地球科學方法聯合應用於地表下非水相液污染源特徵描述之研究－含水層垂直異質性對DNAPL遷移影響研究

(1)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※

※ ※

※ 地球科學方法聯合應用於地表下 ※

※ 非水相液污染源特徵描述之研究 ※

※ 含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移影響研究 ※

※ ※

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計畫類別：□個別型計畫 ■整合型計畫

計畫編號：NSC 90－2116－M－006－009

執行期間：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日計畫主持人：吳銘志

執行單位：國立成功大學地球科學系

中華民國九十一年十二月三十一日

(2)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

地球科學方法聯合應用於地表下非水相液污染源特徵描述之研究含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移影響研究

Research on Conjunctive Use of Earth-Science Methods in Characterization of Subsurface NAPL Zones -The Influence of Vertical Heterogeneity on DNAPL Transport

計畫編號：NSC 90－2116－M－006－009 執行期限：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日主持人：吳銘志國立成功大學地球科學研究所

一、中文摘要

本研究利用室內之一維砂柱試驗進行非水相液（NAPL）的傳輸試驗，以瞭解非水相液在含水地層中的移動現象，並探討含水層的垂直異質性對比水重之非水相液

（DNAPL）遷移之影響性，經本研究獲得以下之結論：

1. DNAPL 在含水層中之移動較不受水流的影響，而是受到重力影響；LNAPL 在水中則因密度比水輕，始終在接近地下水面的位置。

2. DNAPL 在砂柱中的移動過程受到水文地質條件的影響，若組成砂柱的兩均質砂樣水力傳導係數值相差小於四倍時，當細顆粒之砂樣厚度小於整體厚度的十分之一時，其對 DNAPL 遷移的及在砂柱中的殘留量的影響可以忽略；若組成砂柱的兩均質砂樣水力傳導係數值相差大於四倍時，當細顆粒砂樣厚度大於整體厚度之十五分之一時，則不但會影響 DNAPL 在砂柱中之傳輸行為，

亦會使 DNAPL 在砂柱中的殘留量增加，而且是隨著細顆粒材料的厚度所占比例正比。

關鍵詞：非水相液、砂柱試驗、傳輸、異質性

ABSTRACT

This study uses the sand column to perform a one-dimensional NAPL transport test.

Keywords: Non Aqueous Phase Liquids, Sand Column Test, Transport, Heterogeneity, Break Through Curve

二、緣由及目的

NAPLs（Non Aqueous Phase Liquids，

非水相液），為污染地下水的碳氫化合物，

與水不相混、有揮發性、微溶於水。自地表滲入地下之後，NAPLs 在地層中的移動受到重力及毛細壓力的變化所影響。其移動路徑亦隨其周圍的地質條件而改變。

NAPLs 因其比重又可分為 LNAPLs

（ Light NAPLs ）及 DNAPLs （ Dense

NAPLs）兩種。DNAPLs 比水重，在滲入

地表後，除了部份因揮發及溶解作用，在

未飽和土壤層中形成蒸汽相及溶解於土壤

水中；大部分將會受重力影響，而不斷地

向下移動(Hunt et al.,1998a)。遇到地下水面

時，因其比重較大於水之故，也會穿過地

(3)

下水位面而向下移動（陳家洵、董天行，

1998）。

DNAPL 在含水層中向下移動路徑並不會受到水流影響，而是受到地層之水文地質條件的變化所左右(Nyer,1992)。在其移動的路徑上，毛細壓力及土壤孔隙大小的變化，將有部份之 DNAPLs 卡鎖

（Blocked）於土壤孔隙中（Bedient et al., 1994; Pankow and Cherry, 1996）。

地層是由沈積物沈積而形成，在不同的沈積環境之下形成之地層，其粒度、粒徑、膠結程度及厚度都不盡相同，因沈積環境並非一成不變，因此大部分的地層就水文地質的觀點而言，皆為非均質

（Heterogeneous）的，又因地質學的原始水平法則（Law of original horizontality），

同一沈積環境所影響範圍可水平延伸，因此同樣岩性的地層會水平呈層分佈也就造成了地層垂直方向的異質性。Kueper et al., (1993) 的砂箱試驗也顯示內部層理可能影響四氯乙烯（Perchloroethylene，DNAPL）

