淡水河口輸砂對鄰近海岸之影響評估(2/2)
淡水河口為感潮河段，其沖淤平衡與臨近海域之水理與輸砂行為有密切關係。近年因臺北港興建，河口與臨近海岸之漂沙行為已逐漸改變對海岸地形與景觀造成衝擊，再加上淡水河之供砂量、外海波浪之推移、石門水庫防淤操作策略與未來淡江大橋興建，綜合性評估河海間之泥砂供需關係有迫切需求。
本計畫藉由動床數模工具，探討石門水庫相關防淤策略、淡江大橋興建對淡水河河口與其鄰近海域地形變遷之影響，分析石門水庫不同防淤策略對河口段之沖淤變化影響，並提出可能之改善策略。同時為瞭解淡水河口處之漂沙過程，本計畫於103年進行漂沙觀測調查，使本區海岸數據資料庫更為完整，並作為河口輸砂數值模擬分析之依據。並於104年再次辦理漂沙觀測調查，各項調查成果與103度調查成果相較下，發現不論在海、河床質分佈情形及海流特性上均有相同之趨勢。
並將103年度相關調查資料應用於河口模式中，經檢定驗證後，針對石門水庫防淤策略、台北港擴建及淡江大橋興建等不同條件下進行短、長期模擬，各案例情境設置如摘表 1、摘表 2所示，進而提出初步改善策略。
一、漂沙觀測調查
(一) 海域底床質調查分析
根據海床調查結果發現海域的粒徑分佈狀態與海域地形、水深之間的關係特性，在淡水河出海口斷面附近，粒徑等值線有朝離岸方向擴增的趨勢，應是漂沙傳輸受到淡水河出海與沿岸流場的影響，粒徑等值線分布有約略垂直水深等值線之情形；另淡水河以北沙崙海水浴場粒徑等值線分布與礁盤區分布位置有緊密之關係，呈現圈狀之分布，較細顆粒漂沙在礁盤區與海岸間沉積；臺北港西堤以西近岸端與填海外擴區堤頭附近海域，受波浪淘選作用明顯，漂沙顆粒較粗而粒徑較為均勻。其餘海域底質150 μm等值線分佈，大致與 10m水深等值線的走勢平行。
(二) 灘線採樣分析
以相近的粒徑而言，若高、低潮位的粒徑差異越大，則代表底質受到海況的掏動越明顯，L5測站高、低潮位的中值粒徑差異最大，約為120%，顯示該點附近海岸的底質受到掏選的現象較其他採樣點明顯，但差異值並未明顯偏大，顯示目前計畫區能採集到沙樣之海岸段掏選現象未特別激烈。
(三) 河口底床質調查分析
河床質粒徑大致上有由上游往下游遞增之趨勢，水流可能受鄰近河道中間有淺灘淤積之影響，依粒徑結果分析右岸流速應該比左岸為快，淡水渡輪站附近水深較深，且底質粒徑最粗較為單一而集中，受水流淘選情形最為明顯。
(四) 河口海域浮標漂流軌跡追蹤
103~104年四次調查結果顯示：無論累積雨量多寡與不同潮段，對於漲潮段的浮標軌跡方向似乎沒有明顯影響。在小潮退潮段且淡水河較小流量時(第二次調查)，對浮標軌跡方向可能有較為明顯之影響，可能使表流懸浮載在臺北港第一貨櫃中心外廓與挖子尾間海域沉積。
二、淡水河口輸砂對鄰近海岸影響評估
為瞭解淡水河口輸砂對鄰近海岸之影響，本計畫蒐集淡水河流域及相鄰海域之水文地文及海象資料，以CCHE1D模式配合颱風期間水庫放流量，模擬颱風期間關渡大橋之流量及泥砂濃度，作為CCHE2D-Coast模式之上游邊界條件，以模擬淡水河口輸砂對鄰近海岸之影響。然去年度(103年)所建立之河口二維模式，其在格網配置、床質粒徑特性仍有不完善之處，本年度則進一步依據航照圖及漂沙觀測調查資料再次進行模式之檢定驗證，並將淡水第二漁港之地形資料納入模式中，進行模擬評估。
且本計畫將2000~2015淡水河口潮位進行分析，淡水河口前四大分潮振幅 M2 約1.06公尺、S2 約0.29公尺、N2 約0.20公尺及K1 約0.20公尺，與往昔之相關報告成果接近。
三、河口及鄰近海域短期與長期地形變遷模擬
河口及鄰近海域短期沖淤趨勢部分，以艾利颱風做為模擬情境，在改變河川流量、河口處之水工構造物下，探討示性波高、水位及地形變化之情形與低潮位是否有明顯差異之處，各短期案例設計如摘表 1。
(一) 案例一 (蘇力颱風電廠排砂)
石門水庫電廠排砂隧道於102年竣工後，於蘇力颱風進行第一次排砂操作，經統計蘇力颱風期間後池堰通過砂量為298.7萬噸，電廠#2專用排砂道通過砂量為61.3萬噸，排砂隧道之排砂比為6.7%，後池堰排砂比達32.4%為歷年最高，但由於艾利颱風之流量較蘇力颱風大，故在底床變化上較為顯著。
(二) 案例二 (台北港擴建)
