摘 要
沉積物被河水帶動，可經由陸地傳輸至海洋，之後受到波浪及流場之水動力作用改變沉積物的傳輸、分佈和堆積，造成海岸地形和海底地貌的變化，本研究之目的為分析南台灣近岸海域沉積物的傳輸型態，主要使用兩種研究方法，一為McLaren Model和其衍生的Transport Vector，此為使用沉積物空間分佈的三種粒徑參數之統計方法，計算出曾文溪口近岸海域及高雄一港口航道及其近岸海域的沉積物傳輸趨勢，此傳輸趨勢所代表的為長時間傳輸的結果。另一方法為現場觀測懸浮沉積物動力作用，在2004年12月12日至12月28日期間，於高雄二港口外東南方處的大陸棚內側佈放一儀器四腳架，四腳架上各架有兩台LISST-100及ADCP，觀測水文、波浪場及懸浮顆粒濃度時間序列資料，並且在離底0.5公尺及1公尺處現場採集水樣，分析懸浮顆粒濃度。ADCP所測得之回波強度（Echo Intensity, EI）可反應水中懸浮沉積物濃度的變化，因此可利用EI值與流場及波浪場做比較，進而瞭解高屏海域的水動力機制，而LISST-100則可測量出水中32種粒徑體積濃度，將體積濃度經由迴歸公式轉換成重量濃度後，便可推算沉積物傳輸通量。
由McLaren Model得知，在曾文溪口以北沿岸地區的傳輸趨勢以順著近岸向北傳輸為主導，此與北向為主要之沿岸流符合，在曾文溪口以南離岸較遠處的沉積物傳輸趨勢為平行海岸向東南方向傳輸，曾文溪河口地形受到河口輸沙所主導，在河口南北岸均有因河流輸沙所堆積的水下三角洲，形成沙源，而經由McLaren Model計算出河口處的沉積物是呈現放射狀向外海方向傳輸，顯示出曾文溪及河口的水下三角洲為沈積物之源；高雄一港口近岸陸棚區的沈積物傳輸受季風及波浪場影響，為平行海岸向西北方向及向東南方向傳輸同時存在，位於航道的沉積物受漲退潮流的影響，傳輸方向為向港口內及向港口外傳輸同時存在，而位於港口內側的沉積物主要向港口內傳輸，形成一個沉積物的匯，這也是高雄港務局需要定期疏浚的原因。
因高雄二港口外東南方處的研究區為近岸海域，主要營力為潮汐與波浪作用，由在觀測期間的各水動力的剪應速度與EI做延遲時間的分析，發現在離底5公尺（mab）及10公尺處的相關性很低，r值幾乎接近0，而在較靠近底部邊界處之離底0.5及1公尺的相關性較好，波浪剪應速度與EI的相關性，在領先1小時處的r值最大為0.479，流剪應速度與EI的相關性，在延遲時間0小時時，r值為0.576，因此推測此處的懸浮沉積物濃度主要是受到流場的影響。
沉積物傳輸通量為懸浮沉積物濃度乘以流速的值，再對時間積分就是漂砂的量，由觀測期間的沉積物傳輸通量得知，垂直岸方向的傳輸量比沿岸方向的傳輸量小的多，且主要傳輸方向為西北向，因此，高屏陸棚區的漂砂在觀測期間向西北方向傳輸。由10-63μm及63-250μm兩種粒徑沉積物的漂砂量來看，發現63-250μm的沉積物傳輸量均較10-63μm為大。

Abstract
Water-born sediments can be transported from land to the ocean. Subsequently, waves and currents influence the sediments in their transport processes and distribution, leading to the change of the nearshore morphology and bedforms.
