加油站土壤氣體及地下水監測模擬

國立交通大學

土木工程研究所

碩士論文

加油站土壤氣體及地下水監測模擬

Simulation of Soil Gas and Groundwater

Monitoring for Gasoline Station

指 導 教 授: 單信瑜 博士

研

究

生: 陳培旼

加油站土壤氣體及地下水監測模擬 

Simulation of Soil Gas and Groundwater

Monitoring for Gasoline Station 

 

指導教授：單信瑜  博士      Advisor：Dr. Hsin-yu Shan 

研 究 生 ：陳培旼      Student：Pei-ming Chen 

   

國  立  交  通  大  學 

土  木  工  程  研  究  所 

碩士論文 

A Thesis

Submitted to Department of Civil

Engineering

College of Engineering

National Chiao Tung University

in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

in

Civil Engineering

August 2010

Hsinchu, Taiwan, Republic of China.

加油站土壤氣體及地下水監測模擬

研究生: 陳培旼 指導教授: 單信瑜 博士 國立交通大學土木工程研究所

摘要

加油站地下儲油槽與輸油管線會隨著使用年限的增加，使得老舊之油槽或輸 油管線容易出現裂隙並發生油品洩漏。為了避免油品洩漏之量過多與洩漏時間過 長而造成嚴重污染，因而必須設置監測設備進行油品洩漏偵測，然而於油品污染 團傳輸之過程中會受地質條件、障礙物(油槽)等影響，使得傳輸路徑與距離皆受 影響並間接影響監測井之監測效果。為了瞭解監測井於不同洩漏情境與土層狀態 間相互關係，因此本研究以數值模擬軟體(TMVOC)模擬各種不同之洩漏情境與 地層狀況，以探討監測井可能的最佳配置方式與監測範圍。研究結果顯示地下水 位較高者(2 m)之土壤氣體監測井其靈敏度較地下水位低者(5 m)為高；監測井距 離油品洩漏點近者(3 m 內)其效果較佳；而土層透水係數大、孔隙率小者其污染 團之傳輸速率較快，對於土壤氣體之監測亦能有較大之幫助。地下水體之監測相 較於土壤氣體而言其整體效果不佳，然而若監測井距離油品洩漏點較遠處時，則 土壤氣體之效果反而不如地下水體監測井。 關鍵字: NAPL、地下儲槽、土壤氣體監測。

Simulate soil gas and groundwater monitoring for gas station

By

Student: Pei-ming Chen Advisor: Dr. Hsin-yu Shan Department of Civil Engineering

National Chiao Tung University

Abstract

The potential of leakage of USTs of gasoline station increases with

their service life. In order to avoid serious pollution, monitoring measures

are employed to provide early warning. Among the monitoring methods,

soil gas and groundwater monitoring detect the leaked product directly.

The pathway of leaked gasoline flows and diffuses and thus, in turn the

effectiveness of soil gas and groundwater monitoring, may be affected by

the existence of USTs of gasoline station. In this study, numerical

simulation with the software TMVOC was performed in order to assess

the effectiveness of soil gas and groundwater monitoring. The results

show that both soil gas and groundwater monitoring are more effective if

the site has a shallow groundwater table and the soil has higher hydraulic

conductivity and lower porosity. The effectiveness of soil gas monitoring

is better than groundwater monitoring in general, when soil gas and

groundwater monitor well are far away leakage then the groundwater

monitoring is better than soil gas.

   

誌謝

在交大的求學生涯即將結束，在這期間承蒙指導教授單信瑜 博士的細心指 導與照顧，令我不僅獲得土壤地下水相關知識，更豐富了我的人生觀，讓我的思 考有更上一層樓的提升。同時也很感謝林明德 教授、侯善麟 博士以及吳偉智 博 士提供許多寶貴意見與建義，使得本論文能更趨於完整。以及感謝大地組的各位 同學和實驗室裡的夥伴韋恩、凱仁、韋甫，謝謝你們不論是在課業上、研究上的 協助，尤其要感謝彥森學長在我最無助時的鼓勵與協助! 最後我要感謝我的母親， 謝謝您的包容讓我順利完成學位。當然我也沒忘了從大學時期就一直陪伴著我、 鼓勵我的美麗女孩－意婷! 妳是我精神上很大的支柱，伴我渡過了幾次的困境與 失落，謝謝妳讓我能無後顧之憂的繼續向前!還有我的小寶貝 TATA，每次抱著妳 時心裡總是能獲得最大的平靜，我會繼續想念妳!最後感謝所有在這一路上關心 與照顧我的老師與朋友們，因為有你們協助我才能順利的完成學業，謝謝大家!

目錄

摘要 ... I  ABSTRACT ... II  誌謝 ...III  目錄 ... IV  圖目錄 ... V  表目錄 ... X  第一章 緒論 ... 1  1.1 研究動機 ... 1  1.2 研究目的 ... 1  1.3 研究方法與流程 ... 2  第二章 文獻回顧 ... 3  2.1 加油站污染 ... 3  2.2 加油站監測 ... 14  2.3 數值模擬軟體 ... 22  第三章 研究方法 ... 27  3.1 研究架構 ... 27  3.2 敏感度分析 ... 28  3.3 加油站場址模擬 ... 31  第四章 模擬結果與分析 ... 42  4.1 面積敏感度分析 ... 42  4.2 土層透水係數敏感度分析 ... 53  4.3 土壤孔隙率敏感度分析 ... 66  4.4 加油站場址模擬結果 ... 76  4.5 綜合結論 ... 83  第五章 結論與建議 ... 119  參考文獻 ... 121  附表 汽油合成物之化學性質 ... 126 

圖目錄

圖1-1 研究流程圖 ... 2  圖2-1 一般常見加油站配置圖 ... 4  圖2-2 加油站常見之可能污染途徑示意圖 (環保署， 2006) ... 4  圖2-3 石油碳氫化合物於土壤及地下水中之分佈與傳輸示意圖 ... 13  圖2-4 美國緬因州加油站地下儲槽測漏管配置要求 ... 18  圖2-5 地下儲槽監測方法示意圖 (US EPA,1997) ... 19  圖2-6 二次阻隔層設置型式 (環保署， 2002) ... 19  圖2-7 0.05 與 0.2 GAL/HR 油品滲漏造成之油氣濃度 1%與 10%之鋒面移動距離與時間曲線 .... 21  圖2-8 TMVOC 中相之組成與變化；G-氣體、W-液體、N-NAPL ... 24  圖2-9 積分有限差分法 ... 26  圖3-1 研究方法流程圖 ... 27  圖3-2 邊界效應敏感度分析之洩漏點及監測井配置示意圖 ... 28  圖3-3 地下水位與監測井配置示意圖 ... 29  圖3-3 加油站配置示意圖 ... 32  圖3-4 TMVOC 數值模擬之模型網格示意圖 ... 32  圖3-5 土壤/水-汽油保持曲線 ... 33  圖3-6(A) 地下水位於地表下 2 M 處 ... 34  圖3-6(B) 地下水位於地表下 3 M 處 ... 34  圖3-6(C) 地下水位於地表下 5 M 處 ... 34  圖3-7 監測井與油槽之相關位置示意圖 ... 36  圖3-8(A) CASE1:洩漏點 A 於油槽上方與輸油管連接處 ... 40  圖3-8(B) CASE2:洩漏點 B 位於儲槽區內之輸油管線 ... 40  圖3-8(C) CASE3:洩漏點 C 位於卸油口下方之輸油管線 ... 41  圖3-8(D) CASE4:洩漏點 D 位於儲油槽之下方 ... 41  圖4-1 (A) 於#1 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 44  圖4-1 (B) 於#2 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 44 

圖4-1 (C) 於#3 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 45  圖4-1 (D) 於#4 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 45  圖4-1 (E) 於#5 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 46  圖4-1 (F) 於#6 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 46  圖4-1 (G) 於#7 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 47  圖4-1 (H) 於#8 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 47  圖4-1 (I) 於#9 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 48  圖4-1 (J) 於#1 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 48  圖4-1 (K) 於#2 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 49  圖4-1 (L) 於#3 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 49  圖4-1 (M) 於#4 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 50  圖4-1 (N) 於#5 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 50  圖4-1 (O) 於#6 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 51  圖4-1 (P) 於#7 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 51  圖4-1 (Q) 於#8 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 52  圖4-1 (R) 於#9 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 52  圖4-2 (A) 於#1 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 55  圖4-2 (B) 於#2 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 55  圖4-2 (C) 於#3 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 56  圖4-2 (D) 於#4 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 56  圖4-2 (E) 於#5 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 57  圖4-2 (F) 於#6 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 57  圖4-2 (G) 於#7 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 58  圖4-2 (H) 於#8 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 58  圖4-2 (I) 於#9 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 59  圖4-2 (J) 於#1 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 59  圖4-2 (K) 於#2 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 60  圖4-2 (L) 於#3 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 60  圖4-2 (M) 於#4 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 61 