的移動。本研究利用一維砂柱試驗，配合不同粒徑及厚度的組合砂柱，模擬真實情況下，NAPLs 的移動行為，並探討不同水文地質條件的含水層對 DNAPL 移動的影響。

三、理論基礎

Tette(1988)曾描述污染團的基本移動機制為對流(Advection)跟擴散(Diffution)兩種機制。對流為地下水攜帶溶質移動的機制，而擴散是水中離子或分子由高濃度移動至低濃度的機制。

在一維流中，溶質的流通量及流速及濃度的關係可以下式表示：

C n v F

_x

=

_x _e

其中 F 為溶質的流通量，

_x

v 為平均線性速

_x

度， n 為有效孔隙率，C 則為濃度。而平

_e

均線性速度的大小根據達西定律：

dx dh n v K

e x

= −

其中 K 為水力傳導係數，

dx

dh 為水力梯度

(Hydraulic gradient)。因此一維流傳輸方程式可表示為：

x v C t C

x

∂

− ∂

∂ =

∂

Fetter(1988)認為溶質的擴散速率可由費克定律(Fick’s Law)來說明：

dx D dC F = −

_d

其中 F 為單位面積的溶質通量， D 為擴散

_d

係數， dx

dC 為濃度梯度。擴散係數的值約在

1×10

^-9

~2×10

^-9

(m

²

/sec)之間。此外，

Fetter(1988)指出，機械延散(Mechanical Dispersion)也是影響污染物傳輸的因子，在小尺度下，污染物在孔隙中移動的速度有快慢的差別，此現象是由於介質的物理性質所造成。例如：1.孔隙尺寸，2.流動路徑及 3.孔隙的摩擦力。Gillham and

Cherry(1982)認為污染物的擴散是由因為地質的不均質性，擴散作用在粉砂及黏土中作用較具影響力，而在砂質沈積物中，

因污染物濃度分佈較為規則，表示其主要受對流機制控制。

NAPL 不溶於水(或微溶於水)，因此在傳輸的過程中，較不受分子擴散機制所影響，

Fiorenza et al.(2000)以重力數(gravity number ,Ng)說明重力為影響 DNAPL 移動的主要因素，且當 Ng 值大時，DNAPL 移動速度將會較快。

µ α ρ

u N

_g

= ∆ gk sin

其中 g 為重力加速度，k 為滲透度

(4)

(permeability)， ∆ ρ 為兩液體之間密度的差異， α 為 DNAPL 在向下移動時的俯角，u 是滲透速度， µ 為 DNAPL 的黏滯度又

K(水力傳導係數) µ ρg

= k

因此，重力數可以表示為

u N

_g

= ∆ ρ sin K α

其中除了 K 質是介質性質之外，其餘性質都和 DNAPL 相關，Toth(1984)指出黏土及其他低滲透率地層的滲透係數較小，但是污染物仍能通過，只是會受到阻礙而減緩其移動。張致碩(2000)利用一維定水頭試驗，得到在一維水流狀態下，任兩種均質砂樣所組成之複合砂柱其水力傳導係數值的估算式

( ) ⁰^.⁰³²

ln 527 . 0 ln 043 . 0 ln 160 .

0 + × +



 



× 



 



 +



 





=

^DB ^KA^KB

DA KB

KA

e K

其中 K 為組合砂柱的 K 值，K

_A

、K

_B

為原均質砂樣的 K 值，而 D

A

、D

B

則為原均質砂樣的厚度。而張(2000)亦指出，若兩砂樣 K 值相差大約於四倍時，當 K 值較小之砂樣其厚度小於整體厚度的 10％時，其對複合砂柱水力傳導係數值的影響不能忽略。本研究藉由以不同粒徑及厚度所組合而成的複合砂柱，進行 NAPL 的傳輸試驗，以探討水文地質特性對 DNAPL 傳輸的影響。

四、實驗設置

本研究設置了一組一維砂柱試驗的系統（如圖一），其中管柱為 50 公分長的玻璃管，內徑為 5.97 公分，由於兩端有軟木塞，砂柱實際長度為 45 公分，管柱內所裝填的砂樣是採自台灣新竹上福基砂岩的石英砂，上福基砂岩為白色細粒至粗粒的石英砂，為求材料的均質性，先將砂樣經過

