三維離散裂隙網路水流與溶質傳輸模式發展
環境研究中心 李奕賢助理研究員
為瞭解裂隙岩層中的溶質傳輸行為，開發三維(3D)離散裂隙網路(DFN)水流與溶質傳輸模式是項重要任務。由於裂隙與母岩水流與傳輸能力差異較大，並且兩者在三度空間交互作用涉及複雜空間幾何，計算分析困難。因此，多數水流與傳輸研究僅考慮裂隙網路。因建構3D DFN，生成裂隙非結構化網格及模擬水流與傳輸是極具挑戰的任務，過去的裂隙網路水流及傳輸分析，通常針對二維或一維問題。本研究主要目的在開發、驗證與應用三維離散裂隙網路水流與傳輸模式，模式具備建構三維DFN、有效DFN網格生成以及DFN水流與傳輸數值模擬等功能。
DFN網格生成採用Delaunay三角網格演算法，網格生成技術可自動轉換網格資訊，作為本研究開發的水流與傳輸模式，或者轉換為既有模式如TOUGH系列或HYDROGEOCHEM模式網格設定。不同於過去以質點追蹤分析，本研究中模擬3D DFN水流與傳輸，將透過裂隙方位逆轉流程，結合有限元素法直接求解移流延散偏微分控制方程式，因模式在生成網格時已經考慮回復裂隙共線內邊界節點，可確保每個網格求解結果連續，簡化3D DFN傳輸模擬時方程式的空間轉換。開發完成的DFN水流與傳輸模式與既有TOUGH系列模式與HYDROGEOCHEM模式進行驗證，藉由單一平板裂隙模擬進行穩態水流與傳輸模式分析比較。
模式應用區分為兩部份，包括DFN網格資訊應用於TOUGH系列模式，模擬CO2地質封存與核種傳輸行為。以及利用蒙地卡羅法產生多組三維裂隙網路，裂隙頻率為1至6 m-1，討論依質量守恆原理計算的裂隙岩體等效水力傳導係數，分析裂隙頻率與等效水力傳導係數關係。
