聚類內水質因子探討

由於聚類間的拓樸結構彼此間有連續的關係存在，圖 5-1 不易表 現各個變數在16個聚類內變化的趨勢，因此繪出圖 5-12至圖 5-11探 討水質因子間，在不同聚類的特性與現象，並佐以文獻以了解聚類內 測站的特性。圖中 X - Y 軸對應二維聚類別，聚類的編號依據圖 5-1 先往右再往下的方向進行 A-1 至 D-4 聚類編號，Z 軸為中心點大小。

前面提到深淺井落於聚類 D-2至 D-4 中，在圖 5-5測站位置偏北部，

對照圖 5-14，氯鹽係指水中的氯離子，天然淡水中的含量不多，氯鹽

濃度低(<100mg/L)一般視為淡水(陳文福等人，2010)，可能原因為井管 深度很深且受到海水鹽化之影響較輕微，且除了氯鹽以外的部分因子 也與上方聚類有不一樣的特性，如圖 5-12砷、圖 5-15硫酸鹽與圖 5-6

至圖 5-11 所代表的電導度、TDS、鈉、鉀、鎂與鈣在聚類 D-2至 D-4

中，未如上方聚類呈現正相關或負相關。

鹽化因子

西南沿海一帶分布拓樸圖左上方的聚類，除了聚類 A-4 之外，其 氯鹽如圖 5-14，濃度約在 100~19000mg/L 間，一般視為淡海水(陳文

福等人，2010)，且電導度與水中總離子相關，水中溶解離子之濃度與

電導度大致呈正比，見圖 5-6；氯離子、硫酸根離子、鈉、鉀、鎂與鈣 離子均為海水之主要成分，其中氯離子與電導度常作為海水鹽化之指 標，與其他因子趨勢相似，見圖 5-6至圖 5-11，顯示此區域海水鹽化 情形較嚴重，此結果與Liu et al. (2003)對濁水溪沖積扇所進行因子分析 結果相仿。

圖 5-6

圖 5-8

6 SOM 聚

8 SOM 聚

聚類電導度中

聚類鈉濃度中 中心點

中心點

圖

圖 5-7 SO

圖 5-9

OM 聚類總

9 SOM 聚

總溶解固體濃

聚類鉀濃度中

濃度中心點

中心點 點

圖 5-1

表 5-1 SOM 聚類中心點資料表 1

A-1 A-2 A-3 A-4 B-1 B-2 B-3 B-4 As (µg/L) 30.6 232.4 766.1 1265.0 22.6 44.4 62.0 496.7 Temp. (∘C) 25.7 26.0 26.0 25.5 26.1 25.8 26.0 26.2

pH 7.3 7.7 8.2 8.2 7.6 7.8 8.3 8.3

EC (uS/cm) 44584.3 17291.3 1734.2 873.3 30143.8 16863.2 7800.0 3331.2 DO (mg/L) 1.3 1.3 2.4 1.8 1.7 1.5 2.5 1.7 Alk. (mg/L) 261.9 489.9 477.8 421.7 345.5 476.9 674.8 627.0 TDS (mg/L) 29155.3 11253.8 1216.7 566.7 21083.3 13376.6 5824.5 2357.5

Cl^- (mg/L) 12123.3 4688.8 257.9 48.0 8787.1 5123.5 2238.5 657.7

EC (uS/cm) 10701.3 2081.6 1916.8 1828.0 2148.5 752.0 908.6 959.2 DO (mg/L) 1.1 1.4 1.5 1.6 1.3 1.5 1.3 5.1

電導度

2000)、美國飲用水質標準(USEPA, 2006)與世界衛生組織的飲用水水質 標準(NRC, 2001; WHO, 2006)，其砷濃度的標準皆為10µg/L；而臺灣飲 用水源的水質標準則為砷濃度 50µg/L(環保署，1997)。用以上標準來 評估此研究區域地下水的砷濃度高低，結果顯示幾乎所有測站均高過 國際使用的飲用水水質標準，由表 4-1 顯示 7 號井與 9 號井的平均值

約在 500µg/L 上下，為本區最嚴重之兩個站，而拓樸聚類上也分布在

圖 5-4右上角的聚類中，其中聚類A-3與A-4僅有監測井7號的資料，

且中心點最高濃度值達到 1265µg/L，可見其砷污染情況嚴重且變異性 大。

pH 值

圖 5-17所代表的 pH值中心點，本研究區域pH 介於7~8.6 之間，

大部分的水樣呈微鹼性，對照圖 5-12 砷濃度，顯示出在右方的聚類除 了最下方聚類 D-2~D-4 以外都是高濃度砷的分布聚類，其 pH 值也高 於左方的聚類。而隨著pH增高，膠體和黏土礦物帶更多負電荷，降低 對以陰離子形式存在的離子吸附能力，有利於砷的釋出，因此使地下 水砷濃度提高 (Park et al., 2006)。對照圖 5-16的鹼度拓樸圖，可以得 到鹼度與pH值在聚類分布上，除了靠研究區域北部之聚類D-2至 D-4 之外，皆呈現高度正相關，pH值在聚類B-3、B-4也是呈現相對高值，

而偏左方的鹽化因子高的聚類則呈現低值。pH增加時吸附在氧化物或 氫氧化物表面的砷將會減少(Pierce and Moore, 1982; Xu et al., 1998)。

由圖 5-16鹼度的拓樸圖可以看出最大濃度出現在聚類B-3、B-4，對應

根、磷酸根離子濃度與 pH 值上升(Shimada, 1996; McCreadie and Blowers, 2000; McArthur et al., 2001)。氧化還原電位達到還原時，膠體 變得不穩定或對砷有高吸附能力的鐵錳氧化物或氫氧化物被還原，生 成溶解度較高的亞鐵離子，吸附在表面的砷也隨著被釋放至地下水中。

因此，此類型地下水中，高濃度砷伴隨著高濃度鐵、錳且溶氧量與硫 酸根濃度較低，與砷濃度呈負相關(Smedley and Kinniburgh, 2002)。

由SOM的聚類結果可以得到下列幾個結果，對照，(1)代表拓樸圖 下方的聚類 D-2 至 D-4 的測站主要分布舊虎尾溪以北，與西南沿海的 測站位置區隔開，因此推論可能為拓樸圖中水質因子性質與其他聚類 相異的主要原因，這些測站的鹽化情形相對不明顯且砷濃度也未存在 高值，與上方的聚類特性不一致；(2)拓樸圖左上方的聚類中，測站皆 分布於研究區域的西南沿海，鹽化因子 SO4

2-、EC、TDS、Cl^-、Na⁺、 K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺均呈現高濃度值，顯示此區域受到海水鹽化的情形非 常顯著，也與測站近海的位置有關；(3)拓樸圖右上方的聚類雖然測站 也分布在西南沿海，但鹽化因子的濃度未達到高值，而這些聚類有著 高濃度砷存在，推論此區域高濃度砷的存在可能與此區域還原地層的 環境有關，伴隨著pH值趨於鹼性、溶氧量低與硫酸根濃度低為利於砷 釋出的環境。