5-1 現地場址應用
本研究發展具多內部源二維多物種溶質傳輸模式，並應用此模式分析自然衰 減下的含氯有機污染場址。案例參考 Clement et al. (2000)之 Dover 空軍基地污染場 址（Dover site），其中包含 13 處推測之污染源位置，而污染物主要為含氯有機溶 劑 PCE 和 TCE，模式配合現地水文地質參數模擬場址含氯污染團之傳輸與衰減情 形，預測場址於 10、20、30 及 40 years 的污染團濃度分布情境，並與 Clement et al.
(2000)之 PCE 及 TCE 現地濃度數據分布圖做比較。本章節主要分成三部分介紹 Dover site 含氯有機溶劑污染場址，包含(1)背景介紹(2)污染物分布及現地參數(3) 模式現地場址應用。
5-1-1 背景介紹
過去各種軍事行動的作業造成 Dover site 土壤與地下水污染。污染物包含碳氫 燃料和含氯溶劑 PCE 和 TCE。場址北部中央之 TCE 污染團被檢測出是全區最大 的污染團。多物種污染團源於過去各種飛行載具維修作業產生的廢棄物或滲漏。相 對 TCE 污染團而言，較小的 PCE 污染團亦源於這些污染源。1994 年工業和政府 機關聯盟組織－整治技術研究論壇(Remediation Technology Development Forum, RTDF)的含氯溶劑生物整治工作團隊開始進行監測式自然衰減法於 Dover site 含氯 有機污染場址的可行性評估。監測式自然衰減法係指在非人為介入下，合理時間內 利用土壤及地下水系統物理或化學、生物反應等自然過程將土壤或地下水中的污 染物予以清除或減少。現地過程包含生物降解、延散、稀釋、吸附、揮發及污染物 化學或生物穩定、轉化或破壞作用。計畫決定採用監測式自然衰減法作為整治方法 必須仰賴足夠的現地場址特徵資料。此外，為了表現場址整治方法的效能評估需要 利用解析或數值方法模擬複雜的降解過程。由於大多數污染問題涉及多物種污染
5-1-2 污染物分布及現地參數
根據 Clement et al. (2000)現地蒐集的污染物資料顯示，污染物大多為含氯有機 溶劑 PCE 及 TCE，且地下水監測資料亦顯示 TCE 為主要污染物，其次為 PCE。如 圖 5-1 所示，場址內有 13 處推測之污染源位置，皆位於場址北部中央位置。場址 地下水位等高線如圖 5-2 所示，如圖可知場址為非均勻流場，根據文獻指出，地下 水流大致從東北往西南方邊界 St. Jones 河灣流去。
根據文獻中的污染源分布位置與污染物的傳輸特性，本研究沿著主要地下水 流方向發展一個概念化流場模型如圖 5-3 所示，流場長 2000 m、寬 1000 m，地下 水流沿著 x 方向速度為 66.75 m year−1，縱向延散係數為 813.83 m2 year−1，側向延 散係數為 162.77 m2 year−1，現地參數如表 5-1 所示。設定 13 個污染源注入，且每 個污染源為 1m×1m 的正方形區域，並考慮主要污染源為 PCE 及 TCE，模擬時間 總長為 40 years，且每 10 years 為一個單位共分四個周期，每個周期所釋出之 PCE 及 TCE 質量均不同，質量釋出率如表 5-2 所示。
5-1-3 模式現地場址應用
由於過去軍事作業產生的廢棄物處置不當，造成 Dover site 土壤與地下水受到 含氯有機溶劑污染，RTDF 遂利用監測式自然衰減法進行場址整治，本研究利用發 展的具多內部源二維多物種解析解模式配套 Dover site 現地水文地質參數，模擬場 址整治後污染物之衰減與傳輸情形。如表 5-2 所示，在數學模式設定上考慮場址內 13 個污染源於四個週期之 PCE 及 TCE 污染源注入情形，分別模擬場址於 10、20、
30 及 40 years 的 PCE 及 TCE 污染團濃度分布情境，並與 Clement et al. (2000) t=40 years 之 PCE 及 TCE 現地濃度數據分布圖做比較。
5-2 結果與討論
圖 5-4 至圖 5-7 為本研究所發展之模式模擬 Dover site 含氯有機污染場址於 10、
