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二維超音波式風速風向儀

以太陽能板供應電源,即時監測資料以無線通訊設備回傳本中心,經後端軟體處理後再將資料傳輸至伺服器資料庫內。

二維超音波式風速風向儀

壓力式潮位儀

壓力式潮位儀

以太陽能板供應電源,即時監測資料以無線通訊設備回傳本中心,經後端軟體處理後再將資料傳輸至伺服器資料庫內。


AWAC波高波向與剖面海流儀

挪威NORTEK公司所製造超音波式波浪暨海流監測儀,固定於各港域底床, 觀測資料透過海底電纜傳回岸上接收設備,藉由無線通訊設備將觀測原始資料傳輸至伺服器資料庫內。

AWAC波高波向與剖面海流儀

海氣象觀測量測方式介紹

海流測量模式可以依照使用在不同的水深即自海床上之儀器到水表面來設定量測的間距。 波浪的量測模式為波高精度在每0.5秒間隔內分別量測所得速度U、V、W向量與壓力量測得到的資料作整合而得到波高、波向的資料。 全部的RAWDATA將以Real-Time的型式傳送並亦儲存於記錄器中,波高、波向的統 計分析與波譜分析資料會在軟體中產生而顯示在個人電腦中

波高波向與剖面海流即時傳送監測系統係安置固定在海底上的超音波式儀器,觀測時間間隔為1小時, 0-10分每1秒共600筆海流資料,10-44多分每1秒共2048筆波浪資料以及水位、水溫。

在一定的時間間隔系統軟體將自動的與所有的波浪及流速剖面感應器系統建立通訊連接, 從波浪及流速剖面感應器內的記錄器下載資料並儲存於資料庫中。 每一個步驟都由電腦上顯示的通訊狀態列監控。

海流測量模式

港灣海氣象觀測即時傳送系統架構圖

港灣海氣象觀測即時傳送系統架構圖臺灣五個國際港到2007年12月底前均將陸續建立起波浪、 海流、潮位及風之觀測站,目前由本所港研中心第二科負責觀測站資料的收集、整理及儀器的維護。

本所港研中心五個國際港海氣象觀測站,從2000年到2007年間已經陸續在基隆港(2006年8月)、 花蓮港(2001年8月)、蘇澳港(2007年10月) 、臺中港(2003年7月) 及 高雄港(2005年8月)裝設了海氣象觀測站; 五個國際港已建立完成一個長期連續觀測網站系統(如圖1 海氣象觀測站長期監測系統架構圖所示)。 並將各海氣象觀測站即時(每小時)傳回本所港研中心,資料品管步驟是經過本所港研中心人員手動處理後, 再直接經由本所港研中心網路立即提供至本中心的海情中心使用。

港灣海氣象觀測即時傳送系統架構圖

觀測站資訊

港口、測站站名、經緯度座標列表

觀測值資訊

風力: 風速與蒲福氏風級、高程 波浪波高:示性波高 波浪週期:尖峰週期 潮位基準:中潮系統、築港高程

定點歷線圖警戒、行動值

行動值 說明
風力(m/s)
燈號 數值範圍
0m/s < 風速 ≤ 7.9m/s
7.9m/s < 風速 ≤ 13.8m/s
風速 > 13.8m/s
波浪(m)
燈號 數值範圍
0m < 波高 ≤ 1.5m
1.5m < 波高 ≤ 3m
波高 > 3m
海流(cm/s)
燈號 數值範圍
0cm/s < 流速 ≤ 100cm/s
100cm/s < 流速 ≤ 200cm/s
流速 > 200cm/s
潮位(m)
燈號 數值範圍
退潮
漲潮

港區地震整體擷取、傳輸與監測控制流程

本地震系統資料擷取頻率設定為100HZ,其現地監測擷取共有

波高波向與剖面海流即時傳送監測系統係安置固定在海底上的超音波式儀器,觀測時間間隔為1小時, 0-10分每1秒共600筆海流資料,10-44多分每1秒共2048筆波浪資料以及水位、水溫。

