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博碩士論文 etd-0801111-020650 詳細資訊
Title page for etd-0801111-020650
論文名稱
Title
以三維數值海流模式探討潮口改善工程對大鵬灣水體交換之影響
A Three-Dimensional Numerical Study Of The Impacts On The Water-Exchange In Dapeng Bay Due To Inlet
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
124
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2011-06-21
繳交日期
Date of Submission
2011-08-01
關鍵字
Keywords
循環、潮口、FVCOM、交換、潟湖
tidal inlet, circulation, exchange, lagoon, 3D model
統計
Statistics
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中文摘要
大鵬灣位於台灣西南沿岸,屬於一個囊狀淺水型潟湖。潟湖是由離岸沙洲與海岸所圍成的半封閉性水域,僅由一個潮口通道與外海連接,藉由潮汐作用進行水體交換,因此水體水質的好壞,取決於潟湖與外海海水的水體交換更新率,與潟湖中海水和淡水之間的混合程度。為了更加了解大鵬灣的流場分布情形,利用ADP觀測大鵬灣灣內與潮口的流場狀況,並且在灣內漁塭共用取水口、蚵殼島和潮口建設水質即時監測站,以觀測水質(水溫、鹽度等)表中底層的變化,可作為模式之比對。
本研究建立之三維流場模擬系統主要是採用美國海洋生態系統動力模式實驗室(Marine Ecosystem Dynamics Modeling Laboratory)所發展之FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)三維海流模式,作為潟湖水動力之分析工具,模擬大鵬灣三維流場環境。本研究模擬大鵬灣之流場情況,主要項目包含,大鵬灣現況流場模擬、潮口拓寬及主航道浚深模擬流場的變化,並對相應之研究進行探討與分析。
潟湖是一個複雜多變的生態環境系統,其水質優劣會受潮汐、風場及淡水進流量之影響,地形改變亦是重要影響因素之ㄧ。本研究將模擬案例分為現況及潮口拓寬與主航道浚深,分別進行模擬其影響變化,再以水體交換時間及水體交換率來探討其水體循環及水體交換之改善情形。由模擬結果顯示,潮口拓寬與主航道浚深後,其潮口之水體交換時間有明顯縮短,但灣域內之交換時間則變長;灣域之水體交換率,並無明顯差異,主要影響在於潮口區域有明顯改善。而水體循環主要影響亦在於潮口,其潮口之水體循環有明顯改善,但灣域之循環仍無改善,水體亦會堆積於灣域內。此研究結果,可作為將來大鵬灣發展之參考依據,以瞭解灣內及灣外之結構物建設,其地形改變對灣域水體交換及水體循環之影響變化趨勢。
Abstract
Dapeng Bay is located in the southwest coast of Taiwan. It is a cystic shaped shallow lagoon, which has only one entry for exchanging lagoon water with the coastal current. The water quality is depending on the refreshing rate and the mixing level in the lagoon. In order to understand the circulation pattern monthly measurements using an ADP are carried out. Three water quality monitoring stations are constructed for regular online observation of the water quality in the lagoon.
The flows are on the west-northwest direction during the flood and toward the west during ebb. Strong currents are observed in the tidal inlet channel. The general circulation patterns are mainly dominated by tide though wind effects can observed from the measurements.
This study established a three-dimensional hydrodynamic modeling system using the FVCOM model developed at the U.S. Marine Ecosystem Dynamics Modeling Laboratory for the simulation of Dapeng Bay currents. The study includes the comparison of the recent circulation and the flow fields after broaden of the inlet navigation channel. This will change not only the shape but also dredge the channel deeper. These variations may differ the circulation patterns and the exchange quantities as well. The model results are first compared with the observations for the present situation as calibration. The simulation results for the studies of the changing of the inlet channel will be discussed.