酸洗，並放置於球磨壺中長時間滾磨，除可將硬度較低之岩屑磨掉之外，可將石英砂顆粒磨得較為接近圓形，以減低因顆粒稜角而對實驗結果造成的影響，並在過篩時可以得到較為一致粒徑之砂樣。在反覆清洗、烘乾後，砂樣的整體密度達到 2.61g/cm

³

，和石英礦物密度的 2.66g/cm

³

相當接近，經過多次震篩後，取三種不同粒徑之砂樣，作為試驗中的材料，並且以定水頭試驗量測各均質砂樣的水力傳導係數值。三種砂樣的基本性質如表一所示。

管柱的兩端以插有細管的軟木塞封住，並以篩網隔在其中，避免砂樣漏出。同時為使水量及水溫固定，將自來水引入一水桶，並藉由一可調節流量的馬達以產生不同流速之水流，整個系統也以空調控制在穩定的狀態，本研究所選用的 LNAPL 為對 - 二甲苯（ P-Xylene ， C

8

H

10

，密度 0.861 g/cm

³

），DNAPL 為木材乾餾所產生的木餾油（密度為 1.13 g/cm

³

），實驗之初先用水流通約 30 分鐘以平衡系統溫度及穩定流量，再自管柱上方注入 10cc 的 NAPL，並同時自管柱下方開始收集樣本，再對樣本進行定性與定量分析。本研究所用來進行 DNAPL 定性定量分析的儀器為 DOHRMANN 公司所生產的總有機碳分析儀（TOC），型號為 DC-190，而 LNAPL 的定性定量分析則是採用 Varian 公司所生產的氣相層析儀（GC），型號為 Varian 3300。

實驗分兩階段進行，首先以 A 種砂樣

（粒徑在 1.18mm-2.00mm 之間），控制馬達以不同流量供水來觀察 NAPL 在不同流量情況下移動的情形，並觀察在同樣流量之下，LNAPL 和 DNAPL 移動的情形；第二階段的實驗，以一固定的流量

（15cc/sec，換算成流速大約是 0.53cm/sec）

及一樣的 DNAPL(木餾油)，僅只有改變複

合砂柱的組合方式，以 K 值為唯一變數，

(5)

研究其與 DNAPL 移動的關係。

五、結果與討論

經由以三種不同之均質砂樣所組成的各種不厚度比之組成砂柱（表二）進行一維傳輸試驗後，我們可以發現：

1. NAPL 在砂柱中移動並不受到水流大小的影響（如圖二），其中 LNAPL 因密度比水小，大部分都滯留在管柱最上方數公分的孔隙之間，隨水流而流出的量並不多，在實驗一中，經過了 640 秒，

DNAPL 的污染團已隨水流流至管柱下方，但 LNAPL 僅有極少部分隨水流經過管柱（如圖二），表三說明實驗一採樣結束時，所量到的 NAPL 累計值，可知 LNAPL 並不會隨水流移動；DNAPL 則很順利的穿過砂柱流到管柱下方，在同樣的材料當中，DNAPL 的移動情形也不會受到流量大小的影響，每一條 DNAPL 的穿透曲線都相當接近（如圖二）。

2. DNAPL 在砂柱中的移動過程，受到水文地質條件影響，若組成砂柱之均質砂樣之水力傳導係數值相差小於四倍時，當細顆粒砂樣（水力傳導係數較低之均質砂樣）厚度小於整體厚度之十分之一時，其濃度相對於時間的貫穿曲線

（Breakthrough Curve）並無太大差異 (如圖三)，此結果和張致碩（2000）的結論相吻合。若兩均質砂樣之水力傳導係數值相差大於四倍時，當細顆粒砂樣厚度大於整體厚度的十五分之一時，則會影響 DNAPL 在砂柱中之傳輸行為

（如圖四）。在此實驗中，因砂柱之主要成分為 A 種砂樣，因此只要在砂柱中，水力傳導係數較低之砂樣 B 或砂樣 C 的厚度增加時，整體砂柱的水力傳導

係數（K 值）就會降低，這也影響了 DNAPL 的流動速度，由圖三和圖四可以發現，當 K 值減小時，DNAPL 的穿透時間（breakthrough point，C/Co=50%）

