第三章 研究方法
3.2 模型建立
本模擬所用數值模型的示意圖繪製於圖 3-2，圖中模型最上方區域為大氣連 通邊界，而最底部為無通量邊界，此邊界用來模擬不透水層。最左下與最右下網 格為固定端，用來給予流場一個穩定的左右端水頭差，而最左上與最右上網格亦 為固定端，用來提供模擬大氣邊界所需的固定壓力。緊鄰大氣邊界的下方即為土 層，在土層中引入一個洩漏源 S 來模擬油品洩漏，在 S 水平距離 L 外之處引入 整治井 W，W 將開篩在地下水位面附近。而在本研究中透過改變 L 來比較不同 佈井位置整治效益的差別，並改變土層孔隙率來探討孔隙率對整治效益的影響，
最後改變 W 的負壓大小，探討負壓對整治效益的影響。
使用數值模型模擬污染場址之整治可分為三個階段，第一階段為建立未污染 地下水流場，第二階段為模擬油品洩漏，第三階段為引進整治井並模擬抽油整治。
以下分別就此三階段分別說明建模過程。
圖 3-2 模型示意圖
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Horizontal Intrinsic Permeability Vertical Intrinsic Permeability Porosity
1.0×10-11 1.0×10-12 0.3
Stone's Model Parameter
n Swr Snr Sgr
3 0.1 0.05 0.05
Paker 3-phase Model Parameter
Sm αgn αgw n
0 100 110 1.84
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圖 3-3 網格示意圖
本研究中將地下水水位於左端設置於-6 m 而於右端設置於-7 m，從而使整個 模型產生 0.0025 之水力坡降。地表降雨入滲在本研究中未予以考慮。因 TMVOC 無法求解穩態解，本研究中必須以長時間的暫態模擬來得到穩態解。在模擬長時 間的地下水流後，可得到一相對穩定的流場，如圖 3-4 所示，該流場水流方向皆 為平行 X 方向，而此流場將用於後續模擬油品洩漏。
圖 3-4 穩定之地下水流場
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3.2.2 洩漏階段之模擬
為了避免邊界效應，洩漏點位置將設在稍偏上游處，且為了模擬大型儲槽實 際洩漏行為，洩漏點應設置於貼近地表之網格，最終本研究將洩漏點中心座標設 為 X=110，Y=105，Z= -1.5，洩漏點在模型中的相對位置可參考圖 3-5。
本由究所使用之油品為汽油，而為了真實模擬油品於土壤中之遷移行為，本 研究不將油品以單一物質替代，而將是將其中每個成分獨立設立一個 Source。本 研究將汽油簡化為五成分，分別為苯、甲苯、乙苯、二甲苯、正辛烷，其各自的 重量百分比如下：苯 3.5%、甲苯 7.0%、乙苯 5.5%、二甲苯 1.5%、正辛烷 82.5%。
模擬洩漏速率設定為每天 0.5 m3，即每天 1826.25 kg，據此計算各個污染物的洩 漏速率如下：苯 1.58×10-4 kg/s、甲苯 3.15×10-4 kg/s、二甲苯 6.759×10-5 kg/s、
乙苯 2.48×10-4 kg/s、正辛烷 3.72×10-3 kg/s。滲漏時間訂為 10 年，故可預估 10 年後總滲漏量可達到 1,142,802.8 kg。滲漏速率彙整於表 3-2。在 TMVOC 中所使 用的化學參數請見附錄。而在研究過程中尋找油品化學性質時，時常只找到某一 特定溫度下的數值，抑或是無法找到 TMVOC 內建公式所使用之參數。為了順 利完成模擬，本研究將模型維持在恆溫 25℃，讓化學參數不會因溫度變化而產 生改變。
為了研究孔隙率對整治效率的影響，本研究將對兩個不同孔隙率之場址以相 同洩漏速率進行油品散佈。模擬結果，在孔隙率 0.3 之場址 10 年後留於場址中 的總油品共有 1,422,851 kg，而在孔隙率 0.4 之場址共有 1,422,901 kg，與估計值 1,142,802.8 kg 相比僅有十萬分之三與十萬分之七的誤差。
圖 3-5 洩漏點位置
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表 3-2 洩漏量設定
3.2.3 整治階段之模擬
本階段將前述洩漏場址作為模型的初始條件（Initial Condition），並在模型 中引入 Sink 來模擬整治井。為了貼近現實狀況，Sink 形式採用 Deliverability Model，
而非使用 Mass Out。Sink 之水平位置設置在一條通過洩漏點而平行於 X 軸之直 線上，如圖 3-6 俯瞰圖所繪，整治井 W 將不會設在洩漏點 S 的 Y 方向上。而如 圖 3-6 側視圖所繪，Sink 深度將設在地下水位所在的 Z＝-6~-7 m 網格。本研究 中使用之 Sink 參數列於表 3-3 中。
圖 3-6 Sink 位置示意圖 表 3-3 Sink 參數
Production Well Radius (m) 0.1016 Skin Factor 0 Productivity Index (m3) 1.78×10-11 Bottomhole Pressure (Pa) 90,000
Benzene Toluene Ethylbenzene Xylene Octane Weight Percent (%) 3.5 7.0 5.5 1.5 82.5 Leakage Rate (kg/s) 1.580×10-4 3.150×10-4 2.480×10-4 6.759×10-5 3.720×10-3
Total VOC Mass
after 10 Years (kg) 49,861.0 99,406.4 78,262.8 21,329.8 1,173,942.7
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3.2.4 模型簡化 關閉分子擴散
本研究中因為參數收集上的困難，關閉了分子擴散這一物理機制。分子擴散 對污染物傳輸的影響多寡可以 Peclet Number 來觀察，Peclet Number 一般可以兩 種形式表示（Fetter, 1999）
d
由 Peclet Number 可知分子擴散在本研究中不具有明顯影響。但以上推導僅針對 飽和帶地下水中溶解相油品而言，實際上油品還有一部分散布在通氣帶中，此區
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圖 3-7 地下水位波動對油品回收的影響 （Rasmusson et al, 2009）
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Weight Percent (%)
Aromatic
Benzene 3.5 Toluene 7.0 Ethylbenzene 5.5 Xylene 1.5
Aliphatic
Cyclopentane 24.5 Heptane 20.0 Isooctane 20.0
Ether MTBE 18.0