成功大學博碩士論文系統

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研究生：	王躍霖 Yue-Lin, Wang
論文名稱：	GENESIS系統搭配河川輸砂應用於海岸變遷之研究 Application in Shoreline Changes Simulation byGENESIS System Cooperate with River Sediment Transport
指導教授：	顏沛華 Yen, Pei-Hua
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 水利及海洋工程學系 Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	98
中文關鍵詞：	海岸線模擬通用模式、海岸過程、數值模擬、移動邊界
外文關鍵詞：	GENESIS, Coastal process, simulation, moving boundary
相關次數：	點閱：68 下載：3
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海岸地帶為海陸交互作用地區，受波、潮、流及風等不斷作用，產生富於變化之海岸地形，為人類文化、經濟及活動之重點地區。因海岸地區有高度敏感性與脆弱性，一經破壞，難以復原，故海岸地區在保育與發展兼顧的原則下，宜運用現代化科技如數值模擬加以預測、評估、規劃、利用及管理，使海岸資源得永續保存。
惟海岸過程極為複雜，以數學模式透過計算機大量且快速的處理能力迅速預估海岸變遷不失為可行之方，故本研究即以單線數學模式GENESIS（GENEralized model for SImulating Shoreline change）系統模擬海岸線加上人工構造物後之長期變化，而數學模式之模擬精度常取決於邊界條件，本研究即以一側為移動邊界，他側為門閂邊界情況探討模式輸入參數有所變異時，可能造成海岸線模擬之誤差範圍(敏感度分析)，同時利用鄰近河川出海口大斷面之時序列(Time series)變化探討河川輸砂與移動邊界之相關。在設定可靠的移動邊界條件後，可使GENESIS系統在海岸變遷之模擬、預測更加精確。
本文研究案例為宜蘭縣蘭陽溪口北側至外澳一帶之近海沙質海域，首先從事系統之預備試驗(測試)，決定適合之參數值後(率定、驗證)，再以外澳為門閂邊界，蘭陽溪口為移動邊界，以GENESIS系統模擬蘭陽溪口北側至外澳近岸之可能變遷(預測)，模式中移動邊界之設定係由蘭陽溪河川輸沙量及向海斷面之歷史數據獲致。據模式測試結果顯示，GENESIS系統模擬成果與現場實際海岸線變化比對尚稱吻合，而波向為模式之主導參數。移動邊界、波浪等數據變異範圍宜在20%及10%以下，則海岸線模擬能有約80%之可靠度，故GENESIS系統模擬預測結果應可提供予海岸工程設計、防災、減災或研擬海岸治理策略之參考。

Coastal zone is the border of sea/land interactions and affected constantly by waves, tides, currents and winds so as to leading a variety coastal features. Coastal zone is the spot also where human cultural and economical activities developed. Once ruined then hardly recovers from the wrecked situation because of its sensitive and fragile characteristics. Therefore, modern science and technology such as numerical simulations should be used in coastal process research to predict, assess, plan, utilize or manage the offshore article and conserve the coastal resources lasting forever.
Coastal variation is a complicated process so that estimate the shoreline changes by mathematical model with the aid of excellent computational and treatment abilities of computer could be an alternate approach. A popular one-lined model of GENESIS (GENEralized model for Simulating Shoreline change) system was used in the paper to simulate the long-term coastline changes with offshore constructions as the option. The simulating precisions of the model usually depend on the accuracy of boundary conditions and input parameters. So, this paper focus on the simulation error limit by the sensitive analysis while varied the input boundary with a moving condition in one side and a pinned condition on other side. The adjacent river mouth section was regarding as a moving boundary and could be obtained by historical time series data of river sedimentation. With the correct parameters/boundary conditions data input, GENISIS system could make a more accurate simulation results.
The case study has been carried out on Yilan County offshore between the river mouth of Lanyang River and Wai-ao area. A pre-test execute first to determine the preliminary parameters and then more suitable and accurate parameters calibrate/identify procedures were taken in advance by used the data of Wai-ao as a pinned and the river mouth of Lanyang River as a moving boundaries. With these data input, GENESIS system could be used to predict the shoreline changes in alternate options. The study showed that, most of the simulation results are coincident with the real situation while compared with the field environments, wave direction is dominate in simulating procedure and the variety of moving boundary as well as wave direction should be constrain the error within 20% and 10% then 80% simulating reliability could be obtained. So, GENESIS can be considered as a powerful tool to forecast and assess the coast engineering design and disaster prevention strategy planning.