目次 Table of Contents
目 錄
論文審定書 i
致謝 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 v
圖次 vii
表次 l
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究方法 7
第二章 文獻回顧 8
2-1 潮口水動力交換之相關研究 8
2-2 水體交換時間之相關研究 12
2-3 大鵬灣之相關研究 16
2-4 小結 17
第三章 基本量測資料收集與分析 18
3-1 研究區域背景簡介 18
3-2 研究區域相關背景資料及分析 21
3-2-1 氣象 22
3-2-1 海象 26
3-3 資料間之相關分析 35
3-4 小結 37
第四章 模式介紹與相關設定 38
4-1 模式簡介 38
4-2 水動力模式 44
4-3 模式設定 50
4-4 案例設定 56
第五章 模擬結果與討論 58
5-1 案例分析與機制討論 58
5-1-1 現況之模擬探討 58
5-1-2 潮口拓寬與主航道浚深後之模擬探討 68
5-1-3 水體交換及水體循環 84
5-2 小結 95
第六章 結論與建議 96
6-1 結論 96
6-2 建議 97
參考文獻 99

圖 次
圖1-1 大鵬灣國家風景區地理位置圖 2
圖1-2 近岸潟湖系統:1.封閉型、2.受限制型、3.洩漏型 3
圖1-3 第一類型-封閉型潟湖:大鵬灣潟湖 3
圖1-4 第二類型-受限制型潟湖:七股潟湖 3
圖1-5 第三類型-洩漏型潟湖:東石潟湖 3
圖1-6 潮口-潟湖系統 4
圖3-1 研究區域地形圖 19
圖3-2 大鵬灣水深地形 20
圖3-3 大鵬灣各測站分布示意圖 21
圖3-4 大鵬灣氣象站2008年至2010年風玫瑰圖 25
圖3-5 大鵬灣浮標站2008年至2010年風玫瑰圖 25
圖3-6 乾季之潮口定點與船測流速流向圖(漲潮) 28
圖3-7 乾季之潮口定點與船測流速流向圖(退潮) 28
圖3-8 濕季之潮口定點與船測流速流向圖(漲潮) 28
圖3-9 濕季之潮口定點與船測流速流向圖(退潮) 28
圖3-10 乾季之灣域內定點船測表層流速流向圖 30
圖3-11 乾季之灣域內定點船測底層流速流向圖 30
圖3-12 乾季之灣內漁塭共用取水口定點船測表層流速流向圖 30
圖3-13 乾季之灣內漁塭共用取水口定點船測底層流速流向圖 30
圖3-14 濕季之灣域內定點船測表層流速流向圖 31
圖3-15 濕季之灣域內定點船測底層流速流向圖 31
圖3-16 濕季之灣內漁塭共用取水口定點船測表層流速流向圖 31
圖3-17 濕季之灣內漁塭共用取水口定點船測底層流速流向圖 31
圖3-18 乾季之氣壓與水位之比對圖 35
圖3-19 濕季之氣壓與水位之比對圖 35
圖3-20 乾季之雨量與水位之比對圖 36
圖3-21 濕季之雨量與水位之比對圖 36
圖3-22 乾季之雨量與暴潮偏差之比對圖 36
圖3-23 濕季之雨量與暴潮偏差之比對圖 36
圖4-1 結構性網格與非結構性網格 40
圖4-2 FVCOM之非結構性網格示意圖 41
圖4-3 σ座標模式垂直分層示意圖 42
圖4-4 FVCOM模式結構圖 43
圖4-5 大鵬灣導流堤配置示意圖 51
圖4-6 大鵬灣灣域浚深深度示意圖 51
圖4-7 大鵬灣現況之模式計算範圍與網格示意圖 52
圖4-8 大鵬灣潮口拓寬與主航道浚深後之模式計算範圍與網格示意圖 52
圖4-9 大鵬灣灣域內之現況網格示意圖 52
圖4-10 大鵬灣灣域內之潮口拓寬與主航道浚深網格示意圖 52
圖5-1 A-1與實測之水位比對(2009年8月) 59
圖5-2 A-3與實測之水位比對(2009年8月) 59
圖5-3 A-1與實測之水位比對(2009年12月) 59
圖5-4 A-2與實測之水位比對(2009年12月) 59
圖5-5 A-1與實測之水位比對(2010年9月) 59
圖5-6 A-3與實測之水位比對(2010年9月) 59
圖5-7 A-1與實測之流速流向比對(2009年12月) 61
圖5-8 A-2與實測之流速流向比對(2009年12月) 61
圖5-9 A-1與實測之流量比對(2009年12月) 61
圖5-10 A-2與實測之流量比對(2009年12月) 61
