水平分區,垂直分層之三維地下水移流及延散計算法

為了能夠準確且有效率地描述可溶性地下水污染物在分層非均質土層中濃度之三維分布,吾人除需考慮計算效率外,亦需考慮污染物分布之三維特性。現有諸多模式均以數值方法建構,二維模式計算效率固然高,但無法顧及三維特性,且土層具垂向尺度遠小於水平向尺度之特性。三維模式在數值計算上會造成計算量與計算精確度無法兼顧之困難。因此,原有計算方法需有所更張。本研究之目的為建立一兼具計算效率與精確性之三維地下水移流及延散模式。本研究將污染物濃度拆解為水平變量(垂向積分平均)與垂向變量之和,再利用垂向積分技巧配合萊布尼茲法則以及擬三維水流之概念,將三維移流延散模式拆解為二維水平變量式(垂向積分平均)以及一維垂向變量式。二維水平變量式採用能夠同時準確計算擴散以及延散等物理現象,且具有無條件收斂以及自動上風法特性的有限解析法(Finite Analytic Method)求取數值解。垂向一維變量式採用解析法求解。本模式經二維式與一維式迭代計算後可模擬三維移流及延散現象,本研究並加入水平分區、垂直分層之計算技巧以模擬非均質土層之傳輸現象。本模式經解析解比對驗證,結果顯示本研究可模擬非均質土層之移流及延散現象。本模式亦已應用於現地示蹤劑試驗,以顯示本模式之實用性。

作者:郭遠錦