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台北港海域運輸安全之探討 (IV) — 台北港海域流況預報系統之建立

MOTC-IOT-94-SBB008. 台北港海域運輸安全之探討 (IV) — 台北港海域流況預報系統之建立. 主 持 人：李兆芳 教授 協同主持人：許泰文 教授 協同主持人：許峻嘉 助理教授 協同主持人：黃維信 助理教授. 簡報大綱. 計畫緣起 潮流模式驗證 結果討論 國內外港灣相關網站 台北港流況預報系統之建立 台北港 3D 場景建置 成果展示. 計畫緣起. 大台北海運航線相當便捷，台北港發展商港之地理條件十分優越。

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台北港海域運輸安全之探討 (IV) — 台北港海域流況預報系統之建立

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  1. MOTC-IOT-94-SBB008 台北港海域運輸安全之探討(IV)—台北港海域流況預報系統之建立 主 持 人：李兆芳 教授 協同主持人：許泰文 教授 協同主持人：許峻嘉 助理教授 協同主持人：黃維信 助理教授

  2. 簡報大綱 • 計畫緣起 • 潮流模式驗證 • 結果討論 • 國內外港灣相關網站 • 台北港流況預報系統之建立 • 台北港3D場景建置 • 成果展示

  3. 計畫緣起 • 大台北海運航線相當便捷，台北港發展商港之地理條件十分優越。 • 台北港海流流況受東北季風與港區結構物的影響，在堤頭附近流況相當複雜，大型船舶之操船必須進行分析模擬，以便瞭解台北港擴建前後，流況之改變情形。 • 本計畫利用林等人(2003)之「台北港海域運輸安全之探討(II)－台北港海域潮流流場數值模擬分析」計畫結果為依據，透過網際網路和資料庫技術，建立流況預報系統並顯示在網頁上，提供航行人員、管理與使用單位分析船舶進出港區及其他作業之安全性，提高反應之時效。

  4. 計畫目的 • 潮流數值模式之邊界條件設立和模式測試及驗證。 • 建立台北港流況預報與船舶進出港環境資料系統，提供航行人員、管理與使用單位分析船舶進出港區及其他作業之安全性。 • 將台北港流況預報與船舶進出港環境資料系統掛載於本所之運輸安全網站，延伸在海運安全上之應用。 • 運用網際網路之特性，建構一個專業性的「台北港流況資訊網頁」，提供專業人士線上查詢與使用之管道。 • 嘗試將操船模擬資料與貴所駕駛模擬器系統連結，預留未來利用駕駛模擬器進行海運安全相關研究空間。

  5. 潮流模式驗證-水位驗證 • 模式啟動後先行計算大範圍潮流分佈，利用大範圍輸出之流速與水位內插中範圍格網邊界所需之潮流計算邊界條件。 • 假設結構物設置所影響潮流流動範圍僅止於第三層格網範圍，利用中範圍計算結果內插第三層格網邊界潮流計算邊界，模擬不同配置下潮流流況。 • 圖2.7至圖2.12分別為中範圍潮流模式計算結果於台灣西北部之淡水、竹圍及新竹等測站冬夏兩季之實測水位變化比較圖 。

  6. 圖2.7 冬季潮流模式水位驗證(中範圍，淡水測站) 圖2.8 冬季潮流模式水位驗證(中範圍，竹圍測站) 圖2.9 冬季潮流模式水位驗證(中範圍，新竹測站)

  7. 圖2.10 夏季潮流模式水位驗證(中範圍，淡水測站) 圖2.11 夏季潮流模式水位驗證(中範圍，竹圍測站) 圖2.12 夏季潮流模式水位驗證(中範圍，新竹測站)

  8. 潮流模式驗證-流速驗證 • 為了模擬台北港區現況流場情形，亦利用中範圍格網計算結果輸入為第三層格網之邊界條件，模擬計畫區域內之流場變化。 • 圖2.13至圖2.16為港研中心於台北港外海所設立的海氣象觀測樁 (如圖2.5 M點所示) 所測到的潮流水平與垂直流速之時序列圖與計算結果之比較，由圖中可看出計算結果與觀測值比較起來相當具有合理之一致性。 圖2.5 台北港現況配置計算範圍及水深圖

