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研究生: 翁丞懋
WONG, CHENG-MAO
論文名稱: 成功筐網對定斜坡碎波帶之沖淤研究
Experimental study on scour and deposition influenced by Chen-Kung Porous Basket in surf zone on specific slope
指導教授: 黃進坤
Huang, Chin-Kun
共同指導教授: 唐啟釗
Tang, Chii-Jau
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 178
中文關鍵詞: 碎波透水性表面孔隙率
外文關鍵詞: wave breaking, porous, CKPB
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  • 本文之主要目的為探討成功筐網對海岸地形之影響,以實驗方法觀察波浪溯升時和碎波時斜坡底床之演變。成功筐網為一透水性結構物,有消波之效果。本文設計以不同之實驗條件組合,探討最有效的成功筐網保護方式。實驗參數包括筐網無因次間距N、擺設位置X及筐網擺設高度d。觀察實驗過程時發現,斜坡底床演變之主要特徵從離岸到近岸依序有:沙連、第一淤積丘、第一沖刷坑、第二沖刷坑、最後淤積丘。實驗結果顯示,無因次間距N為影響斜坡底床演變之主要因素。當無因次間距N越小時,成功筐網有效減少第一沖刷坑深度. 當設置成功筐網時,有助於最後淤積丘淤積。

    This paper presents the study of coastal topography changes influenced by CKPB. The evolution of slope beach caused by wave run-up and wave breaking investigated in laboratory study. CKPB is a kind of porous structure which could reduce wave energy. Experimental conditions were designed to study the most efficient protection of slope beach. Experimental parameter included dimensionless interval N, located position P, and setup height d. Experimental process shows the characteristics of evolution of slope beach from offshore to onshore include: sand ripples, primary bar, and primary pit, secondary pit and final bar. Experimental results show the dimensionless interval N is a dominant parameter of evolution of slope beach. The scour depth of primary pit was decreased more efficiently by CKPB when the dimensionless interval N is smaller. Setting CKPB promoted the accretion of final bar.

    摘 要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 照片目錄 XIII 符號說明 XIV 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 前人研究 2 1-3 研究動機 4 1-4 本文組織 5 第二章 碎波分析 7 2-1 碎波參數 7 2-2 前人的碎波研究 9 第三章 實驗設備及條件 13 3-1 實驗設備 13 3-1-1 實驗渠道 13 3-1-2 實驗斜坡 14 3-1-3 消能斜坡 14 3-1-4 波高計 15 3-1-5 透水性成功筐網(CKPB) 15 3-2 實驗條件 15 3-2-1 實驗水深h選定 15 3-2-2 表面孔隙率∮ 16 3-2-3 波高H的選定 16 3-2-4 波浪尖銳度H/L 16 3-2-5 試驗時間選定 17 3-2-6 試驗粒徑條件 17 3-2-7 反射率的計算 18 3-3 實驗配置 19 3-3-1 波高計架設 19 3-3-2 成功筐網(CKPB)擺設 19 3-3-3 成功筐網(CKPB)之消能 19 3-4 實驗組別 21 3-5 實驗步驟與注意事項 21 第四章 實驗結果與討論 23 4-1 無擺設成功筐網之底床變動 24 4-2 擺設成功筐網 25 4-2-1 碎波後第一衝擊點的觀察 25 4-3 