摘 要---------------------------------------------------------------------I 
ABSTRACT-----------------------------------------------------------II
誌 謝--------------------------------------------------------------------III
目 錄-------------------------------------------------------------------IV 
圖目錄---------------------------------------------------------------VIII 
表目錄---------------------------------------------------------------XII 
照片目錄-------------------------------------------------------------XIII
符號說明------------------------------------------------------------XIV 
第一章 緒 論----------------------------------------------------------1
1-1 研究動機-------------------------------------------------------------1
1-2 研究方法-------------------------------------------------------------2
1-3 文獻回顧-------------------------------------------------------------2
1-4 本文組織-------------------------------------------------------------4
第二章 GENESIS系統架構----------------------------------------6
2-1 基本假設與控制方程式---------------------------------------------6
2-2 沿岸漂沙傳輸率-----------------------------------------------------9
2-2-1 沿岸漂沙輸送公式---------------------------------------------9
2-2-2 漂沙來源與消失源--------------------------------------------11
2-3 經驗參數------------------------------------------------------------11
2-3-1 沿岸漂沙活動深度--------------------------------------------11
2-3-2 海灘平均剖面形狀與坡度------------------------------------12
2-3-3 漂沙運動臨界水深-------------------------------------------15
2-4 波浪傳遞計算------------------------------------------------------15
2-5 波浪傳遞模式------------------------------------------------------17
2-5-1 碎波-----------------------------------------------------------17
2-5-2 受結構物影響之碎波-----------------------------------------20
2-5-3 曲線等深線對海岸線變遷之影響----------------------------22
2-5-4 離岸堤波浪傳遞效應-----------------------------------------23
2-6 波浪尖銳度限制----------------------------------------------------26 
2-7 數值模擬系統------------------------------------------------------27
2-7-1 數值模擬精確度----------------------------------------------27
2-7-2 數值模擬系統穩定性-----------------------------------------27
2-8 網格系統與有限差分之數值解法---------------------------------29
2-8-1 交錯網格點設計----------------------------------------------29
2-8-2 有限差分隱式法----------------------------------------------31
2-9 兩端邊界條件與限制----------------------------------------------31
2-9-1 門閂邊界------------------------------------------------------32
2-9-2 閘門邊界------------------------------------------------------33
2-9-3 旁通輸沙------------------------------------------------------34
2-9-4 沙粒穿透/越過傳遞-------------------------------------------35
2-9-5 海堤效應------------------------------------------------------35
第三章 GENESIS系統之模擬應用-----------------------------36
3-1 GENESIS應用需考慮之參數--------------------------------------36
3-1-1  GENESIS系統之輸入資料---------------------------------36
3-1-2 坐標軸與網格格點-------------------------------------------39
3-1-3 原始海岸線位置----------------------------------------------40
3-1-4 波浪資料------------------------------------------------------41
3-1-5 海底地形與海灘剖面資料------------------------------------41
3-1-6 結構物設置與工程應用--------------------------------------42
3-1-7 兩側邊界條件-------------------------------------------------43
3-2 其他資料來源------------------------------------------------------43
3-3 GENESIS系統之運算與輸出--------------------------------------49
3-4 敏感度及誤差分析-------------------------------------------------50
3-5 GENESIS模式之主導參數-----------------------------------------53
第四章 案例研究----------------------------------------------------55
4-1 宜蘭海岸環境概述-------------------------------------------------55
4-2 GENESIS系統預備試驗-------------------------------------------55
4-2-1 環境資訊輸入------------------------------------------------55
4-2-2適合參數之決定----------------------------------------------56
4-3 GENESIS系統之率定----------------------------------------------57
4-3-1 海岸地形及網格設定----------------------------------------57
4-3-2 地形之坐標轉換----------------------------------------------61
4-3-3 人工突堤結構物----------------------------------------------62
4-3-4海底地形與海灘剖面資料------------------------------------64
4-3-5波浪資料-------------------------------------------------------67
4-4 GENESIS系統之驗證----------------------------------------------68
4-5 河川輸砂與邊界條件----------------------------------------------70
4-5-1 河川輸砂分析-------------------------------------------------70
4-5-2 海斷面變化---------------------------------------------------71
4-5-3 河川輸砂與海斷面變化關係---------------------------------73
4-5-4 移動邊界之決定----------------------------------------------75
4-5-5移動邊界輸入--------------------------------------------------76
第五章 海岸線變遷模擬預測成果探討-------------------------78
5-1 由2001年預測至2004年模擬成果--------------------------------78
5-2 由2004年預測至2005年模擬成果--------------------------------81
5-3 由2005年預測至2006年模擬成果--------------------------------85
第六章 結論與建議-------------------------------------------------92
6-1結 論----------------------------------------------------------------92
6-2建 議----------------------------------------------------------------94
參考文獻---------------------------------------------------------------96
                                    

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12.許泰文、張憲國（1995），「平衡海灘上之沿岸流」，第十七屆海洋工程研討會論文集，第1097-1109頁，成功大學，台南。
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15.郭金棟、游慶豐(1993)，「宜蘭海岸地形變遷研究」，第15屈海洋工程研討會論文輯，成功大學，台南。
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校內：2009-09-04公開
校外：2010-09-04公開

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