  9. 圖2. 13 冬季潮流模式東西分量流速驗證 (台北觀測樁) 圖2.14 冬季潮流模式南北分量水平流速驗證 ( 台北觀測樁) 實測資料位於水深10 m處測量

  10. 圖2.15 夏季潮流模式東西分量流速驗證 (台北觀測樁) 圖2.16 夏季潮流模式南北分量水平流速驗證 ( 台北觀測樁) 實測資料位於水深10 m處測量

  11. 結果討論-台北港現況配置潮流模擬 在漲潮時潮流在外防波堤頭轉折下方垂直向岸方向逐漸發展成一主要的逆時針環流，在平潮時趨近最成熟階段，此環流在靠近堤頭轉折處左方之流速較大，在漲潮時流速約為0.65 m/sec。 台北港現況配置於平潮時之潮位與流場分布圖 (漲潮段)

  12. 結果討論-台北港現況配置潮流模擬 此逆時針環流隨著低潮至高潮的漲潮過程中逐漸西移，而高潮時的外港迴轉池流速降為 0.065 m/sec，當落潮段來臨時，北外廓防波堤堤頭流速加強至 0.7 m/sec。 台北港現況配置於平潮時之潮位與流場分布圖 (落潮段)

  13. 結果討論-台北港第二期計畫配置潮流模擬 圖中可看出當漲潮開始時，海流直接沿著北防波堤前進至堤頭時轉向流入港區，而隨著漲潮時段的拉長，在南端防波堤左側與岸邊逐漸形成一逆時針環流，漲潮時在開口處的流速約為0.2 ~ 0.4 m/sec。 台北港第二期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (漲潮段)

  14. 結果討論-台北港第二期計畫配置潮流模擬 當漲潮在高潮轉潮階段時，南端防波堤左側的逆時針環流會隨著轉潮逐漸消散，落潮階段的流場則較為單純，開口處流速約為0.7 ~ 0.8 m/sec。 台北港第二期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (落潮段)

  15. 結果討論-台北港第三期計畫配置潮流模擬 第三期配置的北防波堤下方同樣也產生一逆時針環流，此逆時針環流亦隨著漲潮過程使得此環流向西略偏南方向移動，當漲潮時北堤中央下方流速約為 0.17 m/sec，而堤頭處流速為 1.0 m/sec。 台北港第三期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (漲潮段)

  16. 結果討論-台北港第三期計畫配置潮流模擬 此逆時針環流亦隨著漲潮過程使得此環流向西略偏南方向移動，而此逆時針環流在平潮時最成熟而在高潮時消失，落潮時在堤頭處之流速為 1.1 m/sec。 台北港第三期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (落潮段)

  17. 結果討論-台北港遠期計畫配置潮流模擬 在北延伸堤頭處下方與新的南端防波堤左側會產生逆時針環流，也在低潮至高潮時的漲潮段生成，漲潮時之流速為 1.15 m/sec。 台北港遠期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (漲潮段)

  18. 結果討論-台北港遠期計畫配置潮流模擬 北延伸防波堤堤頭處在落潮時之流速為 1.3 m/sec， 台北港遠期計畫於平潮時之潮位與流場分布圖 (落潮段)

  19. 國外港灣相關網站 • 對特地的港灣作風險分析，及暴風雨來臨時的行走路徑及海上狀況所造成之衝擊評估。 美國海運安全網站首頁 澳洲海運安全署網站首頁

  20. 國內港灣相關網站 • 著重於航政業務、營運統計、法規費率(港務、棧埠、業務、航政、環保與其他等法規與港埠費率)之介紹。 基隆港務局網站首頁 台中港務局網站首頁

  21. 台北港流況預報系統之建立 • 台北港附近海域深受東北季風影響，在堤頭附近之流況相當複雜。 • 擴充應用計畫主持人發展之潮流模式模擬結果，利用數值模擬計算相關之流況資料。 • 將計算後之結果，利用本所現有之運輸安全資訊網站進行資源分享。 • 預報內容顯示皆參考基隆港務局領港人員常用慣語。

