第三章 研究方法
3.3 加油站場址模擬
本模擬場址是以中型加油站為參考場址其站區範圍為:長 40 m、寬 40 m；而 模擬深度至地下10 m 如圖 3-3，此範圍即為主要模擬區域；模擬區域之三維座 標是採卡氏座標(Cartesian System)系統表示之。而為避免邊界效應因此將數值模 擬區域之四個邊界往外再延伸一倍模擬範圍，每個模擬範圍長為40 m，寬為 40 m，
因此整個數值模型尺寸長為120 m、寬為 120 m、深度模擬至地下 10 m。並於 X 軸分割成29 個網格(grid)、Y 軸分割為 21 個網格、Z 軸依地下水位深度之不同 而分別分割為13、14、16 個網格。於主要模擬區內，油槽區之網格再細分:於 X 軸與Y 軸分割為 1 m/grid，Z 軸則為 0.5 m/grid 如圖 3-4。
本研究場址之水文地質狀況假設為:地表下 0 m 至 10 m 為同一土層，其水平 之絕對滲透係數分別為2.5×10-12 m2與2.5×10-13 m2；而一般垂直透水係數約為水 平透水係數之1/5~1/100 間(Noonan and Curtis, 1990; Testa and Winegardner, 1991;
Nyer, 1993; Domenico and Schwartz, 1998)，因此垂直之絕對滲透係數分別為 5.0×10-13 m2與5.0×10-14 m2，土壤孔隙率為0.3，水力梯度均採 0.005。土層之相 對滲透率與三相系統之毛細壓力曲線則參考Kererat and Soralump (2010)之研究 模型，整理如表3-4(a)-(b)；土壤/水-汽油保持曲線(圖 3-5)，由毛細壓力曲線參數 3-4(b) 搭配 TMVOC 中之 Parker’s model 即可求得。
本加油站內之儲槽區假定設有儲油量為55 公秉之儲油槽 4 個，其尺寸為直 徑3 m、長度 8.2 m。並埋設於地表下 1 m 處，以符合規範之油槽頂部距地表至 少0.6 m 之規定，而地下水位部分則假設為有三種情況分別是在地表下 2 m、3 m、
5 m 處，亦符合監測井之設置規範中，監測井有效深度不得低於 2 m(即地下水位 須於地表下2 m)；地下水位深度亦不可高過 7 m，如圖 3-6(a)~(c)。
圖3-3 加油站配置示意圖
圖3-4 TMVOC 數值模擬之模型網格示意圖
地下水監測井
表3-4(a)相對滲透係數參數(Stone’s model) 參數
材料
Swr Snr Sgr n exponent
大氣層 0.1 0.05 0.05 3
土壤 0.1 0.05 0.05 3
註: Swr為殘餘水相飽和度、Snr為殘餘NAPL 相飽和度、Sgr為殘餘汽相飽和度
表3-4(b)毛細壓力曲線參數(Parker’s model) 參數
材料
Sm αgn αnw n exponent
大氣層 － － － －
土壤 0 100 110 1.84
註: Sm為極限飽和度、αgn為強度參數(氣-NAPL 相)、αnw為強度參數(NAPL-水相)
圖3-5 土壤/水-汽油保持曲線
圖3-6(a) 地下水位於地表下 2 m 處
圖3-6(b) 地下水位於地表下 3 m 處
圖3-6(c) 地下水位於地表下 5 m 處
單位: m
單位: m
單位: m
地下儲槽 土壤氣體測漏管
#4 #5 #6 #7 #8
#4 #5 #6 #7 #8
#4 #5 #6 #7 #8
3.3.1 邊界條件參數設定
在TMVOC 中土層之邊界條件的假設可以設為: Dirichlet Boundary Condition 即為定水頭邊界與Neuman Boundary Condition 即為無通量(No Flow)邊界(Pruess and Battistelli, 2002)。
於本研究中之模擬區域由於假設水力梯度為0.005，且於模擬進行中時，上 下游之水頭須維持不變。因此將模擬區域之邊界設定為定水頭邊界，而地表面則 為大氣壓力邊界(Atmospheric Pressure Boundary Condition)，並且假設地表無逕 流。
3.3.2 地下儲油槽配置
由於需要於主要模擬區域中配置地下儲油槽4 個，然而 TMVOC 僅提供使 用者於模擬區域中改變土壤參數，並無法置入非土壤材料。而TMVOC 中之土 壤絕對滲透係數極小值僅到10-22 m2，若以此作為地下儲槽區之土壤絕對滲透係 數時，則當模擬時間較久或污染物洩漏量較大時，則仍會發生有微量之污染物滲 入，而此狀況並不符合現實。因此改以將地下儲槽區之網格狀態設定為Disabled 狀態，使得於模擬期間地下儲槽區之狀態維持不變，以符合現實狀況中污染物無 法滲入地下儲槽。