成功筐網擺設條件對沖淤變化之影響 26 4-3-1 成功筐網擺設位置之影響 26 4-3-2 成功筐網擺設高度之影響 34 4-3-3 成功筐網擺設無因次間距之影響 42 4-3-4 不同高度下五個位置之最大沖刷(淤積)值的比較圖 51 4-3-5 不同間距下五個位置之最大沖刷(淤積)值的比較圖 65 4-3-6 實驗結果與水理現象之探討 79 第五章 結論與建議 85 5-1 結論 85 5-2 建議 87 參考文獻 88 附錄A 波高計的率定方法 94 附錄B 捲浪型碎波之外觀流場 95 自 述 178 表目錄 表1-1 各種防禦工法優缺點比較(張瑞欣等,2003) 98 表2-1 碎波型態界定(Battjes,1974) 98 表3-1 各通過百分比之粒徑大小 99 表3-2 有無擺設成功筐網之平均波高變化 99 表3-3 (A) 未放置成功筐網之原始數據 100 表3-3 (B) 不同位置X時,各試驗組別之物理參數 100 表3-3 (C) 不同高度d時,各試驗組別之物理參數 101 表3-3 (D) 不同間距N時,各試驗組別之物理參數 102 表3-3 (E) 不同高度d時,五個位置試驗組別之物理參數 103 表3-3 (F) 不同間距N時,五個位置試驗組別之物理參數 103 表4-1 碎波後第一衝擊位置 104 表4-2 第一刷坑最大沖刷深度表 106 表4-3 第一刷坑總沖刷長度表 108 表4-4 第二刷坑最大沖刷深度表 110 表4-5 第二刷坑總沖刷長度表 112 表4-6 最後段淤積坑最大淤積高度表 114 表4-7 最後段淤積坑總淤積長度表 116 圖目錄 圖3-1 實驗渠道與擺設儀器示意圖:(A)上視圖 (B)側視圖 118 圖3-2 波高計量測之原始資料 119 圖3-3 第一刷坑最大沖刷深度歷程變化圖 120 圖3-4 粒徑分布圖 121 圖3-5 成功筐網於N=0、1、2 d=0cm時,不同位置X之擺設 122 圖3-6 成功筐網於N=0、1、2 d=1cm時,不同位置X之擺設 123 圖3-7 成功筐網於N=0、1、2 d=2cm時,不同位置X之擺設 124 圖3-8 成功筐網架設於N=0 d=0cm X=55時,波高計擺設示意圖 125 圖3-9 實驗之流程圖 126 圖4-1 第一衝擊點示意圖 127 圖4-2 無擺設成功筐網地形變化示意圖 127 圖4-3 在N=0、d=0cm時,各擺設位置X的地形變動圖 128 圖4-4 在N=0、d=1cm時,各擺設位置X的地形變動圖 128 圖4-5 在N=0、d=2cm時,各擺設位置X的地形變動圖 129 圖4-6 在N=1、d=0cm時,各擺設位置X的地形變動圖 129 圖4-7 在N=1、d=1cm時,各擺設位置X的地形變動圖 130 圖4-8 在N=1、d=2cm時,各擺設位置X的地形變動圖 130 圖4-9 在N=2、d=0cm時,各擺設位置X的地形變動圖 131 圖4-10 在N=2、d=1cm時,各擺設位置X的地形變動圖 131 圖4-11 在N=2、d=2cm時,各擺設位置X的地形變動圖 132 圖4-12 在N=0、X=55時,各高度d的剖面圖 132 圖4-13 在N=0、X=50時,各高度d的剖面圖 133 圖4-14 在N=0、X=45時,各高度d的剖面圖 133 圖4-15 在N=0、X=40時,各高度d的剖面圖 134 圖4-16 在N=0、X=35時,各高度d的剖面圖 134 圖4-17 在N=1、X=55時,各高度d的剖面圖 135 圖4-18 在N=1、X=50時,各高度d的剖面圖 135 圖4-19 在N=1、X=45時,各高度d的剖面圖 136 圖4-20 在N=1、X=40時,各高度d的剖面圖 136 圖4-21 在N=1、X=35時,各高度d的剖面圖 137 圖4-22 在N=2、X=55時,各高度d的剖面圖 137 圖4-23 在N=2、X=50時,各高度d的剖面圖 138 圖4-24 在N=2、X=45時,各高度d的剖面圖 138 圖4-25 在N=2、X=40時,各高度d的剖面圖 139 圖4-26 在N=2、X=35時,各高度d的剖面圖 139 圖4-27 在d=0、X=55時,各無因次間距N的剖面圖 140 圖4-28 在d=0、X=50時,各無因次間距N的剖面圖 140 圖4-29 在d=0、X=45時,各無因次間距N的剖面圖 141 圖4-30 在d=0、X=40時,各無因次間距N的剖面圖 141 圖4-31 在d=0、X=35時,各無因次間距N的剖面圖 142 圖4-32 在d=1、X=55時,各無因次間距N的剖面圖 142 圖4-33 在d=1、X=50時,各無因次間距N的剖面圖 143 圖4-34 在d=1、X=45時,各無因次間距N的剖面圖 143 圖4-35 在d=1、X=40時,各無因次間距N的剖面圖 144 圖4-36 在d=1、X=35時,各無因次間距N的剖面圖 144 圖4-37 在d=2、X=55時,各無因次間距N的剖面圖 145 圖4-38 在d=2、X=50時,各無因次間距N的剖面圖 145 圖4-39 在d=2、X=45時,各無因次間距N的剖面圖 146 圖4-40 