The purpose of this study is to analyze the coastal sediments transport patterns in southern Taiwan. Two major approaches are used in this study. One is a statistical method called McLaren Model and it’s derivative Transport Vector, and another is in situ process-response observation. McLaren Model uses three granulo-metric parameters to analyze net sediment transport vectors in coastal area near the Tsengwen River mouth and Kaohsiung Harbor. Transport Vectors represent the time-averaged trends. The another method is to make in situ observation on the Kaoping continental shelf. Between December 12 and December 28, 2004, an instrumented tetrapod was deployed with an upward-looking ADCP and two LISST-100s. Another downward-looking ADCP was mounted at 2 m above bed (mab). Water samples were pumped at 1 and 0.5 mab hourly on December 13, December 20 and December 27 for suspended sediment concentration (SSC) analysis. The echo intensity (EI) can reflect the SSC. The volume concentration of thirty-two grain sizes were observed by LISST-100, so we can transform the volume concentration to suspended sediment concentration by linear correlation equation.
The residual sediment transport patterns for the north of Tsengwen River are directed towards the north-west along the coastline, and the sediments around the Tsengwen River mouth are transported offshore in a radial pattern. The transport directions of sediments north of Kaohsiung Harbor are also directed towards the northwest along the coastline and southeastwards south of the harbor.
The observed SSC fluctuations on Kaoping continental shelf are dominated by waves and currents. The cross-correlation of EI with current shear velocity is better than with other shear velocities. The results indicate that the SSC fluctuations are dominated by currents. In this area, the net sediment transport is northwestward, in which the amount of grain-size of 63-250μm (very fine sand and fine sand) is the greatest. This indicates that very fine-grained and fine-grained sediments are more easily transported by currents.

目錄
章次…………………………………………………………………頁次

致謝…………………………………………………………………. I
中文摘要……………………………………………………………..III
英文摘要……………………………………………………………...V
目錄…………………………………………………………………..VII
圖目錄………………………………………………………………...X
表目錄……………………………………………………………….XIV

第一章、序論………………………………………………………..1
第一節、前言…………………………………………………..1
第二節、研究目的……………………………………………..3
第二章、研究地區…………………………………………………..4
第一節、地理位置……………………………………………..4
一、曾文溪口近岸研究地區……………………………..4
二、高雄一港口近岸研究區……………………………..11
三、高屏陸棚近岸研究區………………………………..13
第二節、前人研究……………………………………………..14
第三章、曾文溪河口及高雄一港口近岸區研究方法及觀測結果..16