  • 地層震動反應感測5層測點:每點均包括水平東西、南北向及垂直向 3ch(頻道)之感測; 目前港區地震查詢所提供的資料為地表(GL)層的部分。
  • 水壓反應感測6層測點。

每點以1ch(頻道)感測,地層震動反應與水壓反應共計感測21ch, 全部以 Cable連結至現地測站機房,21ch(頻道)採同步監測與訊號傳輸, 21ch(頻道)之即時感測資料首先全部集錄預存於機房內之中央集錄系統, 再利用電信局之數位專線傳輸網路,與港研中心監控站之電腦軟體, 將預存中央集錄系統之資料傳輸至港研中心監控站收錄之(如下圖所示)。

中央集錄系統之資料傳輸至港研中心示意圖
中央集錄系統之資料傳輸至港研中心示意圖

臺灣近岸海象預報系統

臺灣近岸海象預報系統-TaiCOMS(Taiwan Coastal Operational Modeling System), 包括臺灣近岸海象數值預報系統作業化的發展建置及與現場觀測資料比對驗證。 近年主要研究目標為國內主要港灣近岸波潮流及海嘯之預警精度及作業化功能精進與應用面擴展。 模式現階段發展方面,風場及氣壓場由中央氣象局提供即時預報資訊, 而各項本土化波浪模式、水位模式、流場模式、海嘯模式、海岸公路波浪溯上模組, 已推算應用於國內主要港口,並持續進行長期性模式校驗。106與107年度透過作業化模擬系統持續性驗證及調校近岸及港域模式, 並進行TaiCOMS系統作業化風場資料改版之相關系統程式更新,測試新增臺中港小尺度水動力模組, 並完成東南海域小尺度水動力模組與小尺度風浪模組建置。

海象模擬作業化系統整體模式架構圖
臺灣近岸海象預報系統整體架構圖

風(壓)場處理系統

本系統採用有限區域預報系統風場預報,主要來源為中央氣象局, 所採用風場屬於中央氣象局於第三代數值預報系統發展計畫時之非靜力平衡預報系統 (Non- hydrostatical Forecast System),簡稱NFS,進行資料解碼及應用, 作為後續海象預報應用。2014年5月後採用氣象局第四代數值預報系統WRF (Weather Research and Forecasting model)之WRF_M00模組WA01、WA02及WA03作業化預報風場資料。 2017年7月後改採用WRF_M05之WD01、WD02風場作為輸入條件。 因此風場處理系統主要目的為下載的天氣數值預報之WRF氣象資料, 擷取所需要的風場層數及範圍,進行資料解碼、重組及內插產生本系統波場及水動力海象模擬所需之格式化風、 壓場資料。依據中央氣象局所提供WRF風場數值模擬使用的海面上10公尺風場及海面氣壓場資料, 現階段仍考量風浪及水動力模組延續性建置三層網格,分別產生本系統定義的西太平洋風場及氣壓(WA01)、 中國海域風場及氣壓(WA02)及臺灣海域風場及氣壓(WA03)等三種不同尺度模式預報資料。

臺灣近岸海象預報系統整體架構圖

西太平洋風場及氣壓(WA01):依據WRF作業模式M05巢狀網格第一層網格(解析度15km)之風(壓)場資料(WD01)產生, 系統輸出資料範圍為西太平洋北緯0°至35°,東經99°至150°。西太平洋風(壓)場網格解析度分為1/6°(或10')之球面座標規則網格,提供遠域風浪模組及水動力模組作業化模擬所需之風(壓)場。

中國海域風場及氣壓(WA02):依據WRF作業模式M05巢狀網格第一層網格(解析度15km)之風(壓)場資料(WD01)產生, 系統輸出資料範圍為西太平洋北緯10°至35°,東經110°至135°,中國海域風(壓)場網格解析度分為1/12°(或5')之球面座標規則網格提供近域風浪模組及水動力模組作業化模擬所需之風(壓)場。

