一、關鍵挑戰Challenge

 

裂隙岩體之熱力-水力-力學及化學之耦合研究 (coupled Thermal-Hydrological- Mechanical-Chemical, T-H-M-C) 為目前國際間針對裂隙岩體研究領域中最先端之研究項目。最具代表性的兩大領域工程應用包括：高放射性用過核燃料處置及二氧化碳地質封存。由於牽涉到複雜的熱力、水力、力學及化學等領域之知識與技術，現階段的相關研究多僅為考慮部分耦合之分析應用（包括T-M、H-M、H-C、T-H-M），完整THMC耦合分析之案例相當稀少，此領域在台灣一直缺乏本土性大規模案例之調查評估經驗。

過去中興社曾參與低放射性核廢料處置場址地下水與結構互制分析工作(H-M)、台北捷運路網興建工程抽水沉陷評估工作(H-M)、降雨入滲引致坡地穩定性與變形研究(H-M)、核電廠放射性核種傳輸模擬評估(H-C)等工作，累積不少H-M與H-C耦合分析經驗。近期中興社有機會參與並主導國內地熱開發、二氧化碳地質封存之實際執行案例，由於相關行為涉及地熱、地壓、水動力及地化反應，屬於T-H-M-C耦合分析範疇，期能藉由此案例累積相關技術與經驗。

 

 

二、流程Process

 

舉碳封存為例，本技術係模擬二氧化碳注入後封存層之移棲行為，於固定注入速率條件下，在注入初期，二氧化碳受到浮力的作用而向上運移，並暫時棲止於蓋岩層下方；接著在受到注入壓力的作用下，逐漸發生側向流動；隨著時間的增長，二氧化碳逐漸溶解於水中，使得含二氧化碳鹽水的密度增加而向下擴散，達到溶液封閉的效果。

本技術透過TOUGH2與TOUGHREACT兩套程式達成上述研究目標。其中針對二氧化碳移棲趨勢分析研究，以TOUGH2為主要核心程式進行水流及熱傳分析運算，並選用ECO2N狀態模組計算鹽水及二氧化碳之熱物理性質，另採TOUGHREACT模擬地化反應，藉以評估礦物溶解量及沉澱量。

 

 

 

 

 

 

三、成果Result

重要計畫成果內容與工程應用價值

 

過去曾執行過的T-H-M-C耦合分析案例，或部分H-M、H-C耦合案例，已初步建置相關分析技術，詳圖1至圖4所示。

 

四、與其他核心技術關連性

 

「岩盤工程熱力-水力-力學-化學耦合分析」與其他核心技術相關性如下：

1. GS0101－離散破裂面網路模式分析

2. GS0102－等效孔隙介質模式分析

3. GS0103－水文地質特性調查評估

4. GS0301—核電廠地下水流況及核種傳輸分析

5. GS0402—孔隙介質多相流傳輸及地化反應研究

6. GS0403－二氧化碳封存移棲模擬分析

7. GS0404－二氧化碳封存風險評估與管理

 

 

 

 

五、重要發表文獻

 

譚志豪、冀樹勇、顧承宇、林坤霖 (2006) 台北盆地區域性三維地下水流動數值模擬，中興工程季刊，第93期，第1-9頁。

鍾明劍、譚志豪、王金山、冀樹勇、蘇泰維 (2010)，「莫拉克颱風引致吉露部落崩塌之案例研究」，中華水土保持學報，第41卷，第4期，第333-342頁。

中興工程顧問公司 (2010)，核一廠用過核燃料乾式貯存計畫第二期場址特性調查評估，技術服務報告，台灣電力公司。

俞旗文、蔡政憲、焦中輝、黃連通、藍啟仁、陳景林，「二氧化碳封存先導試驗案例研究-德國Ketzin計畫」，台電工程月刊，第750期/第52-65頁，2011年2月。