圖4-2 (O) 於#6 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 62  圖4-2 (P) 於#7 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 62  圖4-2 (Q) 於#8 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 63  圖4-2 (R) 於#9 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 63  圖4-3(A) 透水係數為 2.74×10-2 _{CM/SEC 之油相污染團分佈狀況 ... 64}  圖4-3(B) 透水係數為 2.74×10-2 _{CM/SEC 之氣相污染團分佈狀況 ... 64}  圖4-4(A) 透水係數為 2.74×10-4 _{CM/SEC 之油相污染團分佈狀況 ... 65}  圖4-4(B) 透水係數為 2.74×10-4 _{CM/SEC 之氣相污染團分佈狀況 ... 65}  圖4-5 (A)於#1 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 67  圖4-5 (B)於#2 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 67  圖4-5 (C)於#3 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 68  圖4-5 (D)於#4 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 68  圖4-5 (E)於#5 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 69  圖4-5 (F)於#6 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 69  圖4-5 (G)於#7 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 70  圖4-5 (H)於#8 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 70  圖4-5 (I)於#9 測漏管之苯氣體濃度圖 ... 71  圖4-5 (J) 於#1 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 71  圖4-5 (K) 於#2 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 72  圖4-5 (L) 於#3 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 72  圖4-5 (M) 於#4 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 73  圖4-5 (N) 於#5 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 73  圖4-5 (O) 於#6 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 74  圖4-5 (P) 於#7 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 74  圖4-5 (Q) 於#8 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 75  圖4-5 (R) 於#9 測漏管之地下水體含苯濃度圖 ... 75  圖4-6 (A) 污染團下游傳輸路徑受油槽阻擋時之傳輸行為示意圖(地下水位為 2 M) ... 90  圖4-6 (B) 污染團下游傳輸路徑受油槽阻擋時之傳輸行為示意圖(地下水位為 5 M) ... 90 

圖4-6 (C) 污染團下游傳輸路徑受油槽阻擋時之傳輸行為示意圖(地下水位為 3 M) ... 91  圖4-6 (D) 污染團正下方之傳輸路徑受油槽阻擋時之傳輸行為示意圖 ... 91  圖4-6 (E) 洩漏點於地下水位面下 2 M 時之傳輸行為示意圖 ... 92  圖4-6 (F) 洩漏點於地下水位面下 1 M 時之傳輸行為示意圖 ... 92  圖4-6 (G) 洩漏點於油槽底部(於地下水位面上 1 M)時之傳輸行為示意圖 ... 93  圖4-6 (H) 洩漏點於 CASE2 地下水位深度為 2 M 之汽油污染團飽和度圖 ... 93  圖4-6 (I) 洩漏點於 CASE2 地下水位深度為 3 M 之汽油污染團飽和圖 ... 94  圖4-6 (J) 洩漏點於 CASE2 地下水位深度為 5 M 之汽油污染團飽和度圖 ... 94  圖4-7(A) CASE1 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 95  圖4-7(B) CASE1 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 96  圖4-8(A) CASE1 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 97  圖4-8(B) CASE1 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 98  圖4-9(A) CASE1 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 99  圖4-9(B) CASE1 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 100  圖4-10(A) CASE2 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 101  圖4-10(B) CASE2 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 102  圖4-11(A) CASE2 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 103  圖4-11(B) CASE2 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 104  圖4-12(A) CASE2 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 105  圖4-12(B) CASE2 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 106  圖4-13(A) CASE3 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 107  圖4-13(B) CASE3 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 108  圖4-14(A) CASE3 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 109  圖4-14(B) CASE3 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 110  圖4-15(A) CASE3 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 111  圖4-15(B) CASE3 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 112  圖4-16(A) CASE4 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 113  圖4-16(B) CASE4 地下水於 2 M 之模擬結果 ... 114  圖4-17(A) CASE4 地下水於 3 M 之模擬結果 ... 115 

圖4-18(A) CASE4 地下水於 5 M 之模擬結果 ... 117 

表目錄

表2-1 土壤及地下水管制標準-汽、柴油污染物部分 ... 6  表2-2BTEX 物理化學基本特性 ... 8  表2-3 汽油主要成分與百分比 ... 10  表2-4 汽油之典型組成成份與百分比 ... 10  表2-5 無鉛汽油之成分含量百分比 ... 11  表2-6 代表汽油性質的8 個餾分 ... 11  表2-7 數值模擬軟體比較 ... 23  表3-1 邊界範圍放大倍率說明 ... 28  表3-2 邊界效應敏感度分析之監測井與洩漏點距離說明 ... 29  表3-3 土壤參數變化說明 ... 30  表3-4(A)相對滲透係數參數(STONE’S MODEL) ... 33  表3-4(B)毛細壓力曲線參數(PARKER’S MODEL) ... 33  表3-5 無鉛與含鉛汽油組成成份 ... 37  表3-6 本研究中所採用之汽油組成成份及百分比 ... 38  表4-1 透水係數與傳輸速率之關係 ... 53  表4-2 土壤孔隙率與傳輸速率關係 ... 66  表4-3(A) 監測井#1 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 85  表4-3(B) 監測井#4 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 85  表4-3(C) 監測井#5 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 86  表4-3(D) 監測井#6 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 86  表4-3(E) 監測井#7 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 87  表4-3(F) 監測井#10 之土壤氣體與地下水含苯濃度值 ... 87  表4-4 洩漏點於CASE3 之土壤氣體與地下水最終污染物濃度值 ... 88  表4-5 洩漏點於CASE4 之土壤氣體與地下水最終污染物濃度值 ... 89 

第一章

緒論

1.1 研究動機

早期國內加油站設置的規範不完善且土壤地下水污染防範的觀念不如歐美 國家先進。因此，當老舊的加油站因儲油設備的損壞、鏽蝕等而產生油品洩漏， 其經常直接造成地下不飽和層、地下含水層與地下飽和層等的污染，並且隨著地 下水位的升降與水力梯度的帶動而使得污染範圍更為擴散。而依行政院主計處 2010 年 3 月止之統計資料，全台共設置 2,631 家加油站(經濟部能源局， 2010)， 而若平均每家加油站以4 座地下儲油槽估算，全國至少約有 10,524 座地下儲油 槽，其中有部分已設置超過20 年。 然而，根據美國賓州環境資源部研究，地下儲油槽洩漏的機率與其埋設的年 代正比例的關係，埋設10 年以上的儲油槽有 46%之機率會發生洩漏，而設置 15 年以上者，其發生洩漏之機率更達71%以上。而為減少儲油槽及管線洩漏所造成 之污染災害與損失，應要能夠掌握污染物的傳輸與擴散特性及要對於老舊的下儲 油槽有適當之監測設備與規範以早期發現污染並防範污染的擴大(Bedient et al., 1993)。 為此，經濟部於民國82 年 9 月 10 日第一次發布加油站設置規則後，由原有 之全文27 條條文逐年增修條文至民國 97 年 12 月 25 日止全文 37 條條文(經濟部， 2008)。由此可知加油站土壤及地下水污染問題早已成為環保主管機關日益關切 之問題與施政重點，況且環保與節能已是全球各地所關注之顯學，因此是否能有 效掌握加油站土壤及地下水污染並予以整治已是不可輕忽之問題。

1.2 研究目的

於本研究中希望透過數值模擬軟體TMVOC 模擬加油站之汽油槽洩漏(暫不 考慮柴油之洩漏)於土壤與地下水中之傳輸而獲得以下資訊: 1.整體評估加油站監測方法之有效性。 2.評估地下水位對於土壤氣體與水中溶解相傳輸之影響。 3.評估加油站監測井於不同情境下之監測靈敏度與半徑，如:不同之油品洩漏 點、回填料以及傳輸路徑受障礙物阻擋之影響。