臺灣海域風場及氣壓(WA03):依據WRF作業模式M05巢狀網格第二層網格(解析度3km)風(壓)場資料(WD02)產生,系統輸出資料範圍為臺灣周圍海域北緯20.5°至28°, 東經117.5°至124.5°,臺灣海域風(壓)場網格為解析度1/24°(或2.5')之球面座標規則網格,主要功用為提供目前各港區及藍色公路資料展示,及後續提供近域及小尺度風浪及水動力模組作業化模擬所需風(壓)場。

波浪模擬系統

波浪模式系統共規劃五種尺度的範圍,包括西太平洋範圍(遠域)、臺灣周圍海域範圍(近域)、近岸海域範圍及港域範圍,以期將臺灣海域所有可能預報的的波浪狀況包含在其中,其中近岸海域包含以臺灣本島主要商港為對象及以離島海域為對象的海域。 以下分別就各推算範圍的相關資料進行說明:

遠域風浪模組

以西太平洋北緯10°至35°,東經110°至134°之海域為模擬範圍,屬於大尺度的推算, 其目的是希望得到較佳的近域波浪推算邊界條件,同時也考慮能涵蓋各種侵臺的颱風路徑。 主要應用於WAM(WAve Model)的波浪推算模式,與中央氣象局每日預報之動態風場結合, 數值計算網格解析度0.2°×0.2°(12分網格)。

近域風浪模組

以臺灣周圍海域北緯20.6°至28°,東經117.6°至123.6°為模擬範圍,屬於中尺度的推算,此部分模擬則可以提供近岸範圍模式較高解析度且較精確之邊界條件,主要應用波浪推算模式採用以荷蘭Delft大學發展的近海風浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore)做為基礎並以適合臺灣海域的模式參數改善。近域波浪推算的輸入邊界條件是以巢狀網格計算的觀念,自遠域浪推算結果中擷取近域波浪推算範圍的邊界,與中央氣象局每日預報之動態風場結合,數值計算網格解析度為0.04°×0.04°(2.4分網格)。

近岸波浪模組

以基隆港、蘇澳港、花蓮港、高雄港、安平港、布袋港、臺中港及臺北港等8個主要商港為模擬對象,分別針對各商港近岸海域建置適當的模擬範圍,為小尺度的近岸區域模式系統,主要應用Kirby and Dalrymple (1983)依據拋物線型緩坡方程式所發展的波浪折、繞射模式(REF/DIF,波浪折繞射模式),此模式的輸入邊界條件係承接近域波浪推算的結果,並依據各個商港地區不同特性來規劃計算範圍,各商港近岸波浪模擬採用的數值計算格網為解析度10 公尺之規則網格。

近海風浪推算

以離島如澎湖、金門及馬祖等海域為主要對象,目的提供藍色公路細緻化海象風浪模擬結果,為小尺度的近海推算模式。同近域波浪推算採用SWAN模式,利用巢狀網格概念由近域風浪模組提供開放邊界上風浪模擬之方向波譜資料為邊界條件,澎湖海域近岸風浪推算為例,模擬範圍為北緯22.8°至24.2°,東經1179°至120.56°為模擬範圍,格網解析度為0.008°之規則網格。

港域波浪模組

為細尺度的港域波浪模式,所使用的模式是以橢圓型緩坡方程式為基礎的有限元素法數值模式,推算各港港域內波浪場變化情形。本範圍的推算依據各主要商港地區不同特性來規劃計算範圍,但由於實際應用層面的考量並未直接進行預報模式計算,而是採用單機作業化展示系統,發展成後續應用之驗證模式。

水動力模擬系統

水動力模式系統共規劃三種尺度的範圍,包括西太平洋範圍(遠域)、臺灣周圍海域範圍(近域)、近岸海域範圍及新增臺灣周圍海域模式暴潮模擬,以期將臺灣海域所有可能預報的的潮位、 海流狀況包含在其中。以下分別就各推算範圍的相關資料進行說明:

