第二章 文獻回顧
2.5 數值模擬
國內外已有多種數值模擬軟體，均可選擇模擬不同污染物傳輸或降解行為的 模式。應用於模擬污染場址地下水污染團傳輸速度與濃度分佈，提供場址內外整 治與風險評估之工具。國內外目前常用於地下水污染傳輸模擬數值模式之介紹，
如表2-13。其中地下水溶質傳輸模擬當中，又發展出符合地下水環境，多組污染 物和地下水質之間化學反應和降解反應作用之模式，以下也分別介紹RT3D、
SEAM3D、PHT3D之反應模組。而目前可用的圖形化輸出入界面中，有PMWin、
Groundwater Vistas、Visual Modflow 、GMS、Petra Sim等地下水模擬軟體配合 其使用之污染傳輸數值模式，見表2-14。黃佳雯(2005)研究顯示地下水溶質傳輸 機制中藉數值模擬軟體MT3DMS、FEMWATER、AT123D來評估導水度的敏感 度，發現在水文地質參數中導水度為敏感度最高的參數。
RT3D、SEAM3D、PHT3D都是改良於MT3DMS模式地下水溶質傳輸帄流延 散數值模型，使地下水環境中生化反應變化更貼近實際模擬情境，但模式的發展 各有不同之使用情況與目的。
一、 RT3D (Reactive Multispecies Transport in 3-Dimensional Groundwater Systems)模式提供常見之化學反應模組，主要分成六種化學反應模組，且可自訂 化學反應模組:
1. 模擬BTEX碳氫化合物和地下水含氧量作用，氧化降解反應模組。
2. 模擬BTEX碳氫化合物生物降解反應模組，如圖2-12，包含電子接受者 如O2, NO3-, Fe3+, SO42-, CO2。
3. 模擬固相與液相分配作用和降解模式。
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4. 模擬細菌生化反應影響電子接受者和電子供應者生物降解作用。
5. PCE/TCE/DCE/VC序列式厭氧還原脫氯作用一階降解反應模組。
6. PCE/TCE/DCE/VC好氧氧化反應和厭氧還原脫氯反應一階降解反應模 組。
圖 2-12 RT3D 碳氫化合物生物降解反應式(Clement, 1997)
二、 SEAM3D (Sequential Electron Acceptor Model 3-Dimensions)數值模型模擬 三維地下水溶質傳輸，包含序列式生物降解和電子接受者還原反應。處理複雜的 生物降解問題，包含多組電子供應者和電子接受者之間的反應作用。此模式主要 為模擬地下水氧化還原環境中，LNAPL和DNAPL與地下水質之間生化反應的模 組。化學物質包含MTBE、BTEX、PCE、TCE、DCE、VC、含氧量、氯鹽、硝 酸鹽、硫酸鹽、甲烷、鐵、錳等之間交互作用之模組設定，如表2-12。SEAM3D 也包含內建NAPL有效溶解率溶解作用，基於NAPL成分複雜，各種有機溶劑於 地下水有效溶解度之不同，而發展NAPL有效溶解量之設定。
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表2-12 SEAM3D模擬電子接受者生物降解作用最終產物 (Widdowson, 2001)
三、 PHT3D (A Reactive Multicomponent Transport Model for Saturated Porous Media)，此數值模型為結合兩種模式所發展而成，MT3DMS (v5.2)模 擬污染物質於地下水傳輸和PHREEQC-2 (v2.14)水質化學反應模組。模式模 擬地下水環境中，水質化學物質對地下水污染溶質傳輸之作用，其帄衡與動 態反應如NAPL生物降解作用氧化還原反應，模擬也包含礦物質溶解和沉澱 作用帄衡反應、動態變化，陽離子(Mg2+
, Ca
2+, Na
+等)交換帄衡反應，複合 物化學帄衡反應。模式提供各種水質參數設定，完整模擬地下水質環境與污 染物質交互作用。37
表 2-13 模式介紹
模式 用途目的
MT3DMS 地下水三維溶質傳輸模型，簡單的單成分污染物降解反應和吸附 作用(Zheng and Wang, 1999)。
RT3D 模擬地下水中多種化合物三維反應傳輸模式，內建六組化學反應 模式，內含 LNAPL 和 DNAPL 且可自定化學反應模式(Clement, 1997)。
SEAM3D 模擬複雜的生物降解行為，包含多組電子供應者和多組電子接受 者之化學反應和溶質汙染傳輸模擬(Widdowson, 2001)。
UTCHEM 模擬飽和和非飽和地下水流 NAPL 三維多相流、多成分組成的傳 輸模式(UTA, 2000.)。
ART3D 三維解析解法溶質傳輸模型，可以很快找到模型區域中任一點的 精確解(Clement, 2001)。
FEMWATER 模擬飽和和非飽和地下水流和溶質傳輸的三維有限元素模型，還 可用於模擬鹹水入侵等密度變化的水流和傳輸問題(Yeh, 1996)。
PHT3D 內建地下水環境水質成分和化學反應程式，多種汙染物化學變化 溶質汙染傳輸模式(Prommer, 2001)。
MODFLOW-SURFACT
模擬三維水流、NAPL 和溶質傳輸，包含不同污染物和降解行為，
及飽和與非飽和水流之傳輸模型(Hydrogeologic Inc. 1996)。
TOUGH2 放射性核種之熱傳模擬。氣相與液相之熱傳現象，可模擬非等溫 之多相、多成分之地下水流與溶質傳輸(Pruess, 1999)。
T2VOC 地下水層中之傳輸、揮發、溶解與吸附等，可考慮多相系統之傳 輸(Pruess, 1995)。
TMVOC 多相系統之傳輸，考慮熱傳對於溶質傳輸之影響、VOCs 之吸附、
揮發、溶解與生物降解，內建多種 VOC 可供使用(Pruess, 2002)。
表 2-14 圖形化介面軟體對應可用之模式
圖形化介面軟體 污染物傳輸數值模式
Groundwater Modeling System, GMS MT3DMS、RT3D、SEAM3D、
UTCHEM、ART3D、FEMWATER、
MODFLOW-SURFACT Visual Modflow MT3DMS、RT3D、PHT3D、
MODFLOW-SURFACT Groundwater Vistas MT3DMS、RT3D、
MODFLOW-SURFACT
PMWin MT3DMS、RT3D、PHT3D
Petra Sim TOUGH2、T2VOC、TMVOC
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