在d=2、X=40時,各無因次間距N的剖面圖 146 圖4-41 在d=2、X=35時,各無因次間距N的剖面圖 147 圖4-42 在N=0 d=0、1、2cm的五點第一刷坑最大刷深圖 148 圖4-43 在N=1 d=0、1、2cm的五點第一刷坑最大刷深圖 148 圖4-44 在N=2 d=0、1、2cm的五點第一刷坑最大刷深圖 149 圖4-45 在N=0 d=0、1、2cm的五點第一刷坑總沖刷長度圖 149 圖4-46 在N=1 d=0、1、2cm的五點第一刷坑總沖刷長度圖 150 圖4-47 在N=2 d=0、1、2cm的五點第一刷坑總沖刷長度圖 150 圖4-48 在N=0 d=0、1、2cm的五點第二刷坑最大刷深圖 151 圖4-49 在N=1 d=0、1、2cm的五點第二刷坑最大刷深圖 151 圖4-50 在N=2 d=0、1、2cm的五點第二刷坑最大刷深圖 152 圖4-51 在N=0 d=0、1、2cm的五點第二刷坑總沖刷長度圖 152 圖4-52 在N=1 d=0、1、2cm的五點第二刷坑總沖刷長度圖 153 圖4-53 在N=2 d=0、1、2cm的五點第二刷坑總沖刷長度圖 153 圖4-54 在N=0 d=0、1、2cm的五點最後淤積丘最大淤高圖 154 圖4-55 在N=1 d=0、1、2cm的五點最後淤積丘最大淤高圖 154 圖4-56 在N=2 d=0、1、2cm的五點最後淤積丘最大淤高圖 155 圖4-57 在N=0 d=0、1、2cm的五點淤積丘總淤積長度圖 155 圖4-58 在N=1 d=0、1、2cm的五點淤積丘總淤積長度圖 156 圖4-59 在N=2 d=0、1、2cm的五點淤積丘總淤積長度圖 156 圖4-60 在d=0cm N=0、1、2的五點第一刷坑最大刷深圖 157 圖4-61 在d=1cm N=0、1、2的五點第一刷坑最大刷深圖 157 圖4-62 在d=2cm N=0、1、2的五點第一刷坑最大刷深圖 158 圖4-63 在d=0cm N=0、1、2的五點第一刷坑總沖刷長度圖 158 圖4-64 在d=1cm N=0、1、2的五點第一刷坑總沖刷長度圖 159 圖4-65 在d=2cm N=0、1、2的五點第一刷坑總沖刷長度圖 159 圖4-66 在d=0cm N=0、1、2的五點第二刷坑最大刷深圖 160 圖4-67 在d=1cm N=0、1、2的五點第二刷坑最大刷深圖 160 圖4-68 在d=2cm N=0、1、2的五點第二刷坑最大刷深圖 161 圖4-69 在d=0cm N=0、1、2的五點第二刷坑總沖刷長度圖 161 圖4-70 在d=1cm N=0、1、2的五點第二刷坑總沖刷長度圖 162 圖4-71 在d=2cm N=0、1、2的五點第二刷坑總沖刷長度圖 162 圖4-72 在d=0cm N=0、1、2的五點最後淤積丘最大淤高圖 163 圖4-73 在d=1cm N=0、1、2的五點最後淤積丘最大淤高圖 163 圖4-74 在d=2cm N=0、1、2的五點最後淤積丘最大淤高圖 164 圖4-75 在d=0cm N=0、1、2的五點淤積丘總淤積長度圖 164 圖4-76 在d=1cm N=0、1、2的五點淤積丘總淤積長度圖 165 圖4-77 在d=2cm N=0、1、2的五點淤積丘總淤積長度圖 165 圖 附錄A-1 波高計率定移動示意圖 166 圖 附錄A-2 率定完成之波高計 166 圖 附錄B 捲浪型碎波外觀流場之週期性變化 167 圖 附錄B 捲浪型碎波外觀流場之週期性變化 168 圖 附錄B 捲浪型碎波外觀流場之週期性變化 169 照片目錄 照片1.1 架設於八掌溪之筐網群 170 照片1.2 架設於觀音海岸之筐網群 170 照片3-1 實驗之斜坡側視圖 171 照片3-2 實驗之斜坡後段側視圖 171 照片3-3 實驗之斜坡上視圖 172 照片3-4 實驗用之消能斜坡 172 照片3-5 波高計 173 照片3-6 筐網1 173 照片3-7 筐網2 174 照片3-8 筐網3 174 照片3-9 筐網4 175 照片3-10 筐網5 175 照片3-11 筐網6 176 照片3-12 筐網7 176 照片3-13 筐網8 177 照片3-14 筐網9 177

    參考文獻
    1. Bagnold, R. A.(1939),“Interim report on wave pressure research,” J. Inst. Civ. Eng., London, Vol. 12, pp. 202-226.
    2. Biot,M.A.(1941),”General Theory of Three-Dimensional Consolidation, “Journal of Applied Physics, Vol.12, pp.155-164
    3. Biot,M.A.(1956a),”Theory of propagation of elastic waves in a fiuid-saturated porous solid. I. Low-frequency range,” J. Acoust. Soc. Am. 28, pp. 168-178.