遠域水動力模組

西太平洋北緯10°至42°,東經105°至150°之海域為模擬範圍,屬於大尺度的推算。主要應用歐盟發展的模式COHERENS (COupled Hydrodynamical Ecological model for REgioNal Shelf seas)作為水位及海流的計算工具,並配合適合臺灣海域颱風作用的颱風模式及參數率定,與中央氣象局每日預報之動態風場結合, 成為本土化應用之潮汐及風暴潮複合動力模式。又稱為西太平洋模式,數值計算網格大小為1/6°×1/6°(10分網格)。

近域水動力模擬

以臺灣周圍海域為模擬範圍,涵蓋北緯21°至26.5°,東經116.5°至125°之海域,屬於中尺度的推算,主要應用歐盟發展的模式COHERENS作為水位及海流的計算工具,並配合發展適合臺灣海域颱風作用的颱風模式及參數率定,與中央氣象局每日預報之動態風場結合,成為本土化應用之潮汐及風暴潮複合動力模式,臺灣環島二維水位及海流模式,此部分為水深平均流速,主要驅動力為潮汐及風驅流,並無洋流的輸入。又稱為臺灣海域模式,數值計算網格大小為1/60°×1/60°(1分網格)。

近岸水動力模擬

以基隆港、蘇澳港、花蓮港、高雄港、安平港、布袋港、臺中港及臺北港等8個主要商港為對象,分別針對各商港及其鄰近海域建置適當的水位及流場模擬範圍,屬於小尺度的近岸區域模式系統,主要應用的各港區近岸水動力模式則採用二維FEHDM模式(Finite Element Hydraulic Dynamic Model,有限元素水動力模式),並依據各個商港地區不同特性來規劃計算範圍,各港口模擬範圍之選取主要以各港口為中心,配合海岸線及地形水深變化進行規劃,離岸之開放邊界則儘量與海岸線平行。基於此,本計畫各港口水動力模式模擬範圍大小在沿岸方向約介於 20km ~ 30km 之間,離岸距離在各港口約介於 10km ~ 15km 之間。且因應藍色公路發展提供細緻化水位及流場模擬資訊,本所已完成澎湖、金門及馬祖等離島海域小尺度近岸水動力模組之建置。

臺灣周圍海域模式暴潮模擬

於101年度開始計畫規劃建置包屬於臺灣周圍海域模擬範圍的中尺度有限元素計算網格,2014年5月後依據中央氣象局預報之數值風速及氣壓場資料WRF_ WA02、WA03風場(WRF_M00)進行運作,2017年7月後改採用WRF_WD01、WD02風場(WRF_M05)作為輸入條件,配合有限元素水動力模式建置新的中尺度臺灣周圍海域範圍暴潮模組,模擬颱風期間臺灣周圍海域暴潮變化現象,並作為發展後續近岸水動力模式之邊界條件,2016年度導入風場及其氣壓場作業化運作。

海嘯模擬系統

由美國康乃爾大學之COMCOT(COrnell Multigrid COupled Tsunami model)海嘯模式及利用互逆格林函數計算方式,建立海嘯波高資料庫,利用Matlab軟體撰寫而成之介面以及遠端擷取之功能,結合為一「臺灣海嘯速算系統」,可推算海嘯發生計算範圍涵蓋環太平洋地震帶,而所建波高資料庫涵蓋基隆港、蘇澳港、花蓮港、高雄港、安平港、布袋港、臺中港及臺北港等8個主要商港。並以高斯波波形在模式地形邊界上入射,模擬此情境下商港區之溢淹狀況,紀錄模擬期間內每個空間點所發生的最大水位高度來當作溢淹高度,建置臺灣主要商港溢淹災害潛勢圖,透過作業化整合建置提供海嘯預警資訊。

提供資料更新頻率,例如風1日4報等等提供平面分佈圖動畫輪播呈現時間區間說明, 例如提供昨天、今天、明天共73小時

海流分析圖

海嘯數值模式

本計劃主要採用美國康乃爾大學土木與環境工程學系團隊發展出COrnell Multigrid COupled Tsunami model(COMCOT)模式, 該模式於海陸交界面採用移動邊界條件,不同尺度之海嘯傳遞則是利用多層巢狀網格加以模擬。 因此,該模式可模擬溢淹及遠/近岸之海嘯傳遞。