1.3 研究方法與流程

由於油品污染礙於法規與經費無法進行現地實驗，於實驗室內進行則危險度 高且複雜難以施行，因此本研究係以數值模擬來探討加油站監測之問題。汽油污 染物是以多相系統方式來傳輸，而目前一般商業軟體中可模擬多相流與異質性土 層之數值模擬軟體就屬TOUGH2 系列之功能較完整。又以 TMVOC 為較新版之 模擬軟體，且操作性能與功能較符合本研究，因此本研究選用TMVOC 此套數 值模擬軟體來進行污染物傳輸模擬。 本研究首先對加油站進行土層參數、油槽之數量、滲漏狀況與現有之監測數 據進行資料蒐集，再將所獲得之場址資訊輸入TMVOC 內進行場址模型的建立。 依據地下水層狀況建立地下含水層與水力梯度模擬出穩態之初始狀況，最後再模 擬分析以下針對污染物傳輸影響之因子:土壤孔隙率(n)、土層絕對滲透係數(L2)、 汽油洩漏速率(R)、汽油洩漏時間(T)、水力梯度(i)等參數變異性分析，最後進行 結果分析與監測井之有效性評估。研究流程步驟如圖1-1 所示: 圖1-1 研究流程圖

第二章

文獻回顧

本研究主要係在探討當加油站發生油品洩漏之後，油品污染物的傳輸擴散、 分佈與監測等情形。本研究中之主要污染物為汽油，其本身是一種複雜的碳氫化 合物，且為一非水相液體(Non-Aqueous Phase Liquid, NAPL)，並具有易揮發、不 溶於水等特性，且可以多相的形態存在於土壤中。因此要確實掌握此類污染物於 土層中的分佈情形極為不易。以下首先回顧相關文獻中有關國內外加油站污染情 形、地下儲油槽管理與監測相關法規以及常用於油品污染傳輸模擬之模擬軟體。

2.1 加油站污染

石油碳氫化合物的污染來源可依產業特性區分為兩大來源:(1)油品儲運與銷 售設施，如:儲運所與加油站、港口與航站、燃油火力發電廠等之儲油設施與管 線；(2)石化工業工廠之設備、儲油設施與管線。而根據這些設施的特性來區分， 則因加油站的數量和空間分布之獨特性以及地下儲槽系統和管線與其他類型之 油品儲運設施有明顯之區隔，故為本研究中之重點研究對象(經濟部工業局， 2007)。一般油品之儲槽可分為地面儲槽與地下儲槽兩類，而地面儲油槽所儲存 的量又遠大於地下儲槽，因此一旦發生洩漏，其所洩漏的量與污染程度也較地下 儲槽大。

2.1.1 加油站之油品洩漏

一般加油站皆採用地下儲槽式之儲油系統(Underground Storage Tank System, USTs)如圖 2-1 所示，由於此型式之儲油槽體是埋設於地下因此於卸、加油時所 需之輸油管線亦隨著儲槽埋設於地表下，也因如此一旦儲槽本體或輸油管線因破 損而發生洩漏，則對於油品之洩漏點以及所造成之污染範圍是很難能夠確切掌握。 而一般加油站油品可能之主要污染途徑如圖2-2 所示，分別為: 一、卸油口及卸油管線洩漏 二、地下儲槽洩漏 三、輸油管線洩漏 四、泵島加油機洩漏。

依儲油作業型態的不同，可將發生污染的原因分為靜態與動態污染。其中靜 態污染是指泵島加油機下方、油槽、陰井、卸油口、管線等任何可能發生油品洩 漏的設施；動態污染則是指卸油時產生的溢流與汽機車加油等兩項作業中所產生 的洩漏。目前國內加油站均是以測漏管監測油槽區周圍土壤氣體之揮發性有機物 氣體濃度，然而加油站站齡10 年以上者均未於輸油管線區與泵島區設置測漏管 監測土壤氣體中之揮發性有機物濃度與預警系統，因此較老舊之加油站容易成為 監測死角(環保署， 2006)。 圖2-1 一般常見加油站配置圖 圖2-2 加油站常見之可能污染途徑示意圖 (環保署， 2006) 加油機  地下儲油槽  輸油管 卸油口 

2.1.2 國內外加油站污染概述

美國於1984 年制定「資源保育及回收法」(Resource Conservation and Recovery Act, RCRA)，該法令要求環保署及州政府制訂法規規範地下儲槽業者及 使用者避免洩漏及偵測方法，並對洩漏造成的污染負起清理及整治責任。隨後於 1988 年 12 月公布「40 CFR PART 280-Technical Standards and Corrective Action Requirements for Owners and Operators of Underground Storage Tanks」，該標準有 明確之規範美國地下儲槽系統的設置與監測辦法(US EPA, 1997)。 根據美國賓州環境資源部統計，美國共有110 萬個受聯邦法規管制的地下 儲槽分佈於40 萬個位址，這些地下儲槽絕大多數裝的是石化油品，其中有 25,000 個地下儲槽中裝的是有害物質。截至1998 年止美國環保署已確認有 100,000 個 儲槽發生洩漏，其中依美國賓州環境資源部統計，地下儲槽系統中儲槽本體洩漏 占49%，管線洩漏占 39%，以上兩種情況同時發生者占 12%，並且於 1988 年至 2003 年間，每年新發現並證實洩漏之地下儲槽平均約 27,000 座然而每年相對完 成污染整治之儲槽平均為19,000 座，兩者相較之下完成整治之儲槽數量遠小於 新發現之儲槽洩漏數量(US EPA, 2004)。 國內部份，我國於89 年 2 月公布施行「土壤及地下水污染整治法」，並於 90 年 11 月 21 日發布土壤污染管制標準、地下水污染管制標準。於 90 年 11 月 1 日成立「土壤及地下水污染整治基金管理委員會」(簡稱土污基管會)。並陸續 對農地、加油站、非法棄置場址、廢棄工廠等有污染之虞場址全國污染潛勢調查。 在「土壤污染管制標準」與「地下水管制標準」中規範汽、柴油等油品洩漏後， 其所含成分或衍生物質污染濃度值，如表2-1 所示(環保署， 2009)。

表2-1 土壤及地下水管制標準-汽、柴油污染物部分 分類 項目 管制標準 單位 土 壤 苯(Benzene) 5 mg/kg-土壤 甲苯(Toluene) 500 乙苯(Ethylbenzene) 250 二甲苯(Xylene) 500 總石油碳氫化合物 (Total Petroleum Hydrocarbons,

TPH) 1,000 地 下 水 分類 (飲用水水源水質保護區) 第一類 (保護區內) 第二類 (保護區外) mg/L 單環芳香族碳 氫化合物 苯(Benzene) 0.005 0.05 甲苯(Toluene) 1 10 乙苯(Ethylbenzene) 0.7 7 二甲苯(Xylene) 10 100 多環芳香族碳 氫化合物 萘(Naphthalene) 0.04 0.4 本表改編自行政院環保署-土壤及地下水污染管制標準 (http://sgw.epa.gov.tw/public/07_Pollutant.asp?polluMethod=Soil) 歷年來除了全台各地相繼發生加油站洩漏事件，而中油公司與空軍之油品儲 運作業亦曾發生油料洩漏問題。民國78 年，於高雄苓雅區中油高雄苓雅寮儲運 所發生洩漏，造成32,000 平方公尺的浮油洩漏污染事件。民國 87 年 7 月，台南 永康市中油輸油管因遭竊取油品，造成油品洩漏並污染鄰近區域的土壤與排水系 統，且引起氣爆危險危及居民身家財產安全。大體而言，國內加油站因油品洩漏 造成污染的原因，以人為因素居多。例如:未使用級配良好之回填料、陰極防蝕 施作不確實；油罐車卸油時溢流、加油站更換輸油管線時未將殘餘油品確實回收、 輸油管線因施工不良而導至接頭損壞等(環保署， 2001)。 針對加油站地下儲槽管理以防止造成土壤及地下水之污染情事，必需藉由加 油站許可及定期監測申報之事前防治機制，併同加油站施工、管理及防蝕不良等 洩漏之人為因素改善，應可有效減低洩漏污染之發生(環保署， 2007)。依行政 院環保署統計截至99 年 4 月止，已累計公告列管場址之加油站共計有 117 站， 包括整治場址16 站、控制場址 45 站、採取適當措施 21 站及已完成改善並解除 列管35 站(環保署， 2010)。

