程中,係指防波堤、碼頭等海洋或海岸構造物之頂部高程,與設計最高水位(通常為平均高潮位 H.W.L.,或疊加暴潮偏差後之靜水面)之間的垂直距離。 其特徵與功能包含: (1) 限制越波:提供阻擋波浪溯上(wave run-up)的緩衝高度,將波浪越波量(overtopping)控制在設施容許的範圍內。

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