圖5-11 A-1與實測之流速流向比對(2010年9月) 62
圖5-12 A-3與實測之流速流向比對(2010年9月) 62
圖5-13 A-1與實測之流量比對(2010年9月) 62
圖5-14 A-3與實測之流量比對(2010年9月) 62
圖5-15 A-1表層流場-灣內(2009年8月) 64
圖5-16 A-1底層流場-灣內(2009年8月) 64
圖5-17 A-3表層流場-灣內(2009年8月) 64
圖5-18 A-3底層流場-灣內(2009年8月) 64
圖5-19 A-1表層流場-灣內(2009年12月) 64
圖5-20 A-1底層流場-灣內(2009年12月) 64
圖5-21 A-2表層流場-灣內(2009年12月) 65
圖5-22 A-2底層流場-灣內(2009年12月) 65
圖5-23 A-1表層流場-灣內(2010年9月) 65
圖5-24 A-1底層流場-灣內(2010年9月) 65
圖5-25 A-3表層流場-灣內(2010年9月) 65
圖5-26 A-3底層流場-灣內(2010年9月) 65
圖5-27 A-1表層流場-潮口(2009年8月) 66
圖5-28 A-1底層流場-潮口(2009年8月) 66
圖5-29 A-3表層流場-潮口(2009年8月) 66
圖5-30 A-3底層流場-潮口(2009年8月) 66
圖5-31 A-1表層流場-潮口(2009年12月) 66
圖5-32 A-1底層流場-潮口(2009年12月) 66
圖5-33 A-2表層流場-潮口(2009年12月) 67
圖5-34 A-2底層流場-潮口(2009年12月) 67
圖5-35 A-1表層流場-潮口(2010年9月) 67
圖5-36 A-1底層流場-潮口(2010年9月) 67
圖5-37 A-3表層流場-潮口(2010年9月) 67
圖5-38 A-3底層流場-潮口(2010年9月) 67
圖5-39 A-1與B-1之水位比對(2009年8月) 68
圖5-40 A-1與B-1之水位比對(2009年12月) 68
圖5-41 A-1與B-1之水位比對(2010年9月) 68
圖5-42 A-1與B-1之流速流向比對(2009年8月) 69
圖5-43 A-1與B-1之流量比對(2009年8月) 69
圖5-44 A-1與B-1之流速流向比對(2009年12月) 70
圖5-45 A-1與B-1之流量比對(2009年12月) 70
圖5-46 A-1與B-1之流速流向比對(2010年9月) 70
圖5-47 A-1與B-1之流量比對(2010年9月) 70
圖5-48 A-1表層流場-灣內(2009年8月) 72
圖5-49 A-1底層流場-灣內(2009年8月) 72
圖5-50 B-1表層流場-灣內(2009年8月) 72
圖5-51 B-1底層流場-灣內(2009年8月) 72
圖5-52 A-1表層流場-灣內(2009年12月) 72
圖5-53 A-1底層流場-灣內(2009年12月) 72
圖5-54 B-1表層流場-灣內(2009年12月) 73
圖5-55 B-1底層流場-灣內(2009年12月) 73
圖5-56 A-1表層流場-灣內(2010年9月) 73
圖5-57 A-1底層流場-灣內(2010年9月) 73
圖5-58 B-1表層流場-灣內(2010年9月) 73
圖5-59 B-1底層流場-灣內(2010年9月) 73
圖5-60 A-1表層流場-潮口(2009年8月) 74
圖5-61 A-1底層流場-潮口(2009年8月) 74
圖5-62 B-1表層流場-潮口(2009年8月) 74
圖5-63 B-1底層流場-潮口(2009年8月) 74
圖5-64 A-1表層流場-潮口(2009年12月) 74
圖5-65 A-1底層流場-潮口(2009年12月) 74
圖5-66 B-1表層流場-潮口(2009年12月) 75
圖5-67 B-1底層流場-潮口(2009年12月) 75
圖5-68 A-1表層流場-潮口(2010年9月) 75
圖5-69 A-1底層流場-潮口(2010年9月) 75
圖5-70 B-1表層流場-潮口(2010年9月) 75
圖5-71 B-1底層流場-潮口(2010年9月) 75
圖5-72 A-3與B-3之水位比對(2009年8月) 76