T 為時間,x、y 為直角座標系統,為自由表面之變動水位,H 為全水深(水深加上波高); P 為 x 方向之流量,Q 為 y 方向之流量,g 為重力加速度,f 為科氏參數, x 、 y 為 x 及 y 方向底部摩擦係數。 數值方法主要是採用有線差分法,線性項以中央差分法來做離散處理;而非線性對流項則利用上風法進行離散處理。

淺水波方程式

模式模擬時,以線性淺水波方程式計算時,於海陸交界的邊界將視為一面垂直的牆, 因此波在此處的最大溯上高度是以鄰近一點的最大波高來計算;若以非線性淺水波方程式計算時, 則海陸邊界為一移動邊界,當波高大於進入陸域的高度時,根據移動邊界條件, 海水將可以進入陸域進行網格計算,此溯上計算功能,可模擬出海嘯侵襲於陸域時之溢淹範圍。 多重巢狀網格即是在遠洋區域及近岸區域選用不同的網格大小進行海嘯的傳播模擬, 同時兼顧兩者需求,也提高海嘯模式的效率。


實例驗證及應用

2010年 智利海嘯事件

本中心在基隆港東防波堤外水深44m處設置的剖面海流表面波浪與潮汐之監測系統。 儀器設定的觀測頻率為1Hz,紀錄每小時的第10至第44分鐘觀測水位及水分子運動速度。 根據中央氣象局預測,海嘯波從智利外海約需經過26小時後抵達基隆,其時間為2010年2月28日下午四點多。 故此研究取2010年2月28日的水位資料來進行驗證海嘯的水位高度。驗證結果如圖1所示, 計算結果與實測資料相當接近。

2010年智利海嘯,模式計算結果(MW=8.8)與實測資料之比較圖

2011/3/11 東日本海嘯事件

本系統實際應用於東日本海嘯事件對台灣各國際商港之水位預測。 台灣時間2011年3月11日下午1點46分於日本發生芮氏規模9.0之大地震, 以下簡介利用台北港之水位變化與計算之結果。

利用 EEMD 法濾除台北港之潮汐水位以及利用美國地調所 USGS 所公佈之地震參數(如圖 2), 模式預測結果與實測水位之比較則如圖 3 所示。模擬結果台北港部分波高大約一致, 到達時間約提前十幾分鐘。其結果在運算速度與預報功能上都相當符合實際需求。

左圖為台北港系統模擬水位(紅線)與實測水位(藍線比較),右圖為美國地調所USGS所公佈東日本海嘯之參數

腐蝕環境分類

大氣腐蝕環境區分為C1、C2、C3、C4與C5五個等級, C1表示腐蝕性非常低(very low), C2表示腐蝕性低(low), C3表示腐蝕性中等(medium), C4表示腐蝕性高(high), C5表示腐蝕性非常高(very high),CX表示腐蝕性極端高(extra high),應用於特定海洋和海洋工業環境。

濕潤環境分類表
氯鹽腐蝕環境分類表
二氧化硫腐蝕環境分類表
金屬大氣腐蝕環境分類表(以環境因子分類)
大氣腐蝕環境分類-以各種標準金屬最初第一年之腐蝕速率區分

螺旋金屬腐蝕試驗設備及設置地點

針對碳鋼、鋅、銅、鋁四種金屬,選擇適當位置進行現地暴露試驗並以重量損失法計算其腐蝕速率。參考CNS 13753大氣腐蝕性測定標準試片製作,採用螺旋狀標準試片。 試片的材料如下:
 1)碳鋼:非合金碳鋼(Cu=0.03~0.10%, P <0.07%),
 2)鋅:98.5%以上之純度,
 3)銅:99.5%以上之純度,
 4)鋁:99.5%以上之純度;
將以上金屬之線材,線材直徑2~3 mm,碳鋼線材直徑為2.65mm,鋅線材直徑為2.35mm,銅線材直徑為3.0mm,鋁線材直徑為2.4mm 剪取約1000 mm 長度,纏繞在直徑為24 mm 的圓棒上,製成螺旋狀試片。

