揮發性有機污染質在未飽和層之傳輸模擬

Abstract

地下水受到揮發性有機污染物(VOCs)的污染，已逐漸成為一嚴重的問題。因此，為 了能準確地預測VOCs的運動和評估有效去除污染的方法，了解VOCs在地表下區域中 之傳輸和作用是當前重要的課題。本研究的目的，為建立一模擬VOCs在未飽和多孔 介質中，運動之數值傳輸模式。 當VOCs在未飽和層中傳輸時，此時污染物質形成水溶液相、氣相和在土壤顆粒表面 之吸附相等三相分佈。我們以亨利定律、飽和等溫吸附、及氣相等溫吸附來描述這 三相之間的平衡分配關係。模式中包括了水溶液相的傳流和延期、水溶液相和氣相 的擴散、水溶液相和氣相的吸附，以及地表的揮發等作用的影響。此外，在模式中 使用拉格朗日(Lagrangian)─歐拉(Eulerian)有限元素法來解傳統─延散方程式。 為解此傳輸方程式時，我們採取拉格朗日的觀點處理傳流部分，而在處理其它機制 時則採用歐拉的觀點。在模式之應用方面，包括一維的解析解與數值解之比較和驗 證，以及模擬二維之污染傳輸問題。其結果顯示，由於應用拉格朗日─歐拉的方法 ，在數值上可以消除傳統項所引起的數值振盪現象，並減低數值延散的誤差，結果 與解析解非常吻合，因此能提高模式應用的範圍，亦即Peclet numbers從零至無限 大皆可適用，而且不需要維持較小的時間間隔。所以採用拉格朗日─歐拉有限元素 法不但在精度上較優於傳統之有限元素法或有限差分法，並有更好之適用性。此外 ，有關氣相之傳輸作用方面，氣相之擴散及吸附作用在乾燥的土壤環境中對污染物 質之傳輸有明顯的影響，如污染質移動的速度及土壤中濃度的累積等。根據本研究 之結果可作為預測自然狀況下傳輸現象的基礎，及對現場調查有所幫助。