會延後。

3. DNAPL 在砂柱中的殘留量也跟材料相關，若組成砂柱之均質砂樣之水力傳導係數值相差小於四倍時，當細顆粒砂樣

（水力傳導係數較低之均質砂樣）厚度小於整體厚度之十分之一時，其對 DNAPL 之殘留量之影響可以忽略，若兩均質砂樣水力傳導係數值相差大於四倍時，當細顆粒砂樣厚度大於十五分之一時，DNAPL 在砂柱中的殘留量會與細顆粒材料占整體厚度之比率成良好的線性關係（如圖五、表二）。

六、結果與自評

本研究利用室內一維砂柱試驗研究含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移的影響，

唯因 NAPL 具有揮發性，本研究以連續採樣法採樣後再以儀器進行定量分析，在此過程中因 NAPL 有揮發性，會有部分 NAPL 散失，以及各砂柱在沈水堆疊的過程當中，其各顆粒堆疊情形偶有不同，是造成實驗誤差的最大原因，另因使用之水源為自來水，水龍頭雖能持續出水，但是水溫、

流量及水質皆不穩定，本研究以就水溫及流量進行控制，建議在日後相關研究中，

改採以去離子水或是蒸餾水，其水質較為純淨，對於微溶於水中的非水相液體污染物的定量，會有較高的靈敏度及穩定性。

七、參考文獻

Chistopher M. Palmer, Principles of

Contaminant Hydrogeology, 2

^nd

edition,

CRC Inc., 1998.

(6)

Merrill, New York, 488pp., 1998.

Freeze, R.A.and Cherry, J.A., Groundwater, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,604pp., 1979

Hunt, J.R., N. Sitar, and K.S. Udell, Nonaqueous Phase Liquid Transport and Cleanup 1.Analysis of Mechanisms, Water Resources Research, 24(8), pp.1247-1258, 1998a.

Michael D. Annable et al., NAPL removal:

Surfactants, Foams, and Microemulsions, Lewis Publishers,552pp.,2000.

Nyer,E.K., Groundwater treament technology, Van Nostrand Reinhold, New York, 306pp.,1992.

Toth, J., The role of regional gravity flow in the chemical and thermal evolution of groundwater, in 1

^st

Canadian/American

Conf. on Hydrogeology, Banff, Canada, 3-39, 1984.

沈億瑛、何秉宜譯，污染物水文地質學原理，茂昌圖書公司，1999。

張致碩，複合地層當量水力傳導係數值之實驗研究，國立成功大學地球科學研究所，第 1-92 頁，碩士論文，2000。

陳家洵、董天行，三氯乙烯污染地下水之整治標準研究，行政院環保署，1998。

靳佩芳，以示蹤劑試驗推估 LNAPLs 對地下水污染行為之研究，國立中興大學環境工程學研究所，碩士論文，1999。

歐國隆，遲滯效應及尺度原則對 NAPLs 於孔隙介質中傳輸模擬之影響，國立交通大學土木工程研究所，碩士論文，2000。

盧至人譯，地下水的污染整治，國立編譯館，1997。

樣本編號

粒徑度

(mm) 孔隙率水力傳導係數 K(cm/sec) A 2>d>1.18 0.437 0.42 B 0.85>d>0.425 0.471 0.285 C 0.25>d>0.15 0.513 0.072

圖一實驗設置圖

表一各單一砂樣的基本性質

(7)

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00

10 80 150 220 290 360 430 500 570 640

時間（秒）

C/Co（％）

DNAPL 7ml/sec DNAPL 15ml/sec DNAPL 22ml/sec DNAPL 33ml/sec LNAPL 7ml/sec LNAPL 15ml/sec

圖二同樣材質不同流量的穿透曲線

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

10 80 150 220 290 360 430 500 570 640

時間（秒）

C/Co（％）

A45B0 A44B1 A42B3 A40B5 A30B15 A35B10

圖三 K 值相差小於四倍的穿透曲線

0 20 40 60 80 100

10 100 190 280 370 460 550 640

時間（秒)

）

C/Co（％）

A45C0 A44C1 A42C3 A40C5 A35C10 A30C15

圖四 K 值相差大於四倍的穿透曲線

y = 0.4571x + 16.574 R

²

= 0.9958

0 10 20 30 40

C種砂樣占整體砂樣厚度之比例（％）

殘留DNAPL量（％）

殘留量線性 (殘留量)