2.1.3 汽油污染物特性

汽油(Gasoline)因其易於汽化揮發而得名，依用途不同可分為車用汽油與航 空汽油。而車用汽油係由C5H12至C12H26之碳氫化合物所組成其沸點之範圍約在 100 ℉至 400 ℉間(朱少華等， 2007)；柴油(Diesel)是由不同的碳氫化合物混合 組成，主成分是由含有9 到 18 個碳原子的鏈烷、環烷或芳烴所組成，而於主成 分中有別於汽油的是含有萘(Naphthalene)，因此於油品污染場址中亦常發現萘， 而萘於地下水中之管制標準如表2-1 所示。 汽車在加速與上坡時需要較高之震爆，而欲達到較高之震爆則需使用較高辛 烷值之汽油。一般由原油所蒸餾而得之汽油期辛烷值為20 至 75 間，但卻無法滿 足現代效率較高之汽車引擎需求，因此在煉油過程中皆會加入化學摻料以提高辛 烷值；最常用之化學摻料為四乙基鉛(Tetraethyl lead: TEL)，而當加入四乙基鉛後 雖然可以提高其抗震爆性，然而四乙基鉛在引擎燃燒室燃燒後會產生氧化鉛及溴 化鉛經由排氣管排出，隨著廢氣所排放出之鉛約有75%會進入大氣中 (周振瑞， 2007)。人體會經由呼吸器官將殘留於大氣中的鉛吸入體內並累積，危害大眾健 康甚鉅。 為改善環境污染與大眾健康危害之問題，經石油化學專家多年研究後，發現 醇類與醚類可作為化學摻料；醇類包括甲醇、乙醇與丙醇等，醇類添加於汽油後 可提高辛烷值且亦可改善對於環境之污染，因此較受環保單位所支持。而由甲醇 與異丁烯所提煉可獲得甲基第三丁基醚(Methyl Tertiary Butyl Ether, MTBE)是目 前公認為最適用添加於汽油中之化學摻料，其辛烷值較烷化油高且物理性質與汽 油相近，且添加後幾乎不會改變汽油之物理性質(石油污染整治手冊， 2007)。 使用這類的替代鉛不但可以提高辛烷值還可以減少震爆及改善空氣品質，而 MTBE 的添加體積百分比約為 7%，而自 1979 年代起 MTBE 開始被使用作為氧 化劑(Oxygenate)添加於汽油中後，其添加體積百分比進而提高至 11%-15%，並 且於新英格蘭、紐澤西與美國東岸等地區開始被廣泛使用直到1980 年代中期。 除了MTBE 外在汽油中還有另一重要摻料稱為 BTEX，是苯(Benzene)、甲 苯(Toluene)、乙苯(Ethylbenzene)、及二甲苯(Xylene)等四種化學物質合起來的簡 稱，其基本物理化學性質如表2-2 所式。此四種化學物質皆具有高揮發性、不易 溶於水以及低沸點等特性，且此四種化學物質屬於單環芳香族碳化物，若不慎誤 食或經由呼吸與皮膚接觸則可能會造成慢性中毒、突變性畸胎性以及對於人體免 疫系統會產生干擾，其中以苯更具有生物毒性、致癌性與突變性等，美國環保署 已將BTEX 列為 129 種優先列管污染物之一，而台灣也制訂了土壤與地下水中 BTEX 之管制標準如表 2-1 所示以下分別概述 BTEX 之基本特性。

表2-2 BTEX 物理化學基本特性 物理化學特性 苯 (Benzene) 甲苯 (Toluene) 乙苯 (Ethylbenzene) 二甲苯 (Xylene) 分子式 C6H6 C7H8 C8H10 C6H4(C2H3)2 分子量 (mg/mole) 78 92 106 106 熔點(℃) 5.53 -95 -95 -25.2 沸點(℃) 80 111 135.2 144.4 密度(g/mL) 0.876 0.866 0.867 0.868 溶解度(mg/L) 1,780 500 150 150 沉積物-水分 配係數(Koc) 97 242 622 570 辛醇-水分配 係數(Kow) 135 540 1,410 1,320 蒸氣壓 (mm Hg) 76 22 7 5 半衰期 (T1/2) (day) 5 4 3 7 亨利常數 (Pa-m3/mole) 562 673 864 493 (經濟部工業局， 2007)

苯為透明無色之液體，可溶於乙醇及乙醚等有機污染物，一般用來做為酚、 硝、基苯、氯苯、水楊酸、三基苯酚等有機化學物品及用來合成染料、乾洗劑、 油漆等溶劑之用。通常會經由呼吸、皮膚接觸而進入人體並在人體脂肪中累積， 會造成中樞神經及造血系統傷害。若接觸到較高之濃度者，嚴重時會引起呼吸衰 竭、神智喪失而死亡，且已經證實長期累積會引起癌症，是BTEX 中對人體危 害程度最大的有機化學物品。此外苯對於水的溶解度較高，因此更容易溶於水中 再經由水體的傳輸而造成更大的污染範圍。在國內，苯已被環保署公告為毒性化 學物質，在飲用水質、土壤及地下水均有建立管制標準。 二、甲苯(Toluene) 甲苯透明是由焦煤油中分餾而得知無色液體其氣味與苯相似，亦可溶於乙醇 及乙醚等有機污染物。一般常用於苯甲醛、苯甲酸、藥物、染料、糖精、溶劑及 乾洗劑等。其Koc值較苯高，因此更容易累積於人體脂肪中，對於人體具有催眠 作用，亦可能會造成中樞神經系統、肝臟、腎臟等方面之慢性、急性傷害。而甲 苯於水中之溶解度、毒性均較苯為低因此尚未被列入飲用水水質相關標準。 甲苯對人體以腦部的影響為最受注意，甲苯會引起頭痛、恍惚使喪失記憶， 而是否會引起這些腦部病變則須視暴露時間的長短而定。若每天於工作場所中暴 露中低濃度的量，則會引起疲倦、恍惚、虛弱、反胃等症狀，通常停止暴露後則 這些症狀大部分皆可以恢復。若是飲酒又同時暴露於甲苯中則此時對於肝臟的影 響會大於兩者單獨對肝臟的影響，此效應稱為協同作用。職業暴露與動物研究顯 示甲苯不會引起癌症，國際癌症研究屬與美國衛生人力部尚未將甲苯列為致癌物 質，因此美國環保署決定不將甲苯列為致癌物質。 三、乙苯(Ethylbenzene) 是由苯與氯甲烷於氧化鋁存在下加熱分餾而得，為無色液體可溶於乙醇、乙 醚、苯、四氯化碳、醇迷等有機溶劑，可用於有機合成、溶劑與稀釋劑。以苯辛 醇與水之間的分配係數Koc值在BTEX 中為最大，因此生物累積性為最明顯，對 於人體則有催眠及增加膽酸等作用，對於神經系統則無明顯毒性。 四、二甲苯(Xylene) 是由粗製二甲苯分餾而得，為無色具臭味，可溶於己醇、己醚等有機溶劑，並具 有毒性之液體。可供有機合成、溶劑、人造麝香、油漆及染料之用，並有間位、 鄰位及對位三種不同排列之同分異構物。若經人體吸入後在肺部滯留量高，其急 性中毒現象與苯類相似，但又因其結構複雜因此半衰期在BTEX 中是較長之有 機化學物質。

由以上可知汽油的添加物多且複雜，且有各自不同的溶解度、揮發性、吸附 性、生物降解性質，因此無法僅以單一揮發性有機物質來代表其整體性質，有鑒 於此Lane(1980)將汽油依主要組成份以 5 種 VOC 來代表，如表 2-3。而典型之 汽油組成成份則如表2-4 所示。美國石油學會(1985)對典型無鉛汽油之平衡濃度 進行量測，並列出汽油組成含量百分比結果如表2-5。 Gustafson(1997)為了使得於模擬汽油污染物時更為簡化，故以總石油烴標準 (TPHCWG)法來簡化汽油組成份之複雜問題，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。如此一來即可以較少之揮發性有機物質來詮釋汽油整體之 污染傳輸行為。 表2-3 汽油主要成分與百分比 汽油主要成分 成分 範例 百分比(%) 正烷類(n-alkanes) MTBE 11.6 支鏈烷烴 (branched alkanes) 四乙基鉛、二甲基 32 環烷(cycloalkanes) 異丙基 5 芳香族(aromarics) 苯 3.2 乙苯 4.8 甲苯 6.6 二甲苯 1.4 其他(other) 磺酸、羧酸、磷酸 35.4 (IARC, 1989; Lane, 1980) 表2-4 汽油之典型組成成份與百分比 汽油組成成分 通稱 範例 百分比(%) 脂肪族-直鍊 庚烷(heptanes) 30-50 脂肪族-支鍊 異辛烷(isooctane) 脂肪族-環鍊 環戊烷(cyclopentane) 20-30 芳香族 乙苯(ethylbenzene) 20-30 (Ophardt, 2003) (http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/514gasoline.html)

