本模式全名為 A Modular Three-Dimensional Transport Model for Simulation of Advection, Dispersion and Chemical Reaction of Contaminants in Groundwater Systems (Zheng, 1990)，MT3D 是一基於特性法(Method of characteristics)、粒子追蹤演算法 (particle tracking algorithm)、及有限差分方法，處理數值問題的三維地下水污染物傳 輸模式。用於模擬污染物在非等向性(anisotropic)、非均質(heterogeneous)、層化 (layered) 含 水 層 中 的 濃 度 變 化 。 MT3D 可 以 模 擬 污 染 物 在 含 水 層 中 的 對 流 (advection)、延散(dispersion)、吸附(sorption)、及衰解(decay)等影響污染物濃度變化 的機制，其中，吸附限於平衡狀態下的線性或非線性作用，衰減為一階不可逆的放 射性衰變(radioactive decay)或生物降解(biodegradation)。MT3D 假設濃度場的變化不 會顯著的影響地下水流場，因此任何使用體心式(block center method)有限差分法的 水流模式，均可以搭配 MT3D 進行污染物傳輸模擬，例如 MODFLOW。MT3D 所需 輸入的數據，除了水流模式之輸出結果外，還包括設定各網格的初始濃度、污染物 來源(sink/source)的流入率、求解方法、延散係數、及化學作用參數等。
本模式測試的案例與 MODFLOW 相同，但是在場址左方釋放一面污染源。應 用 MODFLOW 計算的流場，進行污染物傳輸的模擬，模擬時間共三年。圖 5-1(a)-(d) 顯示在第三含水層之污染團隨時間移動的情形，可以看出當右方的抽水井不斷抽水
(a) 污染傳輸連續釋放源位置 (b) 污染傳輸第一年模擬結果
(c) 污染傳輸第二年模擬結果 (d) 污染傳輸第三年模擬結果 圖 5-1 MT3D 模式測試結果
5.2 GoldSim-CT
本模式全名為 GoldSim Contaminant Transport Module (Sullivan et al., 1996)，其 中，GoldSim 是由美國能源部(Dep. of Energy)委託美國高得聯合公司(Gold Associates Inc., GAI)開發的物件導向電腦軟體，可支援機率式參數取樣，提供蒙地卡羅(Monte
Carlo)法或拉丁超立體(Latin hypercube)的取樣模式(sampling technique)，進行與機率 分 析 (probabilistic analysis) 有 關 的 模 擬 。 此 外 ， GoldSim 亦 可 應 用 定 率 分 析 (deterministic analysis)所建立的程式，經由動態連結(dynamically linked library)功能 與 GoldSim 整合，進行敏感度與不確定分析，來反應程式參數的不確定對於結果的 影響。例如核能研究所與美國 Sandia 國家實驗室，即利用此動態連結技巧，合作發 展出一套以 BLT-MS 與 GoldSim 兩個程式耦合的模式(田能全與郭明傳，2006)。
在模擬污染傳輸部分，GoldSim有兩種方式，第一種是利用前述的DLL與外部的 污染傳輸模式耦合，本計畫不討論這個部分；第二種是利用GoldSim發展的污染物傳 輸模組(Contaminant Transport Module)，直接與GoldSim掛接(add-on)，因此不需要透 過動態連結功能，即可進行機率式的污染物傳輸模擬。污染物傳輸模組有兩個版本，
包 括 污 染 傳 輸 模 組 (contaminant transport module, CT Module) 與 核 種 傳 輸 模 組 (radionuclide transport module, RT Module)，在GoldSim的架構下，可以依據場址特 性，模擬溶解相污染物質或放射性核種在環境介質中的傳輸行為，進行污染傳輸模 擬與風險評估分析。本研究使用CT Module，因此簡稱為GoldSim-CT傳輸模式。
本模式測試的模擬情境是假設垃圾場滲出水中的有機物，連續釋入土壤質地為 黏質壤土的飽和含水層，利用 GoldSim-CT 進行水中總有機碳的健康風險評估，其 中，影響轉換因子(impact conversion factor)假設為 10-6 L/mg/yr，延散度(dispersivity) 的機率分佈假設為常態分佈(Normal distribution)，其平均值與標準偏差值分別為 200m 與 50m，蒙地卡羅取樣次數(realizations)設定為 100。此外，土柱是利用傳輸選 項中的「導管(pipe)」功能，模擬圾場滲出水在此一維流場中，受到流傳與延散機制
圖 5-2 GoldSim-CT 模式測試結果
5.3 BLT-MS
本模式全名為 Breach, Leach, and Transport-Multiple Species (Sullivan et al., 1996)，主要是模擬處置設施場址內的儲存容器，受到腐蝕、劣化的情況下，放射性 物質外釋的濃度分佈(液相)，容器的劣化模式可模擬局部腐蝕或全面腐蝕的程度與 時間，外釋的瀝濾模式包括淋洗分配、擴散、均勻劣化、溶解度限度外釋分析。此 外，BLT-MS 還可以模擬外釋核種在地下水系統中的傳輸行為，考慮的機制有流傳、
延散、擴散、核種生成與衰變、外在污染源與沈源(sink source)等。BLT-MS 的輸入 資料是由 23 個資料集(data set)所組成，來描述水流、容器特性、污染物特性、及傳 輸機制等四個主要外釋程序，各資料集均包括必須給定的參數，完整描述核種運傳 輸的歷程，以及相關的物理、化學、或水文性質。
本模式的測試案例是取自 BLT-MS 的使用指引(Sullivan et al., 1996)，模擬 Am-241、Pu-241、及 Pu-240 等三種核種自儲存容器外釋，經一維傳輸的濃度分佈。
此案例假設核種在 x = 0 的位置外釋，模擬 273 年後，在 70 公尺範圍內的核種分佈。
由於 BLT-MS 輸入的資料量是複雜、龐大，因此可利用視窗介面的資料前處理程式(如 圖 5-3 所示)，方便使用者依序完成 23 個資料組的輸入工作。執行 BLT-MS 的程式，
可得到一個純文字的輸出檔，顯示所有的輸入資料與模擬結果，這些數據必須再經 過處理，才能以圖形方式展現。圖 5-4 為輸出結果的表頭資料。
圖 5-3 BLT-MS 模式資料輸入視窗畫面