圖5-73 A-2與B-2之水位比對(2009年12月) 76
圖5-74 A-3與B-3之水位比對(2010年9月) 76
圖5-75 A-3與B-3之流速流向比對(2009年8月) 77
圖5-76 A-3與B-3之流量比對(2009年8月) 77
圖5-77 A-2與B-2之流速流向比對(2009年12月) 78
圖5-78 A-2與B-2之流量比對(2009年12月) 78
圖5-79 A-3與B-3之流速流向比對(2010年9月) 78
圖5-80 A-3與B-3之流量比對(2010年9月) 78
圖5-81 A-3表層流場-灣內(2009年8月) 80
圖5-82 A-3底層流場-灣內(2009年8月) 80
圖5-83 B-3表層流場-灣內(2009年8月) 80
圖5-84 B-3底層流場-灣內(2009年8月) 80
圖5-85 A-2表層流場-灣內(2009年12月) 80
圖5-86 A-2底層流場-灣內(2009年12月) 80
圖5-87 B-2表層流場-灣內(2009年12月) 81
圖5-88 B-2底層流場-灣內(2009年12月) 81
圖5-89 A-3表層流場-灣內(2010年9月) 81
圖5-90 A-3底層流場-灣內(2010年9月) 81
圖5-91 B-3表層流場-灣內(2010年9月) 81
圖5-92 B-3底層流場-灣內(2010年9月) 81
圖5-93 A-3表層流場-潮口(2009年8月) 82
圖5-94 A-3底層流場-潮口(2009年8月) 82
圖5-95 B-3表層流場-潮口(2009年8月) 82
圖5-96 B-3底層流場-潮口(2009年8月) 82
圖5-97 A-2表層流場-潮口(2009年12月) 82
圖5-98 A-2底層流場-潮口(2009年12月) 82
圖5-99 B-2表層流場-潮口(2009年12月) 83
圖5-100 B-2底層流場-潮口(2009年12月) 83
圖5-101 A-3表層流場-潮口(2010年9月) 83
圖5-102 A-3底層流場-潮口(2010年9月) 83
圖5-103 B-3表層流場-潮口(2010年9月) 83
圖5-104 B-3底層流場-潮口(2010年9月) 83
圖5-105 A-1示踪劑濃度-灣內(2009年8月) 93
圖5-106 B-1示踪劑濃度-灣內(2009年8月) 93
圖5-107 A-1示踪劑濃度-灣內(2009年12月) 93
圖5-108 B-1示踪劑濃度-灣內(2009年12月) 93
圖5-109 A-1示踪劑濃度-灣內(2010年9月) 93
圖5-110 B-1示踪劑濃度-灣內(2010年9月) 93
圖5-111 A-3示踪劑濃度-灣內(2009年8月) 94
圖5-112 B-3示踪劑濃度-灣內(2009年8月) 94
圖5-113 A-2示踪劑濃度-灣內(2009年12月) 94
圖5-114 B-2示踪劑濃度-灣內(2009年12月) 94
圖5-115 A-3示踪劑濃度-灣內(2010年9月) 94
圖5-116 B-3示踪劑濃度-灣內(2010年9月) 94
圖5-117 現況之追踪粒子軌跡-灣內 95
圖5-118 潮口拓寬與主航道浚深之追踪粒子軌跡-灣內 95


表 次
表3-1 大鵬灣氣象站氣候統計資料 23
表3-2 大鵬灣資料浮標站氣候統計資料 24
表3-3 大鵬灣大潭濕地水文站統計資料 24
表3-4 大鵬灣潮位站統計資料 26
表3-5 大鵬灣浮標站海象統計資料 32
表3-6 大鵬灣潮口水質即時監測站統計資料 33
表3-7 大鵬灣蚵殼島水質即時監測站統計資料 33
表3-8 大鵬灣灣內漁塭共用取水口水質即時監測站統計資料 34
表4-1 FVCOM模式特點 42
表4-2 FVCOM方程式參數說明 48
表4-3 氣象條件相關數值 53
表4-4 溫鹽條件相關數值 55
表4-5 A、B方案與各種條件下之數值模擬 57
表5-1 現況之水體平均交換時間 89
表5-2 潮口拓寬與主航道浚深之水體平均交換時間 90
表5-1 現況之水體平均更新率 91
表5-2 潮口拓寬與主航道浚深之水體平均更新率 91
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