頭前溪河口段季節性地形變遷之研究第二河川局

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  發刊期數:第0248期/ 發布日期:2017/10/13

圖1 頭前溪河口變遷影響因素示意圖_pic

一、CCHE2D-Coast河口海岸動床輸模式

河口地區受海潮流、沿岸流、漂沙、上游河道流量與輸量及河口地形等因素之影響。頭前溪河口位於臺灣新竹地區,不同於多數河川河口,其同時為頭前溪鳳山溪交滙處,且河口鳳山溪側有一攔門沙洲存在,靠頭前溪側之感潮河段內則有河中島存在,如圖1所示,流況極為複雜,歷來地形變遷頗為顯著。為維護本河段河防安全及保護低窪地區人民生命財產,水利署自民國98年起推動頭前溪河口段治理工程,包含新建堤防護岸、疏濬河道等。相關工程於101年已陸續完成,經過101年至104年蘇拉、蘇力、潭美及蘇迪勒等颱風之考驗,目前成效良好,惟疏濬後之河床已有回淤情形產生。故為瞭解河口地形變化趨勢,本研究應用CCHE2D-Coast於頭前溪河口,模擬頭前溪河口之流場、波場及地形沖淤變化等,藉此探討頭前溪河口地形變遷特性。
  CCHE2D-Coast模式為美國國家計算水科學及工程中心所發展之一般水利工程及河口水動力學應用數值模式,包含水理、輸、潮流、沿岸流、沿岸地形變遷與河口水動力模擬等相關功能,可應用於海岸與河口地形變遷之研究。

二、模式檢定驗證

頭前溪河口模式模擬範圍包括頭前溪鳳山溪匯流河口段至外海,採用101年實測地形資料作為初始底床,模擬101至104年間主要颱洪事件及各年12月季風期,以105年實測斷面資料及新竹漁港潮位觀測資料進行檢定驗證。圖2(a)、(b)分別為蘇拉及蘇力颱風期間,新竹測站之模擬與實測潮位變化比較圖,模擬底床高程結果如圖2(c)、(d)所示。整體而言,潮位模擬結果良好,不論是相位與振幅皆可準確預測;模擬高程變化趨勢相近,模式可重現舊港港右股流路回淤趨勢。

三、頭前溪河口地形變遷特性

模式檢定驗證成果顯示CCHE2D-Coast模式模擬結果具有一定之合理性,故本研究藉由比較101年颱風期與季風期間波浪、流場、沖淤分布等模擬結果,探討頭前溪河口地形變遷特性。
  圖3(a)為模擬101年颱風期前、後之底床高程差分布情形,正值(紅色)代表淤積,負值(藍色)代表沖刷。模擬結果皆顯示颱風期後,頭前溪河口段之河道主要為淤積趨勢;河口處之攔門沙洲因窄縮河口,加上兩溪滙流,流量集中、流速較大,使攔門沙洲易受到侵蝕,而洪流可將泥帶至河口外堆積,使新竹漁港北側水深EL.-3~-7m區域有淤積情形。
  圖3(b)為模擬101年季風期前、後之底床高程差分布情形,結果顯示河口地形變化呈現颱風期與季風期相反之趨勢,此乃因在東北季風影響下,自東北往西南流動之沿岸流,使沿岸漂沙淤積於河口之攔門砂洲側,並侵蝕颱風期後新竹漁港以北EL.-3~-7m區域之淤積,將泥將帶往防波堤頭沉積或繞過堤頭向南傳輸。季風期後頭前溪河口段之沖淤變化程度較小,然而在季風期之漲潮期間,沿岸流於河口處分流,一部分轉往漁港,另一部分則沿海堤邊緣進入河口段,如圖4(a)所示。同時因潮位高過攔門沙洲後,外海波浪可抵達斷面1位置,且左岸之波高較高,如圖4(b)所示。故在沿岸流及波浪作用下,可促使沿岸漂進入河口段,淤積於河口至斷面0左岸深槽處。


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依據颱風期與季風期模擬結果之比較,可歸納頭前溪河口段季節性地形變遷特性如下:

 1.相較於季風期,颱風期可產生較顯著之沖淤變化。

 2.颱風期後,頭前溪河口段為淤積趨勢,攔門沙洲有侵蝕趨勢,河口外EL.-3~-7m區域有淤積趨勢。

 3.對於河口外區域,季風期會補償颱風期所造成之底床變化。

 4.季風期後,河口至竹港大橋左岸深槽及攔門砂洲為淤積趨勢,河口外EL.-3~-7m區域為侵蝕趨勢。

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