地球科學方法聯合應用於地表下非水相液污染源特徵描述之研究－含水層垂直異質性對DNAPL遷移影響研究

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※

※ ※

※ 地 球 科 學 方 法 聯 合 應 用 於 地 表 下 ※

※ 非水相液污染源特徵描述之研究 ※

※ 含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移影響研究 ※

※ ※

※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※

計畫類別：□個別型計畫 ■整合型計畫

計畫編號：NSC 90－2116－M－006－009

執行期間：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日 計畫主持人：吳 銘 志

執行單位：國立成功大學 地球科學系

中 華 民 國 九 十 一 年 十 二 月 三 十 一 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

地球科學方法聯合應用於地表下非水相液污染源特徵描述之研究 含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移影響研究

Research on Conjunctive Use of Earth-Science Methods in Characterization of Subsurface NAPL Zones -The Influence of Vertical Heterogeneity on DNAPL Transport

計畫編號：NSC 90－2116－M－006－009 執行期限：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日 主 持 人：吳銘志 國立成功大學 地球科學研究所

一、中文摘要

本研究利用室內之一維砂柱試驗進行 非水相液（NAPL）的傳輸試驗，以瞭解非 水相液在含水地層中的移動現象，並探討 含水層的垂直異質性對比水重之非水相液

（DNAPL）遷移之影響性，經本研究獲得 以下之結論：

1. DNAPL 在含水層中之移動較不受水流 的影響，而是受到重力影響；LNAPL 在水中則因密度比水輕，始終在接近地 下水面的位置。

亦會使 DNAPL 在砂柱中的殘留量增 加，而且是隨著細顆粒材料的厚度所占 比例正比。

關鍵詞：非水相液、砂柱試驗、傳輸、異 質性

ABSTRACT

This study uses the sand column to perform a one-dimensional NAPL transport test.

Keywords: Non Aqueous Phase Liquids, Sand Column Test, Transport, Heterogeneity, Break Through Curve

二、緣由及目的

NAPLs（Non Aqueous Phase Liquids，

非水相液） ，為污染地下水的碳氫化合物，

與水不相混、有揮發性、微溶於水。自地 表滲入地下之後，NAPLs 在地層中的移動 受到重力及毛細壓力的變化所影響。其移 動路徑亦隨其周圍的地質條件而改變。

NAPLs 因其比重又可分為 LNAPLs

（ Light NAPLs ） 及 DNAPLs （ Dense

NAPLs）兩種。DNAPLs 比水重，在滲入

地表後，除了部份因揮發及溶解作用，在

未飽和土壤層中形成蒸汽相及溶解於土壤

水中；大部分將會受重力影響，而不斷地

向下移動(Hunt et al.,1998a)。遇到地下水面

時，因其比重較大於水之故，也會穿過地

下水位面而向下移動（陳家洵、董天行，

1998） 。

DNAPL 在含水層中向下移動路徑並 不會受到水流影響，而是受到地層之水文 地質條件的變化所左右(Nyer,1992)。在其 移動的路徑上，毛細壓力及土壤孔隙大小 的 變 化 ， 將 有 部 份 之 DNAPLs 卡 鎖

（Blocked）於土壤孔隙中（Bedient et al., 1994; Pankow and Cherry, 1996） 。

地層是由沈積物沈積而形成，在不同 的沈積環境之下形成之地層，其粒度、粒 徑、膠結程度及厚度都不盡相同，因沈積 環境並非一成不變，因此大部分的地層就 水 文 地 質 的 觀 點 而 言 ， 皆 為 非 均 質

（Heterogeneous）的，又因地質學的原始 水平法則（Law of original horizontality），

同一沈積環境所影響範圍可水平延伸，因 此同樣岩性的地層會水平呈層分佈也就造 成了地層垂直方向的異質性。Kueper et al., (1993) 的砂箱試驗也顯示內部層理可能影 響四氯乙烯（Perchloroethylene，DNAPL）

的移動。本研究利用一維砂柱試驗，配合 不同粒徑及厚度的組合砂柱，模擬真實情 況下，NAPLs 的移動行為，並探討不同水 文地質條件的含水層對 DNAPL 移動的影 響。