表2-5 無鉛汽油之成分含量百分比 成份 純化合物之溶解度 (mg/L) 百分比 苯 (Benzene) 1750 1.94 甲苯 (Toluene) 515 4.73 乙苯 (Ethylbenzene) 152 2.00 鄰二甲苯 (o-xylene) 152 2.27 對二甲苯 (p-xylene) 198 1.72 間二甲苯 (m-xylene) 173 5.66 丁烷 (butane) 61 3.83 戊烷 (pentane) 其他(other) 40 － 3.11 74.74 改寫自API , 1985 表2-6 代表汽油性質的 8 個餾分 等碳數區間 重量百分比 等碳數平均值 最小值 最大值 平均值 脂肪族 4-6 25.7 44.2 35.9 5.04 >6-8 7.92 38.1 23.6 7.17 >8-10 1.73 9.6 5.8 8.12 >10-12 0.09 0.31 0.2 11.3 芳香族 苯 (5-7) 0.12 3.5 1.9 6.5 甲苯 (>7-8) 2.73 21.8 12.6 7.58 >8-10 5.42 22.3 14.2 9.13 >10-12 2.64 8.76 5.8 10.8 (Gustafson, 1997)

2.1.4 污染物傳輸方式

純有機污染物質其特性為難溶於水，會獨自形成一分離相的液體，通稱為非 水相液體(Non-Aqueous Phase Liquid, NAPL)而可依其比重大小分為兩類：密度較 水低者，會浮於水面上者稱為LNAPL(Light Non-Aqueous Phase Liquid)如: 汽油、

柴油各類機油等油品；而密度大於水，會沉於水面下者，稱為DNAPL (Dense

Non-Aqueous Phase Liquid)如: 三氯乙烯(TCE)及四氯乙烯(PCE)等。

當發生純有機污染物質污染時，污染物會經由土壤孔隙往下游或更深層之土 層傳輸。於污染物往更深層土層傳輸時過程中會先經由不飽和層，再到達地下水 位面下之飽和層；而不飽和層(Unsaturated Zone) 一般可定義為包含固態相、液 態相及氣態相等三相之系統，亦可稱為通氣層(Vadose Zone)，因為於此層中的毛 細水緣層(Capillary Fringe)雖然位於地表水位以上，但因毛細力的作用使得此層 的含水比接近飽和，故以通氣層來描述之。 由圖2-3 中可以看出當 LNAPL 通過不飽和層向下傳輸時，有一部份會於土 壤孔隙中揮發再逸散至地表，有部分則會吸附在土壤有機質之表面，而其餘繼續 往下傳輸之LNAPL 當遭遇到地下水層時則會向周遭擴張，形成一層薄浮油相。 浮油相的傳輸有部分會殘留於不飽和層的孔隙中，然而這些殘留的油分子會逐漸 不斷的溶解至地下水中且速度極為緩慢，除非使用界面活性劑(Surfactant)或以熱 蒸汽灌注降低毛細力作用，讓油分子可以隨著地下水流動，否則這些油粒的存在 就是二次污染來源，會隨著地下水位面的升降而持續擴散污染範圍。 當LNAPL 污染物通過不飽和傳輸至飽和層時會以兩種型態存在，一為吸附 態，一為溶解態；吸附於土壤孔隙中的液態LNAPL 油分子會隨著地下水位的變 動，使得部分液態的LNAPL 以殘餘飽和度被困在地下水位面以下的土壤孔隙中， 則LNAPL 就以三態存在；而溶解於地下水中的污染物傳輸的方式則包括：平流 (Advection)、機械延散(Mechnical Dispersion)、擴散(Diffusion)。平流是指污染物 隨著水分子因水頭（地下水位）差異而帶動，污染物隨著水分子由高地下水位往 低地下水位方向運動；擴散是污染物分子因濃度差異而驅動，污染物從較高濃度 往較低濃度區域移動；機械延散則是因為地下水流動時，微觀真實的流速差異和 流動方向不一，導致污染物水分子和污染物沿水流方向(Longitudinal)和側向 (Transverse)方向散佈。

圖2-3 石油碳氫化合物於土壤及地下水中之分佈與傳輸示意圖

2.2 加油站監測

於2.1.1 小節中可以知道加油站可能發生污染的洩漏點甚多，且由於儲油槽 本體與輸油管線皆是埋於地表下，因此若是儲油槽或輸油管線發生些微破損而導 致油品以小量且持續的洩漏，將難以立即察覺待發現油品洩漏並造成污染時，往 往污染範圍早已擴散並且污染程度已頗為嚴重。而後續的整治以及控制污染等工 程又所費不貲，因此如能在油品發生洩漏的初期就有效的掌握可能的洩漏源、範 圍以及污染程度，就能及早採取應變措施，如此不但可以降低污染範圍與嚴重程 度外，還可以避免日後可能被列為整治場址、控制場址以及整治費用過多等問 題。 有鑒於此，國內法規已於「加油站防止污染地下水體設施及監測設備管理辦 法」中對於地下儲槽系統之監測範圍規定應包含儲槽區、管線區、加油泵島區， 並詳細規範了土壤氣體、地下水體及槽間監測之施作原則與項目(環保署， 2006)， 分別於以下小節中概述之。

2.2.1 土壤氣體監測

由於汽油屬於高揮發性之有機物質，因此於加油站內之儲槽區、管線區以及 泵島區之不飽和土層皆是以監測土壤中油氣濃度為主，多是利用設置於槽體四周 之「土壤氣體監測井」(Vapor Monitoring Well, 簡稱測漏管)，量測測漏管內油氣 濃度變化，藉由測漏管內之濃度值即可判斷地下油槽是否有發生洩漏之情形。對 於測漏管之配置原則有以下重點: 一、 於油槽四周埋設四支測漏管(每側兩支)。 二、 油槽相鄰者則測漏管可共用。 三、 測漏管總數等於兩倍之油槽數再加二。 四、 部分較大型油槽(六十 公秉)四周埋設六支測漏管，測漏管總數等於三倍支 油槽數再加三。

而以土壤氣體監測方法進行監測者，應每月實施一次並記錄之；其方法及設 施標準應符合下列規定: 1. 監測設備應具有不因降雨、地下水、土壤濕度或其它因素影響，於儲存物質 滲漏發生後測得滲漏物揮發之功能。 2. 開挖區回填孔隙介質，應具滲漏物蒸汽擴散之功能。 3. 依開挖區範圍、回填孔隙介質、儲存物質及監測設備之功能，決定土壤氣體 監測井之數量及位置。 4. 監測項目為爆炸下限值百分比(% LEL)或揮發性有機氣體濃度。 5. 土壤氣體監測井應標記並加蓋。

6. 若已裝設有土壤氣體抽氣(Soil Vapor Extraction, SVE)設施，檢測作業前一週 必須停止運轉，比避免干擾檢測之準確性。 7. 若測漏管發現阻塞情形時(透氣度，亦稱透氣真空度註1檢測結果若抽氣負壓 力值高於500 mmHg 即視為阻塞)，應及時進行疏通或更新換新管等措施。 8. 若測漏管有積水過高或積油現象時(水氣及油氣存在)，則應先抽除後再進行 檢測作業。 9. 油罐車卸油時，應立即停止檢測作業，因卸油時槽內油品擾動增加油氣逸散， 將干擾測漏管油氣檢測之準確性，俟卸油作業結束後一小時後，繼續油氣檢 測作業。 地下水水位最高距地表二公尺以內者，不得採用土壤氣體監測法。但本辦法修正 實施前已設置土壤氣體監測井者，其功能符合透氣度小於150 mmHg 之規定者， 不在此限。 註 1：透氣真空度（負壓值）：為待測區之氣壓與大氣壓力的相對值，所測得數值為低於大氣壓之相對數值。

對於油氣檢測作業偵測器要求則可以選擇下列任一種偵測器，進行之: 1. 可燃性氣體檢測器(Combustible Gas Detector；CGD，簡稱測爆器)：用於測定