  22. 台北港流況預報系統之建立(續) • 預報查詢條件 • 風力條件、港區配置、呈現型態(數據、動畫)、潮流狀態(高潮、落潮時平潮、低潮、漲潮時平潮 ) • 預報呈現資料 • 座標值 (經緯度) 、水深、流速(節) 、流向(000~360 ) 、水位變化 • 目前本網頁所提供之資料僅包含潮流，未包含洋流等分析條件。

  23. 台北港流況預報系統之建立(續) • 採三層式之架構，將資料處理區分成三大部份，以提升資料查詢效率。 • 採用標準HTML格式，可支援不同作業平台之使用者。

  24. 台北港流況預報系統 • 查詢條件選取

  25. 台北港流況預報系統(續) • 查詢結果顯示網頁

  26. 台北港區3D場景建置 • 以二期工程完成之港區配置為目標。 • 港灣模型內容包括碼頭設施、八里焚化廠 、行政大樓、房屋、倉庫、貨櫃吊臂、燈塔等。 • 採實景拍攝並依實際比例尺寸，利用3DS進行場景模型繪製，並增加船首模型以提高模擬真實度。 • 利用EON進行虛擬場景互動式操作。 • 參考基隆港務局領港專業經驗，設定操船高度。

  27. 台北港工程處行政大樓 北外堤延伸工程 第一貨櫃儲運中心 (北碼頭區) 北外廓防波堤 北內堤防 南外堤工程 東碼頭區 台北港區3D場景建置(續) • 台北港區二期工程完工圖

  28. 台北港區3D場景建置(續)

  29. 虛擬操船互動系統開發工具關聯圖

  30. 操船虛擬場景圖 上視全景圖 碼頭視角圖

  31. 三螢幕模擬操作

  32. 成果操作展示

  33. 初步結論 (1/2) • 台北港附近潮流流場在漲潮時潮流由東北往西南方向前進，而落潮時則由西南向東北流動，大致上沿著岸線方向做週期性流動，在漲潮時潮流在外防波堤頭轉折下方垂直向岸方向逐漸發展成一主要的逆時針環流。 • 比較現況配置與第二期配置外港迴轉池之流速比較，南防波堤的興建有助於港區內流速的消減，但平均而言有無南防波堤之興建在外港迴轉池處之流速皆低於 0.2 m/sec。雖流速降低幅度對操船安全影響不是很大，但對大型船舶而言，其渦流現象之消除，對操船安全則有較大的影響。故顯示有南防波堤時，於漲潮時段港內流場之渦流現象較不明顯，應對大型船舶操船安全增進很多。

  34. 初步結論 (1/2) • 比較第三期配置與第二期配置，隨著北防波堤的延長與更向外海側興建，堤頭處流速亦有增大現象，第二期與第三期堤頭處流速在漲潮段分別為 0.2 ~ 0.4 與 1.0 m/sec，而在退潮段分別為 0.7 ~ 0.8 與 1.1 m/sec，大致上在漲潮段增加 35%，在退潮段增加 68%。 • 比較第三期與遠期配置漲潮段流場分佈圖，遠期配置在漲潮段所形成之北防波堤後環流流速大於第三期配置，推測其原因除北防波堤延長外，第三期與遠期配置之堤頭與潮流流向夾角亦不同，其遠期配置之北防波堤末端與漲潮流流向夾角較大，導致堤頭流速增加，對於操船運作應該有所影響。

  35. 初步結論 (2/2) • 為能讓模擬後之資料做更有效的運用，透過網際網路進行資訊的分享是一項相當不錯的方式，不但可同時讓多人連線取得所需的資訊，而且只要更新伺服器端的資料後，便可確保使用者可立即取得最新的資訊。在資訊的使用上，不同的使用者均可依自己的需求，訂定篩選條件，以取得符合需求的資料內容，相當的便利。 • 操船模擬器是近來訓練船員操船熟悉度一項相當好的利器，不但可透過不同的操船情境模擬，評量船員的應變能力。而對未曾到遠過之港口進行事先之模擬，也可以增加臨場之反應，以減少因不熟悉環境所可能造成之危險。目前依臺北港實景所建立之操船場景，是依實際配置圖進行設計，也反覆經過數次之修改，已具備某種程度之逼真性。

  36. 簡報完畢 敬請指正

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