3.3.3 監測井配置
為得到較密集之模擬資料以及為了減少網格數與執行模擬所需之時間，因此 將監測井儘量靠近油品洩漏點以及縮小監測井間之間距，因此採每一監測井間之 間距為3 m，共設置 11 支監測井如圖 3-7。監測井的設置深度，為顧及當地下水 位於地表下5 m 時，仍能獲得不飽和層之氣體濃度與飽和層中之水中濃度，因此 設置深度達地表下6 m 處如圖 3-6(a)-(c)所示。
圖3-7 監測井與油槽之相關位置示意圖 地下水流向
洩漏點
洩漏點
3.3.4 汽油污染物參數設定
汽油是由很多各自具有不同之揮發、吸附、生物降解、溶解度等性質所組成，
而不同之成分亦有不同之相態，因此若要以數值模擬來表現汽油之多相傳輸行為 則勢必需簡化汽油之組成物質(Fagerlund and Niemi, 2003)。Lane (1980)將汽油依 主要組成份以5 種 VOC 來代表之，如表 2-3。Gustafson (1997)則以總石油烴標 準法(TPHCWG)，將汽油成分中的化學性質與物理性質相似者劃分同一區，再依 據等碳數(Equivalent Carbon Number, EC)將汽油分類成八個餾分如表 2-6，另 Cline et al., (1991)也曾對無鉛與含鉛汽油成分進行分析如表 3-5。而為減少數值 模擬時間則須減少有機污染物之數量，因此本研究中綜合各學者之結果，採用8 種揮發性有機物作為汽油之主要成份，其各成份與含量整理如表3-6 所示。
表3-5 無鉛與含鉛汽油組成成份
組成物 無鉛1 含鉛1
直鏈烴(Normal /iso- hydrocarbons) 55 59
異戊烷(Isopentane) 9-11 9-11
正丁烷(n-butane) 4-5 4-5
正戊烷(n-pentane) 2.6-2.7 2.6-2.7
芳香烴(Aromatic hydrocarbons) 二甲苯(Xylenes)
環烴(Cyclic hydrocarbons) 添加劑(Additives)
表3-6 本研究中所採用之汽油組成成份及百分比 汽油組成成份
成分 範例 百分比(%)
正烷類 MTBE 18
芳香族
苯 3.5
乙苯 5.5
甲苯 7
二甲苯 1.5
脂肪族
庚烷 20
異辛烷 20
環戊烷 24.5
3.3.5 加油站油品洩漏情況
一般加油站油品的洩漏約以10 L/day~100 L/day 不等的速率洩漏，而於美國 規範中，加油站之測漏管應能於30 天內測得 150 加侖之油品洩漏事件，即平均 每天以5 加侖之速度洩漏(約為 19 L/Day)；環保署(2006)於「加油站防止污染地 下水體設施及監測設備管理辦法」中明訂對於偵測靈敏度要求須能達0.2 gal/hr 之水準(即為 4.8 加侖/天)。因此於本研究中均假設其油品之洩漏速率為 5 gal/day；
並連續注入油品一年。於本研究中在此假設4 種不同位置發生油品洩漏分別概述 如下:
Case1: 因發生接合不良、鏽蝕或破損等而產生油品洩漏如圖 3-8(a)所示。洩 漏點於儲油槽上方與輸油管線之連接處，距離入口之地界線23 m；與左側臨地 之地界線距14 m；深度於地表下 1 m 處。
Case2: 因發生鏽蝕、或外力造成破損而產生油品洩漏，且於下游處受到油 槽阻擋如圖3-8(b)所示。洩漏點於加油區內之輸油管線，距離入口之地界線 21 m；
與左側臨地之地界線距14 m；深度於地表下 1 m 處。
Case3:因發生鏽蝕、或外力造成破損而產生油品洩漏，但下游處並無受到儲 油槽阻擋如圖3-8(c)所示。洩漏點位於卸油口下方管線，距離入口之地界線 20 m；
與左側臨地之地界線距11 m；深度於地表下 1 m 處。
Case4:因發生破損而產生油品洩漏如圖 3-8(d)所示。洩漏點於儲油槽之底部，
距離入口之地界線23 m；與左側臨地之地界線距 15 m；深度於地表下 4 m 處。
圖3-8(a) Case1:洩漏點 A 於油槽上方與輸油管連接處
圖3-8(b) Case2:洩漏點 B 位於儲槽區內之輸油管線 汽油洩漏點
汽油洩漏點
23 m
14 m 1 m
14 m 1 m 21 m
地下水流方向
地下水流方向
圖3-8(c) Case3:洩漏點 C 位於卸油口下方之輸油管線
圖3-8(d) Case4:洩漏點 D 位於儲油槽之下方 汽油洩漏點
汽油洩漏點
11 m 20 m
1 m
23 m
15 m
4 m 地下水流方向
地下水流方向