受海啸影响之海岸工程设计探讨-水利技师公会.pdf

學術天地-工程技術新知 受海嘯影響之海岸工程設計探討 受海嘯影響之海岸工程設計探討 蔡 瑤 堂 台灣省水利技師公會會員 、水利技師 摘 要 本文先就與海岸工程有關之海嘯特性予以說明，其特性包括海嘯之形成、海嘯之傳 遞速度、海嘯波高，海嘯週期及波長，海嘯之變形，海嘯水流速度、海嘯溯升等。然後 就受海嘯影響之海岸結構物設計加以探討，不同於抗颱風波浪之海岸結構物，因地震會 比海嘯先到達，承受海嘯之海岸結構物亦須考量地震，以確保海嘯到達前，結構物是完 整的。而強勁水流、越波及衝擊波力是設計抗海嘯海岸結構物必須詳加考量的。本文根 據2004 南亞及2011日本大海嘯對海岸結構物之破壞調查結果，對海堤之設計須考量堤 前水位升高對堤身穩定性之影響，而海嘯向海側退下時須注意堤前保護工可能遭到破壞， 堤背保護工必須能承受大量越波的衝擊。合成式防坡堤同樣會遭到急速水流影響拋石基 礎的穩定及承載力，大量越波則易造成港側拋石基礎的破壞。最後則就設計時 ，對受海 嘯影響部分堤出改善對策建議。 一、前言 在台灣建造海堤及防波堤以抗颱風波浪的技術已相當成熟，但若要建造海堤來 抗海嘯，以保護海岸之陸上設施、生命、及財產等，或港灣工程需要建抗海嘯防波 堤來保護港內設施及船隻等，雖然可把建造抗颱風波浪之海堤及防波堤得技術加以 發揮，但必須先就海嘯對工程的影響有深入瞭解才能建造適當的抗海嘯海堤及防波 堤。 本文即針對設計及建造抗海嘯相關之海岸工程加以探討。 二、 海嘯之基本性質 海嘯波與一般風浪相同，可用波高、波長及週期來描述。 (一) 海嘯之形成[2] 海嘯一般由海底地震，海底火山爆發、大規模邊坡滑落、及大型隕石衝入海洋 18 學術天地-工程技術新知 受海嘯影響之海岸工程設計探討 等引發。在此僅針對海底地震引發之海嘯。 海嘯產生過程:1)海床瞬間斷裂上昇，同時向上推移大量海水。2)被推移之海水 在水面形成波峰，如圖所示。1 3)重力把波峰往下拉 故海嘯屬重力波( ) ，恢復水面至 其平衡位置，使能量以水平方向傳遞，並以同心圓向四周傳遞。 圖 1. 海嘯形成瞬間 (http://msnickellecearthsci.blogspot.tw/2013/09/faults-folds-earthquakes-and-volc anoes.html) (二) 海嘯之傳遞速度[4] 因海嘯屬長波，如後述，水深與波長比甚小，故屬淺水波，因此其傳遞速度 (tsunami wave celerity)僅與水深有關，如式 (1)所示。 C= gh (1) √ 式中 C:波速(m/s) 2 g:重力加速度 (m/s ) h:水深 (m) 日本 2011年3月11日地震，震央水深約 3,000公尺，其海嘯波速約 617公里時。/ 在太平洋平均水深約4,000公尺，海嘯速度約713公里時。台灣高鐵最高營運速度為/ 300公里時，不到上述水深海嘯速度的一半，可見海嘯速度之快。圖/ 2.為海嘯之傳 遞示意圖，到達岸邊水深約20公尺處，其速度則減至50公里時。/ 19