第一節、McLaren Model介紹………………………………..16
第二節、McLaren Model應用………………………………..20
一、 曾文溪口近岸研究區……………………………...29
二、 高雄一港口近岸研究區…………………………...32
第三節、海底表層沉積物傳輸趨勢分析………………….…47
一、 分析程序……………………………………………47
二、 曾文溪口近岸研究區海底表層沉積物傳輸分析
結果………………………………………………….49
三、 高雄一港口近岸研究區海底表層沉積物傳輸分析
結果………………………………………………….49
第四章、高屏陸棚之實驗分析方法與觀測結果…………………...52
第一節、高屏陸棚之實驗分析方法…………………………..52
一、 實驗設計理念……………………………………....52
二、 觀測儀器及資料……………………………………52
三、 水樣採集及分析步驟………………………………55
四、 調和分析....................................................................55
第二節、觀測結果......................................................................59
一、 觀測資料處理………………………………………59
二、 觀測資料描述............................................................59
三、 潮汐作用……………………………………………72
第五章、討論………………………………………………………..82
第一節、聲學與光學儀器的比較……………………………..82
第二節、水動力作用對懸浮沉積物之影響…………….…….90
一、 流場………………………………………………....90
二、 波浪場……………………………………………....91
三、 浪流交互作用………………………………………94
第三節、沉積物傳輸通量……………………………………..94
第六章、結論及建議………………………………………………..100
一、結論…………………………………………………..100
二、建議…………………………………………………..102
參考文獻……………………………………………………………..103
圖目錄
圖1-1、河流輸出沉積物傳輸過程中的四個階段……………………2
圖2-1、曾文溪口近岸研究區之地理位置圖…………………………5
圖2-2、高雄一港口近岸研究區之地理位置圖………………………6
圖2-3、高屏陸棚研究區之地理位置圖………………………………7
圖2-4、曾文溪1982-1996年月平均流量…………………………….9
圖3-1、曾文溪河口近岸研究區之表層沉積物採樣點位圖…………17
圖3-2、高雄一港口近岸研究區之表層沉積物採樣點位圖…………18
圖3-3、曾文溪河口近岸區內海底表層沉積物粒徑之平均粒徑空間
分佈圖…………………………………………………………22
圖3-4、曾文溪河口近岸區內海底表層沉積物粒徑之淘選度空間分
佈圖……………………………………………………………23
圖3-5、曾文溪河口近岸區內海底表層沉積物粒徑之歪斜度空間分
佈圖……………………………………………………………24
圖3-6、高雄一港口近岸區內海底表層沉積物粒徑之平均粒徑(mm)
空間分佈圖……………………………………………………25
圖3-7、高雄一港口近岸區內海底表層沉積物粒徑之淘選度(mm)空
間分佈圖………………………………………………………26
圖3-8、高雄一港口近岸區內海底表層沉積物粒徑之歪斜度(mm)空
間分佈圖………………………………………………………27
圖3-9、曾文溪河口近岸研究區之假設傳輸路徑及採樣點為圖…....30
圖3-10、高雄一港口近岸研究區之假設傳輸路徑及採樣點為圖…..31
圖3-11、曾文溪口近岸研究區之海底表層沉積物傳輸方向圖……..38
圖3-12、高雄一港口近岸研究區之海底表層沉積物傳輸方向圖
(a)位於航道內及平行海岸之沈積物傳輸方向………….....45
圖3-12、高雄一港口近岸研究區之海底表層沉積物傳輸方向圖
(b)位於港口處及垂直沿岸之沉積物傳輸方向…………….46
圖3-13、曾文溪河口近岸區內海底表層沉積物粒徑大小傳輸趨勢.50
圖3-14、高雄一港口近岸區海底表層沉積物粒徑大小傳輸趨勢….51
圖4-1、四腳架儀器佈放配置示意圖………………………………...54
圖4-2、風場棍棒圖(a) 琉球嶼 (b) 高雄港…………………………60
圖4-3、高屏陸棚水位變化圖………………………………………...61
圖4-4、高屏陸棚流場分佈圖 (a) 沿岸流場剖面圖 (b) 向岸流場剖
面圖……………………………………………………………62
圖4-5、前進向量圖…………………………………………………...63
圖4-6、離底0.5公尺處流場變化圖 (a)沿岸方向 (b)向岸方向.......64
圖4-7、離底1公尺處流場變化圖 (a)沿岸方向 (b)向岸方向……..65
圖4-8、離底5公尺處流場變化圖 (a)沿岸方向 (b)向岸方向……..66
圖4-9、離底10公尺處流場變化圖 (a)沿岸方向 (b)向岸方向……67
圖4-10、沿岸風和沿岸流、向岸流之頻譜分析結果(a)頻譜(b)Coherence
………………………………………………………………...69
圖4-11、向岸風和沿岸流、向岸流之頻譜分析結果(a)頻譜(b)Coherence
………………………………………………………………...70
圖4-12、回波強度剖面圖 (a)為校正之回波強度(b)校正後之回波
強度………………………………………………………….71
圖4-13、合成潮水位變化圖………………………………………….73
圖4-14、離底0.5公尺流場棍棒圖 (a) 觀測值 (b) 調和分析
(c) 餘流……………………………………………………..76
