海岸漂沙追蹤模擬
發佈日期 :
2023-10-27
盧韋勳 , winson1020@thl.ncku.edu.tw , (06)2371938 #420
台灣海岸因受河川、地質、氣候及地理位置等天然條件影響,造就多樣化的海岸型態,而海岸即為一個動態系統,其中漂沙活動是塑造其形態的主要因素之一。漂沙的活動是受到多種因素影響的,如潮汐、風、海浪和人類活動。不同的季節和天氣條件也可能引起漂沙活動的變化。通過模擬,我們可以瞭解這些變數如何相互作用,並推估未來的變化,並根據漂沙活動行為,作為養灘與海岸防護策略一個科學的依據。研究內容介紹如下:
PTM模式
海岸漂沙追蹤模擬利用美國陸軍工兵團所發展之PTM模擬,PTM(Particle Tracking Model)模式為一種拉格朗日(Lagrangian)粒子跟蹤器,通過模擬流場中多種沉積物類型之運動來滿足漂沙移動可視化之需求,該模式的演算過程可適當展示近岸波流條件下的傳輸、沉降、沉積、混合和再懸浮之現象。其計算的物理過程主要分為兩個部分,第一部分為「歐拉傳輸計算(Eulerian transport calculations)」,描述影響原生底床沉積物的過程,例如:沉積物活動度、底床變遷過程;第二部分為「拉格朗日傳輸計算(Lagrangian transport calculations)」,用來計算漂沙粒子的運動過程,例如:漂沙的活動特性、夾帶、對流、分散及沉降作用等。
右圖描述PTM一般內部程式計算過程的示意圖,首先確定時間步階的第一初始粒子位置,這可以通過使用者輸入或(在第一個時間步之後)通過上一個時間步階的輸出來完成。然後模式將進行一系列基於歐拉坐標系統之歐拉傳輸計算,模式計算框架將建立在背景數據,如水深、流速、摩擦資訊、原生(海床)沉積物特徵等,進行計算海床形態,剪力及移動率計算,並預測流場對整個區域內海床沉積物的影響。粒子運動計算則近似於區域內的潜在泥沙輸運通量,以拉格朗日傳輸計算其移動位置,最後海床變化計算,結合上述兩種計算法,估算海床局部暫態侵淤、沉積速率以及粒子位置所造成的地形變化情況。
模式應用與成果
河川輸沙模擬:討論特定區的漂沙來源與河川輸砂的影響。
颱洪事件後各河川輸沙質點在海岸的分布
不同粒徑質點在海岸的分布情形
河川輸沙匯入海岸之情境地形變遷模擬-
颱風事件漂砂行為,以及養灘對環境造成的影響-沙洲沙源以及養灘漂沙行為模擬。
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