高濃度的點源釋放，為表 5-2 中第 5 號污染源造成流場濃度集中現象，隨著模擬時 間增加，污染物也隨著地下水流遷移，在模擬時間為 20 年時，第 5 號及第 9 號污 染源濃度達到最高，以 PCE 污染團濃度 200 μg/L 區域面積為例，此時面積達到最 大，模擬時間為 30 年時，面積逐漸縮小，由表 5-2 的質量釋出率發現第三周期(模 擬時間達 30 年)之後各 PCE 污染源之質量釋出率開始下降，而在模擬時間為 40 年 時濃度200 μg/L 區域面積為最小，表示 PCE 之質量釋出率漸趨平緩，從表中觀察 可知第一個物種 PCE 已逐漸降解成第二個物種 TCE，此處為本研究針對 PCE 四個 周期的濃度分布變化之模擬結果。
圖 5-8 為 t=40 years 時 PCE 於 Dover site 現地數據濃度分布圖，從圖中可看出 污染團有濃度集中的現象且隨地下水流大致往南遷移。圖 5-9 為本研究發展之模式 與 Dover site 現地數據在模擬時間為 40 years 時 PCE 濃度為 200 μg/L 區域面積比 較，由圖可知本研究發展的模式模擬之結果與 Dover site 現地數據無法完全吻合，
因本研究簡化地下水流流動方向並假設地下水流沿著東北往西南方向均勻流動，
不符合現地複雜的地下水流況。但模擬結果與現地數據仍有部分區域重疊，因此本 研究發展的模式在情境預測上可做為模擬結果之參考與快速計算的工具。
圖 5-10 至圖 5-13 為本研究所發展之模式於 10、20、30 及 40 years 的 TCE 濃 度分布情境，TCE 污染團濃度除了 TCE 自身降解反應影響外，亦會受到 PCE 降解 反應影響。從圖 5-10 可看出第一周期時，第 5 號污染源造成污染團濃度集中現象，
且隨地下水流遷移，以 TCE 污染團濃度 1000 μg/L 區域面積為例，在模擬時間為 20 年時，面積達到最大，且濃度集中在第 5、9 及 11 號污染源位置，尤其第 9 及 第 11 號污染源濃度釋出率突然增加，可能由第一周期時第 5 號污染源質量釋出隨 地下水流遷移至第 9 及第 11 號有關，在模擬時間為 30 年時 1000 μg/L 區域面積逐 漸縮小，至模擬時間為 40 年時濃度 1000 μg/L 區域面積為最小，顯示 TCE 污染團 逐漸降解成 DCE。
圖 5-14 為 t=40 years 時 TCE 於 Dover site 現地數據濃度分布圖，由圖可知污
模式與 Dover site 現地數據在模擬時間為 40 years 時 TCE 濃度為 1000 μg/L 區域面 積比較，由圖可知本研究發展之模式無法與 Dover site 現地數據吻合，且污染團 1000 μg/L 之範圍相對於現地數據較小，但污染團流向均隨同一方向流動，本研究 發展之模式由第四章收斂性測試可知，在模擬大尺度流場時需要較多累加次數，且 當流場長度超過 300 m 時，Pe 值大於 25 ，x 越接近邊界處時越不容易達到收斂，
模擬結果容易產生誤差。
圖 5-9 與圖 5-15 顯示模式模擬與現地數據比較，雖有部分濃度分布區域重疊，
但仍無法準確預測污染團濃度分布情形。因解析解模式在數學設定上假設地下水 流為均勻流場，但真實情況之現地場址通常為非均勻流場，且本研究發展之模式在 模擬大尺度流場時，Pe 值大於 25 時模式不容易達到收斂，模擬結果容易產生誤 差。本研究發展之模式亦無法模擬現地場址複雜的好氧及厭氧反應。故本研究發展 之解析解模式適合應用在中小尺度(Pe≤25)且地下水流為均勻單一方向之流場。
本研究發展的具多內部源溶質傳輸解析解模式可模擬流場任意位置污染注入 情形，對於預測污染物的濃度與分布與評估污染整治情形有很大的幫助，且了解污 染物的傳輸與宿命對於未來土壤及地下水污染整治有相當大的幫助，除了能夠預 測污染物的擴散情形可幫助限制污染物繼續擴大，亦可作為污染場址相關風險評 估的工具，故本研究發展的數學模式可適當應用在現地場址的污染調查上。
5-3 各模式之比較