圖4-15、離底1公尺流場棍棒圖 (a) 觀測值 (b) 調和分析
(c) 餘流……………………………………………………..77
圖4-16、離底5公尺流場棍棒圖 (a) 觀測值 (b) 調和分析
(c) 餘流……………………………………………………..78
圖4-17、離底10公尺流場棍棒圖 (a) 觀測值 (b) 調和分析
(c) 餘流……………………………………………………..79
圖4-18、離底0.5公尺之潮流橢圓………………………………….80
圖4-19、離底1公尺之潮流橢圓圖…………………………………80
圖4-20、離底5公尺之潮流橢圓圖…………………………………81
圖4-21、離底10公尺之潮流橢圓圖………………………………..81
圖5-1、為LISST所觀測之懸浮顆粒體積濃度隨時間的變化 (a)為
離底1 m之上層水樣(b) 為離底0.5 m之下層水樣………83
圖5-2、為校正過後之懸浮顆粒體積濃度隨時間的變化 (a) 為離底
1 m之上層水樣 (b) 為離底0.5 m之下層水樣………..….84
圖5-3、為12/13. 12/20. 12/27之LISST所測體積濃度與SSC的
線性迴歸……………………………………………………..85
圖5-4、為ADCP所測得之回波強度與SSC的線性迴歸…………86
圖5-5、為12/13. 12/20之LISST所測體積濃度與SSC的線性迴
歸……………………………………………………………..87
圖5-6、離底0.5公尺處，回波強度與粉砂之線性關係…………...88
圖5-7、離底0.5公尺處，回波強度與細砂之線性關係…………...88
圖5-8、離底1公尺處，回波強度與粉砂之線性關係……………..89
圖5-9、離底1公尺處，回波強度與細砂之線性關係……………..89
圖5-10、未經距離校正回波強度與有義波高及流速關係圖………91
圖5-11、回波強度與流剪應速度在各水層的相關性分析…………92
圖5-12、(a)橢圓速度隨時間變化圖 (b)離底10公尺之回波強度 (c)離底0.5公尺之回波強度………………………………….93
圖5-13、回波強度與波剪應速度在各水層的相關性分析…………95
圖5-14、回波強度與浪流交互作用所引起的剪應速度在各水層的
相關性分析………………………………………………….96
圖5-15、高屏陸棚研究區之漂砂傳輸量示意圖…………………….97
圖5-16、為LISST所測體積濃度與Bulk SSC之線性迴歸………...98
圖5-17、高屏陸棚研究區之漂砂傳輸方向及傳輸量……………….99
表目錄
表2-1、曾文溪近岸研究區潮位統計表………………………………10
表2-2、高雄港潮位統計表……………………………………………12
表3-1、曾文溪口以北近岸區之海底表層沉積物傳輸方向計算結果.34
表3-2、曾文溪口以南近岸區之海底表層沉積物傳輸方向計算結果.35
表3-3、曾文溪口近岸區之海底表層沉積物傳輸方向計算結果……36
表3-4、高雄港平行海岸近岸區之海底表層沉積物傳輸方向計算結
果………………………………………………………………39
表3-5、高雄港垂直沿岸方向之海底表層沉積物傳輸方向計算結果.40
表3-6、高雄一港口出口處及航道之海底表層沉積物傳輸方向計算結果………………………………………………………………42
表4-1、實驗儀器設定值與觀測項目…………………………………54
表4-2、潮汐型式……………………………………………………….57
表4-3、水位調和分析…………………………………………………73
表4-4、流場調和分析…………………………………………………75

參考文獻

李佳娜，2005. 潮汐與波浪之互動對邊界層之影響，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共114頁。
俞何興，1997. 台灣海域之地質區分初探，地質17卷，1期，1~14頁。
侯立華，1995. 高雄一港口航道對近岸沈積物分佈的影響，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共91頁。
美商西圖工程顧問公司，1994. 海岸地區整體規劃之研究期中報告，內政部營建署，共501頁。
許敦睿，1999. 曾文溪河口沖淡水與懸浮沈積物擴散現象及數值模擬研究，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共111頁。
國立高雄海事專科學校，1988. 旗津外海海況調查分析研究報告：研究報告007，共181頁。
黃炯賢，1996. 曾文溪河口近岸沈積系統之沈積物粒徑分佈型態研究，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共94頁。
黃雅雯，2005. 探討不同懸浮顆粒在沈降與再懸浮作用中之水動力行為，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共108頁。
郭金棟，1990. 台灣海岸地形變化及其未來之開發利用。國立成功大學水利及海洋工程研究所，報告CKHO-90-012，共219頁。
溫進丁、羅俊雄、許明雄、江文山，1995. 台南市附近海域地形、波浪與海流之調查研究，第十七屆海洋工程研討會暨1995兩岸港口及海岸開發研討會論文集，第1125-1137頁。
劉坤章，1999. 從沈積物粒徑的分佈來看高屏溪口近岸海域的沈積物傳輸，國立中山大學海洋地質及化學研究所碩士論文，共99頁。
經濟部水資源規劃委會，1997. 中華民國八十五年台灣水文年報。經濟部水資源局，全416頁。
Brown, J., Colling, A., Park, D., Philips, J., Rothery, D. and Wright, J., 1989. Waves, tides and shallow-water processes. Open University Press, Oxford, pp. 187.