螺旋狀試樣構造示意圖

螺旋狀試樣構造示意圖


金屬線材試樣曝放裝置圖

金屬線材試樣曝放裝置圖

設置地點:
為選擇長期、固定及安全的試驗場址,本計畫協調臺灣港務股份 有限公司、交通部公路總局、交通部臺灣鐵路管理局、海洋委員會、 巡防區指揮部、經濟部工業局工業區服務中心、內政部營建署國家公園管理處、台灣高速鐵路股份有限公司、臺北自來水事業處、台灣電力股份有限公司、台灣中油股份有限公司、中國鋼鐵股份有限公司、台塑石化股份有限公司與各地學校,在其單位內安裝大氣腐蝕試驗器 材。共計設置氯鹽沉積量 66 個試驗點,二氧化硫沉積量 55 個試驗點, 金屬試樣曝露試驗 94試驗點。


現地曝露試驗點分佈圖

現地曝露試驗(碳鋼、鋅、銅、鋁螺旋狀試樣)點分佈圖

板狀金屬腐蝕試驗設備及設置地點

依據 CNS 13753,量測大氣腐蝕速率的試片有兩種,一種為螺旋 狀試片而另一種為板狀試片;為避免螺旋狀試片在長期(一年期以上) 暴露後因腐蝕而消耗殆盡,今參考 ASTM G 50-76 “Standard Practice for Conducting Atmospheric Corrosion Tests on Metals”規範製作板狀試片, 藉以瞭解金屬長期(一年期以上)的腐蝕速率。
試片準備如下:

1. 試片種類:碳鋼、鋅、銅、鋁四種金屬,各金屬成份依據 CNS 13753 (ISO 9226)規範準備,即 1)碳鋼:非合金碳鋼(Cu=0.03~0.10%, P < 0.07%),2)鋅:98.5%以上之純度,3)銅:99.5%以上之純度,4)鋁: 99.5%以上之純度。

2. 試片尺寸:依據 ASTM G 50-76,長度 150 mm、寬度 100 mm、厚 度 5 mm 的試片。

3. 試驗期程:10 年。

4. 取樣頻率:6 次,即第 1、2、3、5、8、10 年每年一次。

5. 試片數量:以重量損失法進行腐蝕速率量測,每一試驗點各金屬各 須 24 片試片(每次取樣 3 片,重複取樣 6 次,5 片備用,1 片為對照) , 共 96 片試片。

6. 設置地點:選擇足以代表本島不同腐蝕環境之區域,如腐蝕嚴重的 鹽害區、工業區,以及腐蝕較輕微的鄉村區(對照組)等 3 處。鹽害 區選定為臺中火力電廠,工業區選擇兼具鹽害影響的麥寮工業區, 而鄉村區則為溪頭森林區。

7. 大氣暴露試驗架設置:大氣暴露試驗架依據 ASTM G50-76 標規範設 置;試驗架離地距離大於 760 mm,試片設置角度與垂直面成 30o角 且面向南方,試片固定座採用絕緣材料。

大氣腐蝕

本計畫的主要目的為進行臺灣全島大氣腐蝕因子調查與研究,並建立完整的「本土化」大氣腐蝕因子資料庫,完成臺灣大氣腐蝕環境分類,以利日後新建與既有之金屬結構物的防蝕設計與維護管理依據。


研究方法

文獻蒐集整理分析

  • 蒐集國內外大氣腐蝕測試之相關規範與文獻,包括ISO、CNS等規範,整理分析相關要點與腐蝕速率估算方式。
  • 蒐集臺灣過去大氣腐蝕因子與腐蝕速率之變化趨勢,以獲得本土化大氣腐蝕與防蝕數據。

氣象與空氣資料蒐集與分析

  • 蒐集中央氣象局及相關研究單位在暴露期間與過去歷年之氣候資料,針對氣溫、相對濕度、降水量、日照時數、風速、風向等因子進行歷年變化與季節性分析比較 。
  • 為瞭解空氣中污染物分佈的狀況,蒐集環保署等相關單位空氣品質監測之一氧化碳(CO) 、二氧化硫(SO2) 等污染物濃度,進行歷年變化與季節性分析比較 。