圖 5-4 BLT-MS 模式測試輸出結果的表頭
六、結論與建議
6.1 結論
本研究根據國內相關報告與的評估結論，並參考美國核能管理委員會採行的方 法，篩選 HELP、MODFLOW、FEHM 等地下水與表面水的水流模式，以及 MT3D、
BLT-MS、GoldSim-CT 等溶質傳輸模式，進行模式瞭解與測試工作，根據實際的操 作經驗和檢視模式輸出的結果，這些模式可以進行模擬情境的地下水流與污染傳輸 模擬，以及安全評估所需要的機率分析，或能滿足在遴選低放射性廢棄物與場址時 的需要，並做為原子能委員會建立自主性處置場址安全評估的分析與審查能力之參 考
6.2 建議
每一個地下水流模式或溶質傳輸模式，均有其特定的數學模式與選用的數值方 法，所需要輸入的參數極為繁複，欲瞭解程式的限制並能夠解讀模擬的結果，除了 要具備放射性廢棄物與地下水的基礎知識外，還需要長時間的研究、演練、及實做。
因此，建議主管機關繼續進行長期的人員培訓與養成，協助研究單位與產業機構累 積研究能力，同時辦理國內外的技術交流會議，將有助於我國未來放射性廢棄物處 置的評估與管理。
參考文獻
田能全、郭銘傳，2006。BLTMS-GoldSim 低放處置機率式分析模式之建立，台電核 能月刊，288。
Chiang, W. H. and Kinzelbach, W., 1993. Processing Modflow (PM), Pre- and postprocessors for the simulation of flow and contaminant transport in groundwater system with MODFLOW, MODPATH and MT3D. Distributed by Scientific Software Group, Washington, DC.
Dash, Z.V., 2003. Software User's Manual for the FEHM Application Version 2.21, 10086-UM-2.21-00, Los Alamos National Laboratory.
EPA, 1988, Selection criteria for mathematic models used in exposure assessments:
Groundwater models, EPA/600/8-88/075 Exposure Group, office of Health and Environmental Assessment, US EPA, Washington, DC.
Javandel et al., Groundwater transport: Handbook of mathematical models, American Geophysical Union, 1984.
Mattie, P.D., R.G. Knowlton, and B.W. Arnold, 2007. A user's guide to the GoldSim/BLT-MS integrated software package: A low-level radioactive waste disposal performance assessment model, Sandia National Lab., SAND2007-1354.
McDonald, M.G. and A.W. Harbaugh, 1988. A Modular Three-Dimensional Finite-Difference Ground-Water Flow Model, U.S. Geological Survey, Virginia.
Meyers, 1996. Hydrologic evaluation methodology for estimating water movement through the unsaturated zone at commercial low-level radioactive waste disposal sites, NUREG/CR-6346, PNL-10843, US Nuclear Regulatory Commission.
Schroeder, P.R., N.M. Aziz, C.M. Lloyd, and P.A. Zappi, 1994. The Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Model: User’s Guide for Version 3.
EPA/600/R-94/168a, September 1994, U.S. Environmental Protection Agency Office of Research and Development, Washington, DC.
Sullivan, T.M., R.J. MacKinnon, and R.R. Kinsey, 1996. BLT-MS (Breach, Leach, and Transport-Multiple Species) data input guide, NUREG/CR-6492, BNL-NUREG-52509, US Nuclear Regulatory Commission.
U.S. Geological Survey, 2009. Water Resources Ground Water Software, http://water.usgs.gov/software/lists/ground_water.
Yeh, G. T., Cheng, J. P. and Jones, N. L., 1996. “FEMWATER: a three-dimensional finite element computer model for simulating density dependent flow and transport”, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Pennsylvania State University, Brighan Young University.
Zheng, C., 1990. MT3D: A Modular Three-Dimensional Transport Model for Simulation of Advection, Dispersion and Chemical Reactions of Contaminants in Groundwater Systems. Report to the USEPA.