Emery, W.J. and Thomson, R.E., 2004. Data analysis methods in physical oceanography. Elsevier Press, New York, pp. 638.
Foreman, M.G.G., 1977. Manual for tidal heights analysis and prediction. Pacific Marine Science Report 77-10, Institute of Ocean Sciences, Patricia Bay, Victoria, B.C., pp. 97.
Gao, S., and Collins, M.B., 1991. A critique of the ‘McLaren Method’ for defining sediment transport paths-discussion. Journal of Sedimentary Petrology, vol. 61, pp. 143-146.
Gao, S., and Collins, M.B., 1992. Net sediment transport patterns inferred from grain-size trends, based upon definition of “transport vectors”.
Sedimentary Geology, vol. 81, pp. 47-60.
Gao, S., and Collins, M.B., 1994. Analysis of grain size trends, for defining sediment transport pathways in marine environments. Journal of Coastal Research, vol. 10, pp. 70-78.
Grant, W.D. and Madsen, O.S., 1986. The continental-shelf bottom boundary layer. Ann. Rev. Fluid Mech., vol. 18, pp. 265-305.
Kagan, B.A., Tejedor, L., Álvarez, O., Izquierdo, A., Tejedor, B. and Mañanes, R., 2001. Weak wave–tide interaction formulation and its application to Cádiz bay. Continental Shelf Research, vol. 21, pp. 697-725.
Liu, J.T. and Hou, L.H., 1997. Sediment trapping and bypassing characteristics of a stable tidal inlet at Kaohsiung Harbor, Taiwan. Marine Geology, vol. 140, pp. 367-390.
Liu, J.T., Yuan, P.B. and Hung, J.J., 1998. The coastal transition at the mouth of a small mountainous river in Taiwan. Sedimentology, vol. 45, pp. 803-816.
Liu, J.T., Huang, J.S., Hsu, R.T. and Chyan, J.M., 2000. The coastal depositional system of a small mountainous river: a perspective from grain-size distributions. Marine Geology, vol. 165, pp. 63-86.
Liu, J.T., Liu, K.J. and Hunag, J.C., 2002. The effect of a submarine canyon on the river sediment dispersal and inner shelf sediment movements in southern Taiwan. Marine Geology, vol. 181, pp. 357-386.
Liu, J.T., Chao, Shenn-yu and Hsu, Ray T., 2002. Numerical modeling study of sediment dispersal by a river plume. Continental Shelf Research, vol. 22, pp. 1745-1773.
McCave, I.N., 1978. Grain-size trends and transport along beaches: an example from eastern England. Marine Geology, vol. 28, pp. M43-M51.
McCave, I.N. and Langhorne, N., 1982. Sand waves and sediment transport around the end of a tidal sandbank. Sedimentology, vol. 29, pp. 95-110.
McLaren, P. and Bowles, D., 1985. The effects of sediment transport on grain-size distributions. Journal of Sedimentary Petrology, vol. 55, pp. 457-470.
McManus, J., 1988. Grain size determination and interpretation. In: Trucker, M. (ed.), Techniques in Sedimentology. Oxford: Blackwell, pp. 63-85.
Pettijihon, F.G., Potter, P.D. and Siever, R., 1972. Sand and sandstone. Springer, New York, pp. 618.
Spiegel, M.R., 1961. Theory and problems of statistics: Schaum`s outline series. McGraw-Hill Book Co, New York, pp. 359.
Wang, Y.H., Bohlen, W.F., and O’Donnell, J., 2000. Storm enhanced bottom shear stress and associated sediment entrainment in a moderate energetic estuary. Journal of Oceanography, vol. 56, pp. 311-317.
Wright, L.D. and Nittrouer, C.A., 1995. Dispersal of River Sediment in Coastal Seas: ix Contrasting Cases. Estuarine, vol. 18, pp. 494-508.