系統識別號 | U0002-2908201815073600 |
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DOI | 10.6846/TKU.2018.00964 |
論文名稱(中文) | 東沙環礁波浪與水流之數值模擬 |
論文名稱(英文) | Numerical Modeling of Waves and Currents in Dongsha Atoll |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 水資源及環境工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Water Resources and Environmental Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 106 |
學期 | 2 |
出版年 | 107 |
研究生(中文) | 林義豪 |
研究生(英文) | Yi-Hao Lin |
學號 | 605480168 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2018-06-27 |
論文頁數 | 75頁 |
口試委員 |
指導教授
-
蘇仕峯
委員 - 張欽森 委員 - 陳佳琳 |
關鍵字(中) |
東沙環礁 波浪 水流 NearCoM 風作用力 |
關鍵字(英) |
Dongsha Atoll Waves Currents Wind forcing NearCoM |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
東沙環礁處於颱風通過較為頻繁之區域,經常受到劇烈波浪影響,然而環礁內潟湖水域受到環礁遮蔽致使波浪不易直接入侵,但根據現場觀測顯示潟湖之波浪在強風作用產生之能量仍不容忽視。因此,本研究主要在探討東沙環礁潟湖之波浪與水流受風作用力之特性。本研究利用NearCoM波流耦合模式進行模擬計算,並以外海浮標與環礁內現場觀測資料,率定出珊瑚礁環境之碎波參數和底床摩擦係數,進而比較各方向之波向與風向作用下,有風與無風時波浪與水流於環礁潟湖內之發展,由模擬結果發現,在風的作用下波浪發展會非常顯著,隨著風域越長則波浪發展越高。風作用力會增強水流流速並在潟湖內形成渦流,此外,水流會經由南北水道流出潟湖與外海的水體交換。 |
英文摘要 |
Dongsha Atoll is located in the northern of the South China Sea. Because of its location at paths of typhoons, effects of violent waves on the reef are significant. Waves inside the atoll lagoon are not energetic because offshore waves are sheltered by the atoll reef. However, field observations have indicated that wave energy in the lagoon is considerable. The aim of this study is to understand wave characteristics in the atoll lagoon with wind forcing. A wave-current coupling model, NearCoM, is used to simulate waves and currents on the atoll. Two important physical parameters for wave breaking and bottom friction are calibrated by available field observations. With calibration, wave and current fields are studied by the model experiments with and without wind forcing. Characteristics of waves and currents in different wind directions are studied as well. Model results show that the generation of lagoon waves is depend on the length of fetch inside the lagoon. Developing waves are significant in the atoll lagoon. Additionally, wind forcing increases the speed of currents and generates circulations. Lagoon water exchange with sea through the two reef channels. Wind forcing could increase the water exchange processes. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 Abstract III 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2海氣象資料蒐集與分析 3 1.2.1風 4 1.2.2波浪 10 1.3研究緣起及目的 15 第二章 文獻回顧 16 第三章 研究方法及模式介紹 17 3.1研究方法 17 3.2模式介紹 18 3.2.1 SWAN 方程式 18 3.2.2模式底床摩擦係數 19 3.2.3 SHORECIRC方程式 21 第四章 模式設定與流程 26 4.1模式計算流程 26 4.1.1 建置地形網格 27 4.1.2邊界條件的決定 28 第五章 波浪流場數值模擬與分析 31 5.1模式驗證 31 5.1.1 模式參數率定 33 5.2颱風波浪場模擬結果 36 5.2.1最大外海波浪(西南向)波浪場模擬結果 36 5.2.2 西向外海波浪波浪場模擬結果 40 5.2.3西北向外海波浪波浪場模擬結果 42 5.2.4北向外海波浪波浪場模擬結果 44 5.2.5東北向外海波浪波浪場模擬結果 47 5.2.6東向外海波浪波浪場模擬結果 50 5.2.7東南向外海波浪波浪場模擬結果 52 5.2.8南向外海波浪波浪場模擬結果 55 5.2.9東沙環礁波浪場之結論 58 5.3颱風波浪之模擬流場 58 5.3.1最大外海波浪(西南向)之流場 58 