在越接近台北港內部區域之水位振幅越大，主要因為波浪在進入台北港內後，波浪在固定幾何形狀港域內之運動，有一定的振動頻率，如果入射波浪的頻率接近港池的自然頻率，則可能引起所謂的共振問題，引起港域內較大的水位運動，且依計算結果顯示在台北港內水位震盪週期約週期為1小時左右。
(三) 案例三 (台北港擴建、淡江大橋興建)
且依模擬結果發現，在河道右岸部分流速較左岸快，與現地調查情況相符，然於淡江大橋落墩後，由於波浪受到橋墩之阻攔，橋墩上游處觀測點流速降低，在淡水河口右岸橋墩上游處流速減緩較為明顯，且在橋墩處之示性波高於上游處波高較下游處小。且淡江大橋興建後，在橋墩下游處至外海處約1000公尺內有侵蝕行為發生，其下刷深度可達15公分，但約在關渡大橋處至河口10000公尺處，泥砂有淤積情形，至高可達20公分，且在淡江大橋橋墩設置後，並不影響上游段之地形變化行為。
(四) 案例四 (大潮大浪情境)
根據關渡大橋至河道外中心點地形變化行為，發現在大潮大浪(案例四)、小潮大浪(案例三)此兩情況下之河道中地形變化相差無幾，主要差異點為河口段處之泥砂於大潮大浪情況下，更難被帶至遠處在8000公尺處(約為斷面T000)即發生沉積。
(五) 案例五 (兩百年重現期距流量情境)
案例三、四、五之設置，均以艾利颱風事件之波浪、風場及潮位等作為邊界條件，在僅改變上游流量大小、時序下進行模擬，此三案例依其性質可分為：1. 小潮大浪(案例三)、2. 大潮大浪(案例四)、3. 極端流量配合小潮大浪(案例五)。
在底床變化部分在洪峰期間以案例五造成瞬時底床淤積量最大，於洪峰過後底床開始下刷至穩定狀態時，以案例三造成底床淤積量為最。且於極端事件下該處洪水位並未高於河床左右岸堤防高，無河防安全之虞。
四、河口及鄰近海域長期地形變遷模擬
在長期模擬方面，藉民國96年~102年之實測潮位資料，取其冬季季風期間(12月~次年2月)之潮位進行分析，由於東北季風將影響海水位之抬升情形，故依其水位高低劃分為季風強年、季風弱年，茲就本計畫蒐集之潮位資料分析後可得98/12~99/2為季風強年；100/12~101/2為季風弱年。以上述時距之真實紀錄資料(如:風場、上游流量等資料)進行模擬，得以探討在不同季風強弱下，淡水河口之地形變化行為，各案例設置如摘表 2。
(一) 案例六、七 (季風強、弱期)
季風期間由於河川流量較夏季來得低，故淡水河口地形變動成因主要來自潮汐，且在季風期間由於其波高較高，進而使其沿岸流較夏季來的強。在地形變化部分，季風弱之情況下將對淡水河口至淡水第二漁港區產生更多土砂淤積。在大多數沿海區域，其泥砂運動方向隨波浪引起的沿岸流及潮汐殘差所影響(東北-西南向)；而在河口處輸砂行為相對複雜，其組成包含上游洪水、沿岸流及潮汐殘差。
(二) 案例八 (長期模擬)
長期模擬中發現，以淤積作為地形主要變化形態的區域，有河口、淡水第二漁港左側、及林口電廠之沿海地區；而以侵蝕作為地形主要變化形態的區域，有台北港至林口電廠處及林口電廠之西側地區。挖子尾砂地其地形變動較不穩定，於颱風期間上游泥沙將被帶至該處落淤；而在季風期該處泥砂則會被帶至河道中，故其砂地成長與否取決於該年之颱風期間上游來砂量。
五、影響問題探討與改善策略評估
(一) 影響問題探討
為解決計畫區內之土砂淤積問題，本研究依季風期與颱風期間此兩種不同情況下，其水流與輸砂方向有一定的相似性及差異性存在，進而將不同時期、不同區域下進行泥砂傳輸方向進行分類，如摘表 3所示。並根據河口及其鄰近海岸處地形變化特徵，歸類各區域之地形變化主因如摘表 4。
(二) 改善策略評估
為有效減緩海岸漂沙淤積淤淡水第二漁港，最有效的手段即是將沙源減少，故在淡水第二漁港北側處設置一堤防，將其東北-西南向的漂砂阻攔，防止泥砂於淡水第二漁港港口處沉積如摘圖 1、摘圖 2所示。
挖子尾沙嘴在不同季節下，由洪水、潮汐及波浪造成的複雜環流不大相同，故如何維持該處挖子尾砂嘴大小於一定範圍內有其困難度，挖子尾砂嘴沙源主要來自於颱洪期間上游來沙，而在季風期會因台北港防坡堤處迴流，而將挖子尾砂嘴淤沙帶往河道中，故於挖子尾砂嘴與淡水河河口左岸處設置一堤防攔砂，應能有效阻止挖子尾砂嘴沙源流失，
台北港西側至林口電廠處之泥砂傳輸方向主要為東西向，故其鄰近海岸不斷地受到侵蝕，為避免該處發生持續侵蝕，進而造成岸線退縮，最有效的方法即是人工養沙，而在沙源部分可取自台北港北防坡堤處之淤砂，此方案可有效解決台北港北部淤砂及台北港西岸岸線退縮之問題。