大氣腐蝕因子調查建置

  • 研究範圍:臺灣本島區域。
  • 調查項目:
    1. 相對溼度:蒐集中央氣象局與相關研究單位之調查資料進行分析 。
    2. 氯鹽(Cl-)沉積量:依據CNS 13754,大氣腐蝕性(污染之測定)規範測定 。
    3. 二氧化硫(SO2)沉積量:依據CNS 13754,大氣腐蝕性(污染之測定)規範測定。

現地暴露試驗

  • 參考CNS 13753大氣腐蝕性測定標準試片製作,採用螺旋狀標準試片。

取樣頻率

  • 於每一試驗點依調查項目建置一組採集裝置與試片,取樣頻率約為每季一次。
  • 針對氯鹽與二氧化硫的調查,測試回收後的樣本進行沉積速率分析,繪製沉積速率等位圖;金屬試片則以重量損失法進行腐蝕速率分析,以探討季節與區域的關聯性。
  • 此外,為瞭解臺灣全島長期(約一年期)空氣污染物的累積量與腐蝕速率趨勢,在各試驗場址設置一組長期之採集裝置與試片,以進行季節性與一年期之比較。

資料蒐集與分析

  • 分析每一次採樣之成果與趨勢,繪製相對濕度、氯鹽與二氧化硫沉積量等位圖。
  • 以重量損失法估算現地暴露試驗試片之腐蝕速率,分析每一次採樣之成果與趨勢。
  • 以一年暴露試驗之試片腐蝕速率以及試驗點之相對濕度、氯鹽沉積速率與二氧化硫沉積速率,依據CNS13401規範,進行大氣腐蝕環境分類。
  • 比較環境因子與現地暴露試驗腐蝕速率測定結果,分析現地暴露試驗與環境因子的關聯性。

大氣腐蝕因子資料庫建立

  • 系統功能規劃 :進行資料輸入與查詢模組開發,分析結果將以圖資系統配合臺灣地圖導入。
  • 系統架構規劃 :本系統之架構主要分為資料存取、資料處理與資料查詢三大模組。
  • 電腦環境規劃:為考慮資料查詢的便利性,本系統將以網路作業方式進行開發。

水下金屬腐蝕試驗設備及設置地點

1. 材質型式: 試片採用港工結構材使用之試片,分三種型式為碳鋼 (SM490A)、不鏽鋼(SS316L)、低碳鋼(SS400) 。

2. 試片之大小:為適合海中附生物之附著。軋鋼材質料試片大小均為 15cm×10cm,厚度則分別為碳鋼(SM490A)1.0cm、不鏽鋼 (SS316L)1.0cm、低碳鋼(SS400)1.0cm。

3. 試片架設計: 為配合當地港工結構之條件,設計須考慮穩定性、試片置放及取樣難易程度等每一試片皆有兩只通孔,使用不鏽鋼螺栓及螺帽,固定於承載試片主架上,螺栓與螺帽使用絕緣材質墊片,以防止電化學腐蝕效應。

4. 試片架的曝露位置: 分別安放於飛沫帶、潮汐帶、水中帶3 個位置每層架置 45 個試片,共 135 片,如下圖所示,以膨脹螺絲接合施作於混凝土牆面固定。

水下金屬腐蝕試驗架示意圖

水下金屬腐蝕試驗架示意圖


5. 2015 年起已陸續完成建置基隆港、蘇澳港、花蓮港、臺中港、安平港、布袋港、高雄港#10 碼頭、高雄港 #40、高雄港#75 碼頭、馬祖福澳港、金門水頭與料羅港區、澎湖龍門港等國內商港水下試驗架與試片安裝,共建置 14 個試驗點