爆炸下限值(Lower Explosive Limit)百分比(%LEL)。偵測範圍0~100% LEL。 2. 光離子偵測器(Photo Ionization Detector；PID)：特點為對環狀有機化合物反應

較靈敏。偵測範圍：0~9999 ppmV。

3. 火焰離子偵測器(Flame Ionization Detector；FID)：可研判揮發性有機化合物 之濃度。偵測範圍：0~9999 ppmV。 對於土壤氣體之偵測結果數據的判別則有以下兩點準則(環保署， 2006): 1. 測爆器檢測值(%LEL)若大於 25%，顯示有油氣污染滲漏之虞，建議查明可 能原因 2. PID、FID 測值應與背景值之前後測值比較評估；若大於 500 ppmV 顯示有 油氣污染滲漏之虞，建議查明可能原因(環保署，2006)。

2.2.2 地下水體監測

當加油站區內之油品污染物通過不飽和層到達飽和層時，會有部分溶解於地 下水體中，因此於飽和層的監測項目則改以測地下水體中之含苯濃度。而以地下 水監測方式監測者，應每月實施一次並記錄之；其方法及設施標準應符合下列規 定: 1. 地下水監測井應於地下儲槽區及管線區上游設置一口以上、下游設置二口以 上。 2. 地下水水位不得低於地表下七公尺。地下儲槽系統與監測井間介質之水力傳 導係數不得小於0.01 cm/sec。 3. 監測井篩套管應具有防止土壤或濾料侵入井內之功能。 4. 監測井於高、低地下水位應能測得滲漏物質，其地表至濾料頂端並應予密封。 5. 自動或人工監測設備應具有監測滲漏物質之功能。 6. 地下水監測井之監測項目為浮油厚度或直轄市、縣(市)主管機關指定之項 目。 7. 地下水監測井應標記並加蓋。 對於地下水的監測結果則依據地下水管制標準來判釋是否遭受污染，其管制 標準如表2-1 所示。

2.2.3 油槽本體監測

加油站地下儲油槽區之監測施作應每月實施一次並記錄之，應設置足夠數量 的監測井偵測滲漏的發生，每一獨立地下儲槽至少必須設置四口監測井，而一組 位於同一開挖坑洞的數個地下儲槽至少必須設置數口監測井。監測井之數量與位 置必須由具有執照的技師或地質師設計簽證，並呈報主管機關核准，以確保可有 效偵測到儲槽的滲漏。以美國緬因州環保署的規範為例，其監測井配置通常如圖 2-4 所示。於油槽區之監測施作項目以美國環境保護署規範為例如圖 2-5 所示， 概述如下: 1. 人工儲槽計量或存量控制。 2. 儲槽密閉測試。 3. 輸油管線測漏。 4. 測漏管油氣監測。 5. 儲槽自動存量監測。 6. 槽間監測。 7. 地下水井內之地下水體監測。 另具有二次阻隔層保護之地下儲槽系統如圖2-6 所示，其設施標準應符合下 列規定: 1. 地下儲槽系統外層阻隔物，應使用滲透係數小於10-6 公分/秒之材質建造。 2. 外層阻隔物應高於地下水位且須與儲槽內之儲存物質相容。 3. 具有陰極保護系統之地下儲槽系統，其外層阻隔物設計不得妨礙陰極保護系 統之正常操作。

圖2-4 美國緬因州加油站地下儲槽測漏管配置要求 (Maine Department of Environmental Protection, 2004)

監測井 

油槽 

(a)僅有一個儲槽  _{(b)兩個儲槽並排設置時} 

(c)三個儲槽並排設置時 

圖2-5 地下儲槽監測方法示意圖 (US EPA,1997)

2.2.4 氣體監測井之敏感範圍

設置在地下儲油槽（USTs）外部位置的被動式蒸汽監測系統包含揮發性碳 氫化合物的監測，普遍被視為是一種快速且有效的監測方法。然而對於量測油品 洩漏量與蒸汽濃度間之關係仍處於僅止於了解物理過程的認知中，而如此即欲訂 定一套定量的網狀系統設計標準幾乎是不可能，並且要能分辨污染來源是由地表 之溢流(Spill)或是由地下儲槽洩漏(Leak)所產生之往往需要成熟的監測與分析系 統，然而通常難以達成。

為了能對於油品洩漏與蒸汽濃度之關係更加了解Weber and Schwille (1989)

以模擬軟體CFEST(Contaminant Finite Element Solute Transport)注入以甲烷、丁

烷與TCE 所混合之污染氣團，模擬汽油汽油揮發後其污染氣團於不飽和層之傳 輸，其模擬結果驗證了Geonomics (1988)於實驗現地所獲得之結果「如回填於油 槽區之回填材為低透水係數者，其汽相濃度消散之速率非常緩慢」。因此認為高 透水係數之回填材較低透水係數者更適合設置蒸汽與液體濃度監測與控制設備， 然而由於蒸汽相的逸散速率非常緩慢，因此使得該區域之污染濃度長期維持於高 值，使得難以區分該區之污染原因是因洩漏或溢流所導致，使得分析背景濃度的 變化較為困難，而對於非均質之土壤亦會發生這類難以辨識之困難。 對於一般在設置土壤氣體與地下水監測設備時，習慣以經驗法則作網狀式的 佈點，且對於汽油之蒸汽相傳輸一般普遍被接受的經驗法則為「污染氣團傳輸至 15 ft (4.5 m)需歷時 15 天」。然而由Weber and Schwille (1989)模擬之結果(如圖 2-7) 可知，對於經驗法則使用之正確性須根據可接受之最大洩漏量與最大污染濃度含 量管制標準。由圖2-7 可發現在洩漏速率為 0.2 gal/h 之情況下，距離洩漏點外 20 英呎處氣體濃度達1 %時所對應之洩漏時間約為 9 天；而氣體濃度達 10 %所需 之洩漏時間則約為40 天。而若於相同之洩漏條件下，將測漏管距離增加至 30 英呎處，則氣體濃度達1 %所需之時間約為 18 天；對於氣體濃度為 10 %而言， 則是於模擬時間80 天內無法到達。由此可知，若以較低之氣體濃度門檻值或者 使測漏管距離洩漏點較近之情況下，其兩種情況所對應之洩漏時間均較短，即可 以減少洩漏量與污染程度。 由圖2-7 亦可知對於洩漏數率較大者，則被檢驗出污染濃度大於警示值所需 之時間將可以較為縮短；但對於有效擴散係數較低之情況而言，則又會使得污染 濃度大於警示值所需之時間增加，因此若僅以經驗法則作為監測設備之配置依據 時則其監測效果較難達預期之情況，除非土層參數有極佳之條件。

(Weber and Schwille, 1989)

圖2-7 0.05 與 0.2 gal/hr 油品滲漏造成之油氣濃度 1%與 10%之鋒面移動距離

與時間曲線

於Weber and Schwille (1989)之研究結果可知，若沒有定量的量測洩漏速率

是無法制定一套較佳效果之監測系統，因為缺乏了解污染源之特徵即使知道偵測 設備的性能與靈敏性也是難以設定確切的污染濃度警示值。另外於圖2-7 中可發 現在油品滲漏速率為0.2 gal/hr 且於洩漏後 30 日時進行監測，則若油氣濃度警示 值採較高標準者(1 %)其氣體測漏管的有效監測範圍較廣可達 35 ft(約 10.8 m)；若 油氣濃度警示值採較低標準者(10 %)其氣體測漏管的有效監測範圍較差僅可達 18 ft(約 5.5 m)，因此若氣體監測井於配置時採較大之間距或油品實際發生洩漏之 速率較小時，則會延長氣體監測井測得油氣濃度達(10 %)之時間，因此可知氣體 濃度標準值與測漏管之間距為成反比之關係。

2.3 數值模擬軟體

目前市面可應用於污染傳輸模擬之商用軟體甚多，且所考慮之機制不外乎包 括蒸氣、水、NAPL 在水中之溶解、NAPL 之多相流傳輸及 NAPL 與土壤顆粒之 吸附作用，然而其中土壤孔隙的蜿蜒度、孔隙連續性與吸附性等皆以常數處理， 其是否會影響污染物傳輸模擬結果的考靠性還有待研究。而國內外目前常用於污 染物傳輸模擬之數值軟體有: MODFLOW、MT3D、TOUGH2、T2VOC、3DFATMIC