在評估污染傳輸模式的適用性時，除了與現地數據作比較外，亦藉由各種模式 模擬結果作比較，以評估模式的適用性。故本研究藉由與各種解析解模式作比較，
來評估發展的解析解模式的適用性。
為了評估發展的模式模擬 Dover site 含氯有機污染物濃度分布的正確性，利用 Dover site 現地數據分別與本研究發展的解析解模式、Atteia et al. (2008)發展之半 解析解模式 MIKSS 及 Clement et al. (2000)使用 RT3D 模擬之結果作比較。
度區域面積之比較，結果顯示各模式雖然無法與現地數據吻合，但仍有部分模擬區 域重疊，其中本研究發展的模式與 RT3D 在模擬結果上較 MIKSS 準確。圖 5-19 至 圖 5-21 為 Dover site 現地數據與各模式模擬 TCE 污染團 1000 μg/L 濃度區域面積 之比較，由結果可知在模擬 TCE 污染團濃度上，本研究發展的解析解模式與 RT3D 及 MIKSS 比較有較明顯的誤差。研究可透過進一步評估地下水流況以改進模擬之 結果。
圖 5-1 Dover site 示意圖(From: Clement et al. 2000)
圖 5-3 Dover site 概念化流場模型
表 5-1 Dover site 現地參數(From: Clement et al. 2000)
參數 數值
流場長度 [m] 2000
流場寬度 [m] 1000
地下水流速度 [m year−1] 66.75
縱向延散係數 [m2 year−1] 813.83 側向延散係數 [m2 year−1] 162.77
PCE 一階降解常數[year−1] 0.1314
TCE 一階降解常數[year−1] 0.1261
PCE 遲滯因子 [−] 1.3
TCE 遲滯因子 [−] 1.2
表 5-2 Dover site 污染源預估質量釋出率，ṁ (kg year−1)(From: Clement et al. 2000) Source
number
Stress period#1 Stress period#2 Stress period#3 Stress period#4 PCE TCE PCE TCE PCE TCE PCE TCE
1 1 10 2 10 1 8 1 1
2 1 2 1 2 1 1 1 0
3 1 52 1 1 0 1 0 1
4 1 19 2 19 2 8 2 2
5 25 413 25 165 17 74 0 17
6 1 9 0 1 0 1 0 1
7 1 1 1 1 1 1 0 0
8 0 5 0 5 0 5 0 5
9 10 1 31 517 10 1 1 1
10 0 41 0 41 0 4 0 2
11 2 0 0 413 0 0 0 0
12 0 21 0 21 0 17 0 2
13 0 0 0 0 0 0 0 0
圖 5-4 本研究發展模式模擬 t =10 years 的 PCE 濃度分布
圖 5-5 本研究發展模式模擬 t =20 years 的 PCE 濃度分布
圖 5-6 本研究發展模式模擬 t =30 years 的 PCE 濃度分布
圖 5-7 本研究發展模式模擬 t =40 years 的 PCE 濃度分布
圖 5-8 現地數據模擬 t =40 years 的 PCE 濃度分布
圖 5-10 本研究發展模式模擬 t =10 years 的 TCE 濃度分布
圖 5-11 本研究發展模式模擬 t =20 years 的 TCE 濃度分布
圖 5-12 本研究發展模式模擬 t =30 years 的 TCE 濃度分布
圖 5-13 本研究發展模式模擬 t =40 years 的 TCE 濃度分布
圖 5-14 現地數據模擬 t =40 years 的 TCE 濃度分布
圖 5-15 現地數據與本研究發展模式在 40 years TCE 濃度分布為 1000 μg/L 比較
圖 5-16 本研究發展之模式與現地數據之 PCE 濃度分佈比較
圖 5-17 RT3D 與現地數據之 PCE 濃度分佈比較
圖 5-19 本研究發展之模式與現地數據之 TCE 濃度分佈比較
圖 5-20 RT3D 與現地數據之 TCE 濃度分佈比較