3維海域各邊界網格元素前置建立

3維港灣附近海域各邊界網格元素建構

連絡人周宗仁開始日期 2023.07.15 更新日期 2024/04/20 回港灣海岸工程手冊

總論

港灣附近海域及港內港池配置各種結構物，如突堤碼頭、消波堤、船渠等，在港口則配置防波堤，為遮蔽波浪侵入港口可能建造離岸防波堤，這些港灣結構物的特徵是均為細長狀結構。進行數值計算用網格(mesh)時，為避免在這些細長結構內產生不必要的網格，可能必要花一番功夫。另因必要取得地形水深資料，必要建立電子海圖，以利在建立網格時同時將水深資料納入。本法如下圖，利用 Delaunay triangulation 對自由水面及海底面建立數值分析網格，海岸碼頭邊界、起始及左右假想邊界則編寫自動分割程式。本法主要目的是應用3D邊界元素法解析港灣附近海域的3D水理數值模擬，作為波場、潮流場、海濱流場及漂砂場等模擬的前置網格作業。首先建立三角形元素網格，然對流場使用四邊形元素可能有利於物理量解析，因此將谷口健男的Fortran將三角形元素網格轉換四邊形網格程式移植至Visual Basic。

進行網格分割時、必要從物理複雜性及地理幾何學2方面考量。通常在物理量變化複雜處必要採用較細的分割，此外在地理幾何變化細緻處亦必要採用較細的分割。如上所述港灣結構物的特徵是均為細長狀結構，又港內碼頭線與突堤交接處會星現凹角，進行Delaunay三角分割必要特別留意(詳參港灣附近海域三角形元素網格自動生成)。以波場為例，港內水面因有防波堤存在的效應，一般越入港內，水面波動會趨緩和，以物理現象而言網格應可採用較粗網格，但是以地理幾何必要採用較密網格。此外因港灣結構物特徵為細長狀結構，邊界上若配置較疏節點時進行Delaunay三角分割會產生錯誤(詳參港灣附近海域三角形元素網格自動生成)，因此在執行第1專案(海圖及港灣模型繪製)，就必要以試誤法選定港池邊界節點的間隔，正確選定爾後就一帆風順，使用者必要耐心試誤。例如小型船渠，船渠內物理量變動少可採用琉網格，但為正確表示其港形卻必要大量細網格，會造成困擾，此時基於物理現象可考量忽略船渠。若有配置短消波突堤，為正確表示該突堤會產生多量綑網格，同樣以物理觀點不需要配置多量綑網格，亦可考量予以忽略。內港口防波堤為加強結構會將堤頭設計成T狀，基於前述相同理由可將T型堤頭簡化成直線型。

本模式的關鍵為網格及邊界節點間隔大小的選定，選定時除必要做數值計算上的考量外，尚必要考量上述因素。目前尚無規則可循，需依試錯法決定，目前可知者為邊界節點間隔密者可得到良好結果，但考量上述因素，必要擇適，三角形網格尺寸大於界節點間隔，因三角形網格轉換戌四邊形網格後尺寸約減半，而數量會增加約1倍，視港形而異。

本法採用Delaunay三角分割，會產生一些不必要的三角形元素，必須加以去除(詳參港灣附近海域三角形元素網格自動生成)。但是有時會將凹角處必要的三角元素一併去除，其補救方法是在凹角前方水面配置固定加強點即可(詳參海域邊界及內部節點生成)。

本法分成下列5個專案，依序使用。作為電子海圖使用只需執行第1個專案，可單獨使用。欲使用三角形網格模式依序執行第1～3專案。第1專案為電子海圖建立。除必要利用滑鼠鍵入等水深線座標外，如上所述，鍵入港池配置是模式能否成功的關鍵，詳細說明如港灣附近海域三角形元素網格自動生成。第2～5專案只需依揩示執行即可。

各專案操作說明及注意事項請參照下列網頁。

5.3維港灣附近海域各邊界網格元素前置建構(本網頁)

為方便使用將上述5個專案整合成1個專案，起始畫面如下，可共用1個資料夾，下載方法如下述。

執行1～4專案後，執行 5.港灣海域地理模型，依序執行。執行「海底邊界網格製作」產生當機時，檢查.SquareData_bed及.SquareData_surface檔，若xyz座標部分出現？？，表示第1專案的「碼頭水深」項，即港池邊界節點配置不恰當，此時必要依港灣附近海域三角形元素網格自動生成所述說明，重新執行「1.海圖及港灣模型繪製」的碼頭水深修改項，再依序執行各專案。