等各數值模擬軟體之比較如表2-7。然而因本研究所欲模擬之污染物為汽油，因

此需要能夠自行編輯與新增汽油之有機化學混合物以及汽由於不飽和層中汽、液、 NAPL 相之多相傳輸，故本研究選用 TOUGH2 系列中之 TMVOC 數值模擬軟體。

在過去有許多學者也曾模擬多相有機污染物的遷徙且發表了許多論文，如: 斯克誠(2002)先以 TOUGH2 模擬五氯酚受熱傳導效應之影響再以 T2VOC 模擬五

氯酚之傳輸，其結果顯示在100 ℃等溫線以內的五氯酚濃度甚低，表示五氯酚已

由吸附相轉變為溶解相；於100 ℃等溫線外之五氯酚會受到蒸汽之影響而產生推

移，若場址之垂直方向滲透係數較高則使得污染氣團易往上移動，高污染區域亦 隨之往上移動。顏柏穎(2002)以 T2VOC 模擬水下空氣注入法(Air Sparging)結合 氣體萃取法(Soil Vapor Extraction, SVE)受 NAPLs 污染區域之整治成效與分析。

Fagerlund and Niemi (2003)將汽油依等碳數分成 8 個餾分，再以 T2VOC 逐

步編輯這8 個餾分的化學參數，並觀察汽油於傳輸過程中汽、液以及油相的變化。

Zandin and Niemi (2006)以 T2VOC 模擬非均質多孔隙介質且考慮入滲水為變動，

其DNAPL 之傳輸影響，其結果顯示污染物所受之影響是由多孔隙介質的非均質

性與入滲水的變異性所結合，且會隨著時間尺度而變動。Kererat and Soralump (2010)以數值模擬軟體 TMVOC 模擬苯於傳輸過程中受到阻隔牆之阻礙，且於模 擬過程中考慮(1)地下水流為靜止(即無受水力梯度影響)與(2)受水力梯度為 0.017 之影響，結果發現影響污染物擴散因子為土壤滲透係數與水力梯度，此結果可用 來作為設計防滲透牆之尺度與性質。

表2-7 數值模擬軟體比較 軟體名稱 優點 缺點 備註 MODFLOW ●穩態、非穩態 ●侷限含水層、非侷限含 水層、 ●地下水系統之外來行為 如:抽取井水、注水、蒸發 散、區域排水… ●僅可模擬水流狀態 ●模擬污染物傳輸行為須 搭配其他軟體。 ●非飽和區及乾濕轉換時 模擬限制多 常用於模 擬地下水 流場分布 FEMWATER ●可模擬不同密度流 ●對於不規則邊界有較佳 之符合能力 ●僅能模擬簡單之化學與 生物動力 ●於同一含水層中只能設 定均質之水力傳導係數 ●使用介面複雜 ●不適用於油品污染 TOUGH2 ●放射性核種之熱傳模擬 ●氣相與液相之熱傳現象 可模擬非等溫之多相、多 成分之地下水流與溶質 傳輸 ●欲模擬 NAPL 傳輸須搭 配其他軟體 ●使用介面複雜 主要用於 模擬放射 性物質 T2VOC ●地下水層中之傳輸、揮 發、溶解與吸附等 ●可考慮多相系統之傳輸 ●以積分式有限差分法撰 寫，較難符合複雜邊界 ●使用時須先強制選擇現 場模擬型態，有時與現場 狀況相差甚遠 ●模擬污染傳輸時須分階 段處理 ●使用介面複雜 以 TOUGH2 為藍本改 寫 TMVOC ●多相系統之傳輸 ●考慮熱傳對於溶質傳輸 之影響、VOCs 之吸附、 揮發、溶解與生物降解 ●內建多種 VOC 可供使 用 ●以積分式有限差分法撰 寫，較難符合複雜邊界 ●模擬污染傳輸時須分階 段處理 ●使用介面較 T2VOC 簡 便 以 TOUGH2 及T2VOC 為藍本改 寫 (摘自黃佳雯,2005)

2.3.1 TMVOC 之組成與相態

在一個由水與空氣所組成的簡單系統中，存在著兩個組成物(水與空氣)因此 也會有兩個相(水相與氣相)。而最重要的是，這兩個組成物(水與空氣)可以同時 存在於這兩個相中；液相可以由液態水與溶解態的氣體所組成。同樣的，氣相也 可以是由氣態空氣與水蒸氣所組成(Pruess, 1987)。 在TMVOC 中不同的組成是由熱動力條件與相對關係所決定之，流體(液相) 可能存在於七個不同相的結合體中，如圖2-8 所示。箭號是表示相的出現或消失 路徑，是依據牛頓-拉夫森(Newton-Raphson)的熱動力條件迭代過程而得之(Pruess and Battistelli, 2002)。 圖2-8 TMVOC 中相之組成與變化；g-氣體、w-液體、n-NAPL

2.3.2 TMVOC 之質量與能量平衡

在TOUGH2 使用手冊中記載了一個基礎的質量與能量的平衡方程式，可以 式2-1 描述之(Pruess, 1987)。 ˙ ………(2-1) 上式中，Vn是指在研究的流體系統內的任意之區間體積；Γn有界的封閉曲面面 積；K 是用來表示在分析非等溫情況下的質量組成與額外的熱組成；M 是區域內 每單位體積的質量或能量累積量；F 是質量或熱通量；q 是指匯和源；n 是表面 元素的法線相量；t 為時間。

2.3.3 TMVOC 之空間與時間離散

在TOUGH2 家族的程式編碼中，其在空間離散的連續方程式是以積分有限

差分法(Integral Finite Difference method, IFD)來描述之(Edwards, 1972) and (Narisham and Witherspoon, 1976)。其適當的體積平均值可以下式表示之:

………(2-2) 上式中，M 是體積正規化的量；Mn是M 除以 Vn的平均值。其表面積分近 似於平均值除以表面線段Anm的離散總和。 · ∑ ………(2-3) 式中Fnm是內部法線組成的F 除以介於體積元素 Vn與Vm的表面線段Anm部 分之平均值。其離散方法是使用積分有限差分法，而幾和參數與範圍如圖2-8 所 示。 其離散通量可以表示為由平均值除上元素參數Vn與Vm。再由達西定律我們 可以得到從周圍區域m 流入區域 n 的質量通量 _, ，可以描寫如下式: , , , , ………(2-4) 上式中Dnm代表從區域n 的中心點至區域 m 的中心點距離； 代表流體密 度；β=1,2,3…NAPL 代表氣相、液相及非水相液體等成分； _, 代表流體中各個 相的壓力； 代表各個相的相對絕對滲透係數，是飽和度的函數； 代表流體 在各個相的黏滯度； 為由m 到 n 方向的重力加速度(Pruess et al. 1999)。 而時間離散則是將體積平均量與表面積分近似成以質量與能量平衡來取代， 則可以得到一組一階長微分方程式，可以描寫如下式:

∑ ………(2-5) 將時間項作一階有限差分來離散，且將右邊的源與匯以及通量項以新的時間 去計算，即可獲得在多相流中需要較高計算效率的穩定數值解。

圖2-9 積分有限差分法

第三章

研究方法

3.1 研究架構

本研究首先針對加油站現場配置建立模擬區域再進行敏感度分析，並以敏感 度分析之結果作為建立模擬區域網格之參考依據，完成網格之建立後再建立不同 深度之穩定地下水位狀態，最後於油槽區內進行油品污染物洩漏之模擬，如圖 3-1 所示。 圖3-1 研究方法流程圖 YES

3.2 敏感度分析

本研究之模擬場址尺寸為長寬各40 m。為了避免產生邊界效應而影響污染 傳輸模擬之結果則需將模擬範圍放大，且為了於主要模擬區域內得到較精確之結 果因此須將該區域內之網格尺寸縮小至長與寬皆為1 m，如此則會使得網格數量 大幅增加，會造成模擬時間的增加、輸出之結果檔案過大以致無法正常開啟以及 開啟三維結果圖時之讀取時間過長而產生讀取失敗等不良影響。為了避免上述之 問題則需將模擬範圍縮小，而又必須避免因減少模擬範圍的放大倍數所產生之邊 界效應影響，因此對於面積放大倍數進行敏感度分析，以找出在不產生邊界效應 下之最小放大倍數，除此之外亦針對絕對滲透係數與孔隙率進行敏感度分析，並 評估這兩種參數對於污染物傳輸之影響。