    4. Biot,M.A.(1956b),”Theory of propagation of elastic waves in a fiuid-saturated porous solid. II. High-frequency range,” J. Acoust. Soc. Am. 28, pp. 179-181.
    5. Battjes, J. A.(1974),“Surf Similarity,” 14th Proc. Conf. Coastal Eng., pp. 446-480.
    6. Blackmore, P. A. and Hewson, P. J.(1984),“Experiment on full-scale wave impactpressures,” Coastal Eng. Vol. 8, pp. 331-346.
    7. Chan, E. S. and Melville, W. K.(1988),“Deep-water plunging wave pressure on force on surface piercing structures,” J. Offshore Mech. Arct. Eng., 111, pp. 92-100.
    8. Cooker, M. J. and Peregrine, H. D.(1990),“A model for breaking wave impact pressure,” Proc. 22th Conf. Coastal Eng., A.S.C.E. Vol. 2, pp. 1473-1486.
    9. Chan, E. S.,Cheong, H. F. and Gin, K. Y .H.(1991a),”Wave impact on Horizontal structures in the splash zone,” Proc. 1st Int. Offshore and Polar Eng. Cong., ISOPE 91, Vol. 3, pp. 203-209.
    10. Chan, E. S., Tan, B. C. and Cheong, H. F.(1991b),”Variability of plunging wave pressureon vertical cylinders,” Int. J. Offshore and polar Eng. 1(2), pp. 94-100.
    11. Cooker, M. J. and Peregrine, H. D.(1992),“Wave impact pressure and its effect upon bodies lying om the sea bed,” Coastal Eng., Vol. 18, pp. 205-229.
    12. Cooker, M. J. and Peregrine, H. D.(1995),“Pressure-impulse theory for liquid impact problem,” J. Fluid Mech., Vol. 297, pp. 193-214.
    13. Chang K-A, Liu PL-F(1998),“Velocity, acceleration and vorticity under a breaking wave,” Phys Fluids Vol. 10, pp. 327-329.
    14. Chang K-A, Liu PL-F(1999),“Experimental investigation of turbulence generated by breaking wave of intermediate depth,” Phys Fluids Vol. 11, pp. 3390-3400.
    15. Denny, D. F.(1951),”Further experiments on wave preesures,” J. Inst. Civ. Eng., London, Vol. 35, pp. 330-345.
    16. Easson, W. J. and Greated, C. A.(1984),”Breaking waves forces and velocity fields,” Coastal Eng.,Vol. 8, pp. 231-241.
    17. Fuhrboter, A.(1986),“Model and prototype tests for wave impact and run-up on a uniform 1:4 slope,” Coastal Eng. Vol. 10, pp. 49-84.
    18. Greenhow, M., Vinje, T., Brevig, P. and Taylor, J.(1982),”A theoretical and experimental study of capsize of Salter’s duck in extreme waves,”J. Fluid Mech. Vol. 118, pp. 221-239.
    19. Hayashi, T. and Hattori, M.(1958),”Pressure of the breaker against a vertical wall,” Coastal Eng. In Japan, Vol. 1, pp. 25-37.
    20. Iversen, H. W.(1952),”Waves and breakers in shoaling water,” Proc. 3rd Conf. Coastal Eng., A.S.C.E., pp. 1-12.
    21. Kjeldsen, S. P. and Myrhaug, D.(1979),“Breaking waves in deep water and resultant wave forces,” Proc. 11th Offshore Tech. Conf. Houston, Texas, Paper 3646, pp. 2515-2522.
    22. Kirkgon, M. S.(1982),”Shock pressure of breaking waves on vertical walls,” J. Watweway Prot Coastal & Ocean Div., A.S.C.E. Vol. 108, pp. 81-95.
    23. Longuet-Higgins, M. S. (1974),“Breaking wave in deep water or shallow water,” Proc. 10th Symp on Naval Hydrodynamics, Off. Of Naval Res., pp. 597-605.