三、理論基礎

Tette(1988)曾描述污染團的基本移動 機制為對流(Advection)跟擴散(Diffution)兩 種機制。對流為地下水攜帶溶質移動的機 制，而擴散是水中離子或分子由高濃度移 動至低濃度的機制。

在一維流中，溶質的流通量及流速及濃度 的關係可以下式表示：

C n v F

=

其中 F 為溶質的流通量，

v 為平均線性速

度， n 為有效孔隙率，C 則為濃度。而平

均線性速度的大小根據達西定律：

dx dh n v K

= −

其中 K 為水力傳導係數，

dx

dh 為水力梯度

(Hydraulic gradient)。因此一維流傳輸方程 式可表示為：

x v C t C

∂

− ∂

∂ =

∂

Fetter(1988)認為溶質的擴散速率可由費克 定律(Fick’s Law)來說明：

dx D dC F = −

其中 F 為單位面積的溶質通量， D 為擴散

係數， dx

dC 為濃度梯度。擴散係數的值約在

1×10

~2×10

(m

/sec)之間。此外，

Cherry(1982)認為污染物的擴散是由因為 地質的不均質性，擴散作用在粉砂及黏土 中作用較具影響力，而在砂質沈積物中，

因污染物濃度分佈較為規則，表示其主要 受對流機制控制。

NAPL 不溶於水(或微溶於水)，因此在傳輸 的過程中，較不受分子擴散機制所影響，

Fiorenza et al.(2000)以重力數(gravity number ,Ng)說明重力為影響 DNAPL 移動 的主要因素，且當 Ng 值大時，DNAPL 移 動速度將會較快。

※ 地球科學方法聯合應用於地表下 ※

執行期間：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日計畫主持人：吳銘志

執行單位：國立成功大學地球科學系

中華民國九十一年十二月三十一日

地球科學方法聯合應用於地表下非水相液污染源特徵描述之研究含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移影響研究

計畫編號：NSC 90－2116－M－006－009 執行期限：90 年 08 月 01 日至 91 年 10 月 31 日主持人：吳銘志國立成功大學地球科學研究所

本研究利用室內之一維砂柱試驗進行非水相液（NAPL）的傳輸試驗，以瞭解非水相液在含水地層中的移動現象，並探討含水層的垂直異質性對比水重之非水相液

（DNAPL）遷移之影響性，經本研究獲得以下之結論：

1. DNAPL 在含水層中之移動較不受水流的影響，而是受到重力影響；LNAPL 在水中則因密度比水輕，始終在接近地下水面的位置。

亦會使 DNAPL 在砂柱中的殘留量增加，而且是隨著細顆粒材料的厚度所占比例正比。

關鍵詞：非水相液、砂柱試驗、傳輸、異質性

非水相液），為污染地下水的碳氫化合物，

與水不相混、有揮發性、微溶於水。自地表滲入地下之後，NAPLs 在地層中的移動受到重力及毛細壓力的變化所影響。其移動路徑亦隨其周圍的地質條件而改變。

（ Light NAPLs ）及 DNAPLs （ Dense

1998）。

DNAPL 在含水層中向下移動路徑並不會受到水流影響，而是受到地層之水文地質條件的變化所左右(Nyer,1992)。在其移動的路徑上，毛細壓力及土壤孔隙大小的變化，將有部份之 DNAPLs 卡鎖

（Blocked）於土壤孔隙中（Bedient et al., 1994; Pankow and Cherry, 1996）。

地層是由沈積物沈積而形成，在不同的沈積環境之下形成之地層，其粒度、粒徑、膠結程度及厚度都不盡相同，因沈積環境並非一成不變，因此大部分的地層就水文地質的觀點而言，皆為非均質

（Heterogeneous）的，又因地質學的原始水平法則（Law of original horizontality），

同一沈積環境所影響範圍可水平延伸，因此同樣岩性的地層會水平呈層分佈也就造成了地層垂直方向的異質性。Kueper et al., (1993) 的砂箱試驗也顯示內部層理可能影響四氯乙烯（Perchloroethylene，DNAPL）