3.2.1 邊界效應敏感度分析

為了解邊界效應與面積放大倍率之影響，乃將主要模擬區之各邊分別放大為 2 倍(2X)、1.5 倍(1.5X)、1 倍(1X)以及 0.5 倍(0.5X)之主要模擬區域如表 3-1。其 污染物洩漏點與監測井配置及距離如圖3-2 所示: 表3-1 邊界範圍放大倍率說明 邊界範圍放大倍率 模型尺寸 (m) 四周各2 倍之主要模擬區域， 2X 200×200 四周各1.5 倍之主要模擬區域， 1.5X 160×160 四周各1 倍之主要模擬區域， 1X 120×120 四周各0.5 倍之主要模擬區域， 0.5X 80×80 圖3-2 邊界效應敏感度分析之洩漏點及監測井配置示意圖 單位: m 地下水流向 

由圖3-2 可知污染物洩漏點與監測管之相對位置，而在模擬過程中於洩漏點 位置持續注入10 gal/day(1.58 L/hr)的苯，注入時間為一年，地下水位於地表下 2 m 處，如圖3-3。 表3-2 邊界效應敏感度分析之監測井與洩漏點距離說明 監測井編號 與洩漏點之距離(m) 說明 #1 -2 位於洩漏點之上游側 #2 -1 #3 1 位於洩漏點之下游側 #4 2 #5 3 #6 4 #7 1 位於洩漏點往下游傳輸 方向之右側 #8 2 #9 3 圖3-3 地下水位與監測井配置示意圖 單位: m #1 #2 #3 #4 #5 #6

3.2.2 土壤透水係數敏感度分析

會影響未飽和層中地下水的流動與污染物的傳輸之因數甚多，如:透水係數、 土壤孔隙率、土壤含水量、其他土壤參數等；而於TMVOC 之操作界面中，土 層之透水係數是以絕對滲透係數(Permeability, L2)表示之。於 4.2 與 4.3 小節中將 針對絕對滲透係數與土壤孔隙率等參數進行敏感度分析並對其結果加以討論。 首先對於模擬範圍的設定採取將各邊長往外延伸一個主要模擬區域，其絕對 滲透係數設定為2.5×10-12 m2 (即透水係數 Kw為2.74×10-3 cm/sec)；孔隙率為 30%； 地下水位於地表下2 m。每次模擬僅調整單一參數而其餘參數則不做改變，參數 變化說明如表3-3 所示 於絕對滲透係數進行敏感度分析模擬時，於洩漏點處將苯持續以10 gal/day(1.58 L/hr)的洩漏量注入，並持續洩漏一年。於模擬時間結束後輸出各測 漏管之氣體濃度監測值，並以不同之絕對滲透係數與洩漏點之距離繪圖比較，各 測漏管與洩漏點之相對位置關係圖如圖3-2 所示。 表3-3 土壤參數變化說明 絕對滲透係數 (m2) 透水係數Kw (cm/sec) 孔隙率(％) 2.5×10-11 2.74×10-2 30 2.5×10-12 2.74×10-3 2.5×10-13 _2.74×10-4 2.5×10-12 2.74×10-3 20 30 40

3.2.3 土壤孔隙率敏感度分析

針對土壤孔隙率進行敏感度分析模擬時，同樣於洩漏點處以苯持續注入10 gal/day(1.58 L/hr)的量，並持續注入一年；土層絕對滲透係數為 2.5×10-12 m2；地 下水位於地表下2 m，再逐次調整孔隙率大小如表 3-3。於模擬時間結束後輸出 各測漏管之氣體濃度監測值，再以土壤孔隙率為0.2、0.3、0.4 之模擬結果與洩 漏點距離繪圖比較，各測漏管與洩漏點之相對位置關係圖如圖3-2 所示。

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

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

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) 甲苯(Toluene) 乙苯(Ethylbenzene) 苯(Benzene) 萘(Naphthalene) 苯基(b)熒蒽(Benzo(b)fluoranthene) 蔥(Anthracene) 烯烴(Olefins) 環烴(Cyclic hydrocarbons) 添加劑(Additives) 四乙鉛(Tetraethyllead) 四甲基鉛(Tetramethyllead) 二氯乙烷(Dichloroethane) 二溴乙烷(Dibromoethane) 6-7 6-7 5 2-5 0.2-0.5 3.9 mg/L 1.8 mg/L 5 5 6-7 6-7 5 2-5 0.2-0.5 3.9 mg/L 1.8 mg/L 10 5 600 mg/L 5 mg/L 210 mg/L 190 mg/L 1_{為體積百分比} 本表摘自Cline, 1991

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 1 m 14 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 

第四章

模擬結果與分析

4.1 面積敏感度分析

於模擬時間結束(一年)後輸出各測漏管之監測值並比較邊長放大倍率與邊 界效應之影響。比較方法為:以洩漏點為座標軸中心，X 軸往右為正；Y 軸往下 為正，並比較苯的氣體濃度是否會隨著與洩漏點距離之增加而受邊界效應之影響 模擬結果如圖4-1(a)-(i)。 由邊界效應之敏感度分析結果可知，整體而言邊界效應對於油品污染物之傳 輸行為並無明顯之影響，不過於圖4-1(a)-(d)可發現由於苯於注入後開始揮發並 有污染氣團的產生，而此時靠近洩漏點之氣體監測井已開始測得微量之氣體濃度， 然而該污染氣團之形成尚未完全穩定因此於所測得之微量氣體濃度值會有飄移 之現象，待污染氣團之形成較穩定後其傳輸行為亦較穩定此時(10 天)於監測井 中所得之氣體濃度值亦較穩定，且於此四種邊界放大倍數之監測井中所得之讀數 亦較趨於相近誤差亦小。而於監測井#5［圖 4-1 (e)］與監測井#6［圖 4-1 (f)］發 現距離洩漏點較遠之氣體監測井由於污染氣團尚未到達，而於60 天內監測井#5 ［圖4-1 (e)］皆未能測得氣體濃度值，由此亦可知當監測井距洩漏點超過 3 m 時， 則其敏感度將大幅下降且所需之監測時間亦較長。 於圖4-1 (a)-(d)中亦可發現當污染團傳輸長時間後(100 天)，於監測井中污染 氣團讀數會趨於穩定是因為污染團之尖峰值已傳輸至該點，使得土壤中之孔隙皆 被污染團所飽和導致氣體濃度值不再增加，而於污染團尖峰值外之監測井［圖 4-1 (e)-(f)］由於尚未被污染團所飽和且距離洩漏點亦較遠，因此氣體濃度值較低。 另外於洩漏點上游處監測井#1 與#2［圖 4-1 (j)-(k)］與洩漏點右側之監測井#7~#9 ［圖4-1 (p)-(r)］中可發現其之地下水體含苯濃度之初始差異較大而隨著時間之 增加而逐漸縮小差異，其原因可能是當污染物傳輸至地下水位面後隨即受到地下 水流影響而往下游傳輸，使得上游處與下游處右側之浮動油餅累積較慢使得於初 始溶解於水中的苯含量較少。對於監測井#3~#6［圖 4-1 (l)-(o)］而言，則因為皆 位於洩漏點下游處且水力梯度均相同，因此地下水體含苯濃度受邊界效應之影響 程度較小。

由洩漏點下游側之測漏管#3~#6［圖 4-1 (l)］可看出模擬範圍放大 2 倍(2X) 與1.5 倍(1.5X)與模擬範圍放大 1 倍(1X)0.5 倍(0.5X)之地下水體含苯濃度監測值 相關性不佳，尤其隨著測漏管與洩漏點之距離增加至下游側3 m［測漏管#5 圖 4-1 (n)］與 4 m 處［測漏管#6 圖 4-1 (o)］，更可明顯看出模擬範圍放大 2 倍之 地下水體含苯濃度監測結果有明顯之飄移現象。由此可知，網格尺寸會伴隨著模 擬範圍的放大而增加，因而造成軟體程式計算的誤差也被放大。而為了避免此現 象的發生因此於本研究中的模擬尺寸就以放大倍率為1 倍之尺寸設定之。

圖4-1 (a) 於#1 測漏管之苯氣體濃度圖

圖4-1 (c) 於#3 測漏管之苯氣體濃度圖

圖4-1 (e) 於#5 測漏管之苯氣體濃度圖

圖4-1 (g) 於#7 測漏管之苯氣體濃度圖

圖4-1 (i) 於#9 測漏管之苯氣體濃度圖

圖4-1 (k) 於#2 測漏管之地下水體含苯濃度圖

圖4-1 (m) 於#4 測漏管之地下水體含苯濃度圖