    24. Lee, J. F., and Chen, C. J.(1990),“Wave interaction with hinged flexible breakwater” ,J. Hydraul. Res., 28 (3), pp.283-295.
    25. Losada, I. J., Losada, M. A. and Martin, F. L.(1995),“Experimental study of wave-induced flow in a porous structure,” Coastal Eng. Elsevier 26: pp.77-98.
    26. Miller,R. L., Leverette, S. and O’Sollivan, J.(1974),“Field measurements of impact pressures in surf,” Proc. 14td Conf. Coastal Eng., A.S.C.E., Vol.3, pp. 1761-1777.
    27. Ochi, M. K. and Tsai, C. H.(1984),“Prediction of impact pressure induced by breaking waves on vertical cylinders in random seas,” Appl. Ocean Res. 6, pp. 157-165.
    28. Oumeraci, H. and Partenscky, H. W.(1991a),”Breaking wave impact loading of vertical structure-effect of entrapped air on structure response,” Proc. First Workshop, MAST G6-S:Research on Coastal structure, Hannover, Paper No. 8, pp. 19.
    29. Oumeraci, H. and Partenscky, H. W.(1991b),”Breaking wave impact loading of caisson breakwaves-research strategy and result of small-scale investigation,” Proc. First Workshop, MAST G6-S:Research on Coastal structure, Hannover, Paper No. 7, pp. 23.
    30. Putnam, J, A. (1949),“Loss of wave energy due to percolation in a permeable sea-bottom,” Trans. Am. Geophys. Union Vol.38
    31. Peregrine, D. H., Svenden, I.A. (1978),“Spilling breakers ,bores and hydraulic jumps,” Proc. 16th Coastal Eng. Conf. ASCE, Hamburg 1:540-50
    32. Richert, G.(1968),”Experiments investigation of shock pressure against breakwaters,” Proc. 11th Conf. Coastal Eng., A.S.C.E., Vol. 1, pp. 954-973.
    33. Ryu Y, Chang K-A (2007a),“Runup and green water velocities due to breaking wave impinging and overtopping,” Exp Fluids Vol.43, pp. 555-567.
    34. Sollite, C.K. and Cross,R.H.(1972),“Wave Transmission Through Permeable Breakwater, “Proc.13th Coastal Engineering Conf., ASCE, Vancouver, pp.1827-1846.
    35. Skyner, D.(1996),”A comparison of numerical predictions and experimental measurements of the internal kinematica of a deep water plunging wave,” J. Fluid Mech. Vol. 315, pp. 51-64.
    36. Weggel, R. L.(1964),”Oceanographical Engineering,” Prentice-Hall, Inc., New Jersey, pp. 532.
    37. Whillock, A. F.(1987),”Measurements of forces resulting from normal and oblique wave approaches to small-scale sea walls,” Coastal Eng. Vol. 11, pp. 297-308.
    38. Zhang, S., Yue, D. K. P. and Tanizawa, K.(1996),“Simulation of plunging wave impact on a vertical wall,” J. Fluid Mech., Vol. 319, pp. 102-145.
    39. 郭ㄧ羽 (2003),海岸工程學,文山書局,臺南市勝利路187號地下1F,PP.17~40、241~287。
    40. 林宇銜 (2003),「孔隙斜坡底床反射波之實驗研究」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    41. 傅家揚 (2005),「筐網結構物在不同水流攻角對橋墩沖刷保護之影響」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    42. 林木成 (2005),「波浪通過孔隙底床之傳播特性」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    43. 吳虹邑 (2005),「筐網結構物對橋墩沖刷保護之研究」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    44. 許懷仁 (2006),「波浪作用於透水彈性物體之研究分析」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    45. 張學仁 (2006),「孔隙斜坡底床上波浪衰減之試驗研究」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    46. 石武融 (2007),「透水性筐網圓柱之流場試驗研究」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    47. 林冠榮 (2008),「波浪通過透水性格網之試驗研究」,成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    48. 黃煌煇、林呈 (1989),「應用流場可視化法及LDV探討斜坡上波動內部流場及底部邊界層之特性」。
    49. 蕭豐格,(1998)「深水碎波在直立壁上之衝擊壓力量測分析」,國立台灣大學造船及海洋工程研究所碩士論文。
    50. 丁肇隆、林銘崇、李芳承、趙偉廷, (2008)「碎波衝擊堤壁之流場量測」,第三十屆海洋工程研討會論文集,第409-414頁。

    下載圖示 校內:2013-08-19公開
    校外:2016-08-19公開
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