6. 試驗期程: 依實際需求規劃或 10 年期。

7. 取樣頻率: 第 1、2、3、5、8、10 年期等。

水下腐蝕

台灣為四面環海,沿海除了有海港碼頭、防波堤等港工設施外,鑽油平台、跨海大橋等皆處於海洋環境中。而一遇颱風來襲則造成重大損失,如民國八十三年提姆、道格颱風過境,造成花蓮港、蘇澳港、龍洞遊艇港及高雄港等各港口,多處港工設施之破壞、沈陷等重大損害。顯示出相當部分的港工設施,已面臨或提早到達設計之年限,究其原因,各港工結構面臨險惡之海洋環境而被腐蝕、侵襲,造成材料之彈性疲乏,強度損失,以致使用年限大為縮短應為重要因素之一。


研究方法

水下金屬長期曝露試驗

  • 為建立臺灣地區長期金屬材料水下腐蝕資料庫,擬安裝水下金屬曝露試驗架於基隆港、臺中港、花蓮港、蘇澳港、高雄港、金門港區、馬祖港區等國內商港,藉此了解港區在不同環境、金屬材料、海洋生物附著、海水水質等對金屬材料腐蝕之長期研究。

港區海水水質量測分析

  1. 文獻蒐集整理分析
    • 從過去本所相關研究,廣泛搜集海洋與港灣鋼結構物腐蝕之因子及彙整歷年來至今於臺灣商港碼頭鋼板樁之腐蝕速率與相對應位置之海水成分中溶氧量、酸鹼度、溫度、氯鹽之水質資料,區分各碼頭、不同水深,不同鋼板樁型式,水質環境因子等項目,探討金屬腐蝕與環境因子等方面行為之差異互動,並比較各環境因子之關聯性及顯著性。
  2. 海象與水質資料蒐集與分析
    • 蒐集環保署及港務公司相關研究單位在海水水質分析資料,針對氯鹽、酸鹼度、溶氧量、水溫、流速、海生物等因子進行歷年變化與季節性分析比較。
  3. 水下腐蝕環境調查建置
    • 研究範圍:臺灣商港(基隆港、蘇澳港、花蓮港、臺北港、臺中港、安平港、高雄港、金門港水頭與料羅港區)。
  4. 調查項目
    • 各港區碼頭進行海水水質分析,取樣頻率約為每季一次。
    • 各港區水下腐蝕長期試驗架安裝。試驗期程:1、2、3、5、8、10年等6個期程。
    • 安裝位置:臺中港1號碼頭西側(103.10.27安裝)、門水頭與料羅港區 (104.11.17安裝)。
    • 安裝數量:金屬曝露試驗架安裝於大氣帶、潮汐帶、水中帶共計三座試驗架。
  5. 資料蒐集與分析
    • 將每一季採樣水質進行分析試驗,繪製氯離子、硫酸根離子、溶氧量、導電度、酸鹼度、水溫等趨勢圖。
    • 以重量損失法估算現地暴露試驗試片之腐蝕速率,分析每一次採樣之成果與趨勢。
    • 比較水下環境因子與現地暴露試驗腐蝕速率測定結果,分析現地暴露試驗與環境因子的關聯性。
  6. 水下腐蝕因子資料庫建立
    • 系統功能規劃 :進行資料輸入與查詢模組開發,分析結果將以圖資系統配合臺灣地圖導入。
    • 系統架構規劃 :本系統之架構主要分為資料存取、資料處理與資料查詢三大模組。
    • 電腦環境規劃:為考慮資料查詢的便利性,本系統將以網路作業方式進行開發。

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以太陽能板供應電源,即時監測資料以無線通訊設備回傳本中心,經後端軟體處理後再將資料傳輸至伺服器資料庫內。

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壓力式潮位儀

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以太陽能板供應電源,即時監測資料以無線通訊設備回傳本中心,經後端軟體處理後再將資料傳輸至伺服器資料庫內。


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挪威NORTEK公司所製造超音波式波浪暨海流監測儀,固定於各港域底床, 觀測資料透過海底電纜傳回岸上接收設備,藉由無線通訊設備將觀測原始資料傳輸至伺服器資料庫內。

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