5.3.2西向波浪之流場 60 5.3.3西北向波浪之流場 61 5.3.4北向波浪之流場 63 5.3.5東北向波浪之流場 64 5.3.6東向波浪之流場 66 5.3.7東南向波浪之流場模擬結果 67 5.3.8南向波浪之流場模擬結果 69 第六章 結論與建議 71 參考文獻 72 表目錄 表5.1.1 碎波參數γs與模擬外海以及環礁內之波高對照表(kN=0.05) 34 表5.1.2底床摩擦係數kN與模擬外海以及環礁內之波高對照表(γs=1.0) 35 表5.2.1凡那比颱風期間之海氣象資料 37 圖目錄 圖1.1.1東沙環礁衛星圖 2 圖1.2.1東沙島浮標與東沙環礁位置示意圖 3 圖1.2.2東沙島2012年各月風玫瑰圖 6 圖1.2.3 2012年東沙島浮標冬季風玫瑰圖 7 圖1.2.4 2012年東沙島浮標春季風玫瑰圖 7 圖1.2.5 2012年東沙島浮標夏季風玫瑰圖 8 圖1.2.6 2012年東沙島浮標秋季風玫瑰圖 8 圖1.2.7 2012年東沙島浮標全年風玫瑰圖 9 圖1.2.8東沙島2012年各月波浪玫瑰圖 12 圖1.2.9 2012年東沙島浮標冬季波浪玫瑰圖 13 圖1.2.10 2012年東沙島浮標春季波浪玫瑰圖 13 圖1.2.11 2012年東沙島浮標夏季波浪玫瑰圖 14 圖1.2.12 2012年東沙島浮標秋季波浪玫瑰圖 14 圖1.2.13東沙島浮標2012年全年波浪玫瑰圖 15 圖4.1.1模式模擬計算流程圖 26 圖4.1.2東沙環礁水深地形網格(700×700)等值圖 27 圖4.1.3 WaveWatchIII模擬資料與浮標資料時序列圖 29 圖4.1.4凡那比颱風路徑與東沙環礁位置關係圖 29 圖4.1.5凡那比颱風期間浮標之海氣象觀測資料時序列圖 30 圖5.2.1西南向波浪無風條件下模擬計算之東沙環礁波浪場圖 38 圖5.2.2西南向波浪有風條件下模擬計算之東沙環礁波浪場圖 38 圖5.2.3西南向波浪波高之網格點位置示意圖 39 圖5.2.4西南向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖 39 圖5.2.5西向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 40 圖5.2.6西向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 41 圖5.2.7西向波浪波高之網格點位置示意圖 41 圖5.2.8西向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖 42 圖5.2.9西北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 43 圖5.2.10西北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 43 圖5.2.11西北向波浪波高之網格點位置示意圖 44 圖5.2.12西北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖 44 圖5.2.13北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 45 圖5.2.14北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 46 圖5.2.15北向波浪波高之網格點位置示意圖 46 圖5.2.16北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖 47 圖5.2.17東北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 48 圖5.2.18東北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場 48 圖5.2.19東北向波浪波高之網格點位置示意圖 49 圖5.2.20東北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖 49 圖5.2.21東向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 50 圖5.2.22東向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 51 圖5.2.23東向波浪波高之網格點位置示意圖 51 圖5.2.24東向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖 52 圖5.2.25東南向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 53 圖5.2.26東南向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 53 圖5.2.27東南向波浪波高之網格點位置示意圖 54 圖5.2.28東南向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖 54 圖5.2.29南向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 56 圖5.2.30南向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖 56 圖5.2.31南向波浪波高之網格點位置示意圖 57 圖5.2.32南向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖 57 圖5.3.1西南向最大外海波浪無風狀態下之流場 59 圖5.3.2西南向最大外海波浪有風狀態下之流場 59 圖5.3.3西向最大外海波浪無風狀態下之流場 60 圖5.3.4西向最大外海波浪有風狀態下之流場 61 圖5.3.5西北向波浪無風條件下之流場 62 圖5.3.6西北向波浪有風條件下之流場 62 圖5.3.7北向波浪無風條件下之流場 63 圖5.3.8北向波浪有風條件下之流場 64 圖5.3.9東北向波浪無風條件下之流場 65 圖5.3.10東北向波浪有風條件下之流場 65 圖5.3.11東向波浪無風條件下之流場 66 圖5.3.12東向波浪有風條件下之流場模擬圖 67 圖5.3.13東南向波浪無風條件下之流場模擬圖 68 圖5.3.14東南向波浪有風條件下之流場模擬圖 68 圖5.3.15南向波浪無風條件下之流場模擬圖 69 圖5.3.16南向波浪有風條件下之流場模擬圖 70 |
參考文獻 |
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