的移動。本研究利用一維砂柱試驗，配合不同粒徑及厚度的組合砂柱，模擬真實情況下，NAPLs 的移動行為，並探討不同水文地質條件的含水層對 DNAPL 移動的影響。

Tette(1988)曾描述污染團的基本移動機制為對流(Advection)跟擴散(Diffution)兩種機制。對流為地下水攜帶溶質移動的機制，而擴散是水中離子或分子由高濃度移動至低濃度的機制。

在一維流中，溶質的流通量及流速及濃度的關係可以下式表示：

(Hydraulic gradient)。因此一維流傳輸方程式可表示為：

Fetter(1988)認為溶質的擴散速率可由費克定律(Fick’s Law)來說明：

Cherry(1982)認為污染物的擴散是由因為地質的不均質性，擴散作用在粉砂及黏土中作用較具影響力，而在砂質沈積物中，

因污染物濃度分佈較為規則，表示其主要受對流機制控制。

NAPL 不溶於水(或微溶於水)，因此在傳輸的過程中，較不受分子擴散機制所影響，

Fiorenza et al.(2000)以重力數(gravity number ,Ng)說明重力為影響 DNAPL 移動的主要因素，且當 Ng 值大時，DNAPL 移動速度將會較快。

(permeability)， ∆ ρ 為兩液體之間密度的差異， α 為 DNAPL 在向下移動時的俯角，u 是滲透速度， µ 為 DNAPL 的黏滯度又

為原均質砂樣的 K 值，而 D

相當接近，經過多次震篩後，取三種不同粒徑之砂樣，作為試驗中的材料，並且以定水頭試驗量測各均質砂樣的水力傳導係數值。三種砂樣的基本性質如表一所示。

，密度 0.861 g/cm

），DNAPL 為木材乾餾所產生的木餾油（密度為 1.13 g/cm

（粒徑在 1.18mm-2.00mm 之間），控制馬達以不同流量供水來觀察 NAPL 在不同流量情況下移動的情形，並觀察在同樣流量之下，LNAPL 和 DNAPL 移動的情形；第二階段的實驗，以一固定的流量

經由以三種不同之均質砂樣所組成的各種不厚度比之組成砂柱（表二）進行一維傳輸試驗後，我們可以發現：

1. NAPL 在砂柱中移動並不受到水流大小的影響（如圖二），其中 LNAPL 因密度比水小，大部分都滯留在管柱最上方數公分的孔隙之間，隨水流而流出的量並不多，在實驗一中，經過了 640 秒，

（Breakthrough Curve）並無太大差異 (如圖三)，此結果和張致碩（2000）的結論相吻合。若兩均質砂樣之水力傳導係數值相差大於四倍時，當細顆粒砂樣厚度大於整體厚度的十五分之一時，則會影響 DNAPL 在砂柱中之傳輸行為

（如圖四）。在此實驗中，因砂柱之主要成分為 A 種砂樣，因此只要在砂柱中，水力傳導係數較低之砂樣 B 或砂樣 C 的厚度增加時，整體砂柱的水力傳導

係數（K 值）就會降低，這也影響了 DNAPL 的流動速度，由圖三和圖四可以發現，當 K 值減小時，DNAPL 的穿透時間（breakthrough point，C/Co=50%）

3. DNAPL 在砂柱中的殘留量也跟材料相關，若組成砂柱之均質砂樣之水力傳導係數值相差小於四倍時，當細顆粒砂樣

本研究利用室內一維砂柱試驗研究含水層垂直異質性對 DNAPL 遷移的影響，

流量及水質皆不穩定，本研究以就水溫及流量進行控制，建議在日後相關研究中，

改採以去離子水或是蒸餾水，其水質較為純淨，對於微溶於水中的非水相液體污染物的定量，會有較高的靈敏度及穩定性。

沈億瑛、何秉宜譯，污染物水文地質學原理，茂昌圖書公司，1999。

張致碩，複合地層當量水力傳導係數值之實驗研究，國立成功大學地球科學研究所，第 1-92 頁，碩士論文，2000。

陳家洵、董天行，三氯乙烯污染地下水之整治標準研究，行政院環保署，1998。

靳佩芳，以示蹤劑試驗推估 LNAPLs 對地下水污染行為之研究，國立中興大學環境工程學研究所，碩士論文，1999。