土壤及地下水污染採樣計畫之訂定及案例分析
土壤及地下水污染採樣計畫之訂定及案例分析
土壤及地下水污染採樣計畫之訂定及案例分析
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土壤及地下水污染預防<br />
與整治之法令及技術宣<br />
導講習會 工業局委辦<br />
中興工程顧問公司執行<br />
2005 0824<br />
土壤及地下水污染採樣計畫<br />
之訂定及案例分析<br />
陳尊賢<br />
國立台灣大學 農業化學系<br />
Tel: (02) 2369-8349, 3366-2117<br />
fax: (02) 2392-4335<br />
soilchen@ntu.edu.tw<br />
個人資料請參閱研究室網站 http://Lab.ac.ntu.edu.tw/soilsc/<br />
台大農化系 陳尊賢 1
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
內容大綱<br />
與污染物宿命有關之土壤性質<br />
採樣與監測之時機<br />
污染區採樣計畫訂定之步驟<br />
採樣工具與設備<br />
採樣佈點方法及位置<br />
案例分析<br />
台大農化系 陳尊賢 2
1. 與污染物宿命有關之土壤性質<br />
pH: 影響污染物之溶解度<br />
有機物含量:污染物主要之吸附<br />
黏粒含量:污染物之吸附位置及轉變<br />
質地等級: 影響通氣排水及污染物之移動, 吸附,及轉變<br />
黏土礦物種類: 污染物移動及吸附<br />
污染物之特性與污染情況<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
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2. 土壤及地下水污染調查採樣時機<br />
背景調查 (baseline survey)<br />
潛在污染源調查 (Environ. Safety Assessment, ESA)<br />
監測調查 (monitoring survey)<br />
整治調查與可行性研究 (remedial investigation and feasibility<br />
study, RI/FS)<br />
污染範圍調查 (Delineation survey)<br />
執行整治行動 (remedial action)<br />
整治完成之驗證 (Validation after soil remediation)<br />
早期預警系統評估 (Early warming system assessment)<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤及地下水污染調查採樣時機--細分<br />
未知是否受污染之定期調查<br />
對超過監測值之定期監測<br />
有人通報後之初步查證調查<br />
土地移轉或環境影響評估之潛在污染源調查<br />
早期預警系統<br />
已列管場址之污染範圍調查<br />
已列管場址之土壤地下水及農產品之污染調查<br />
整治可行性研究之調查<br />
整治計畫實施中之調查<br />
整治完成後之調查<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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污染整治與否採雙門檻制度,推動整治相關業務<br />
當污染場址之土壤污染或地下水污染來源明確,其污染物<br />
濃度超過「污染物管制標準」時,所在地主管機關應公告<br />
為土壤或地下水污染之「控制場址」<br />
控制場址」<br />
但控制場址經一定程序之初步評估後,如有危害國民健康<br />
及生活環境之虞時,所在地主管機關應報請中央主管機關<br />
審核後公告為土壤或地下水污染之「整治場址」<br />
「整治場址」。<br />
本法對此雙門檻制度<br />
雙門檻制度之公告依據,有一定之管制程序與解<br />
除管制之程序。<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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整治目標<br />
污染管制濃度<br />
監測基準<br />
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污染整治法與措施<br />
(污染來源明確) (污染來源不明確)<br />
整治場址<br />
初評<br />
控制場址<br />
控<br />
制<br />
計<br />
畫<br />
整<br />
治<br />
計<br />
畫<br />
使<br />
用<br />
限<br />
制<br />
地<br />
區<br />
定期監測與公告<br />
應<br />
變<br />
必<br />
要<br />
措<br />
施<br />
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3. 土壤及地下水污染採樣計畫之訂定<br />
採樣計畫”目的”之確定<br />
現場探勘<br />
採樣計畫書擬定<br />
經費需求之估算<br />
簽約<br />
採樣前之準備<br />
現場採樣及前處理<br />
實驗室分析<br />
數據處理與分析研判<br />
撰寫調查報告書及污染評估<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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4. 採樣工具之選擇<br />
採樣鏟(Hand - held shovel)<br />
土鑽採樣組(Hand - held auger)<br />
劈管採樣器(Split - barrel sampler)<br />
薄管採樣器(Thin - walled tubes sampler)<br />
活塞式採樣器(Piston rod soil sampler):利用採樣器內的活<br />
塞造成適當的真空,以採集具流動性的樣品(如湧砂)。<br />
雙套管採樣器(Dual tube soil sampler):具有內、外二組螺<br />
桿,內螺桿前端接採樣襯管,同時直接貫入土中,土樣即進入襯管中。適用<br />
於採樣孔有崩孔之虞者。<br />
行政院環保署環境檢驗所, 2001) NIEA S102.60B 採樣方法<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
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淺層土壤採樣調查工具<br />
土鑽 (Auger): 限重金屬採樣分析<br />
Surface soil (0-15 cm)<br />
subsurface soil (15-30 cm) or deeper<br />
maximum reliable depth: 2 m<br />
土壤已受擾動<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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(Soil Survey Staff, 1993)<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
Brady, N.C. and Weil, R.R. 1999<br />
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土壤深層採樣工具及設備<br />
鑽孔工具:利用重錘、旋鑽、氣錘等方式鑽孔,將<br />
地層鑽至目標深度<br />
採樣設備:需利用重錘或油壓設備貫入地層中,收<br />
集特定深度的土壤樣本<br />
主要針對有機污染物之採樣<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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Powerprobe or Geoprobe :<br />
鑽孔時不需使用循環流體<br />
使用方法:以氣錘方式鑽孔,孔徑約1.5~3吋<br />
適用地層:土壤粒徑小於採樣器開口直徑一半之地層<br />
皆可<br />
深度:適用深度為10公尺<br />
優點:速度快,以套管保護孔壁<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
Powerprobe or Geoprobe<br />
瑞昶科技公司提供<br />
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中空螺鑽機: 鑽孔時不需使用循環流體<br />
使用方法:以旋轉方式鑽孔,孔徑約4~8吋<br />
適用地層:砂、粉土<br />
深度:通常小於15公尺<br />
優點:操作便利,可於中空鑽頭內直接採樣<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
中空螺鑽機<br />
瑞昶科技公司提供<br />
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鑽堡: 鑽孔時需使用循環流體<br />
使用方法:以氣錘及旋轉方式鑽孔,孔徑約4~6吋<br />
適用地層:所有地層<br />
深度:無限制<br />
優點:動量大,速度快,以套管保護孔壁<br />
缺點:鑽孔時需使用高壓空氣或水;機具較大,搬運<br />
成本較高<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
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鑽堡<br />
瑞昶科技公司提供<br />
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鑽機之選擇<br />
Hollow stem auger<br />
Geoprobe or power probe<br />
Hydraulic rotary<br />
Cable tool<br />
Air Hamber<br />
水文地質條件<br />
預算<br />
可操作之空間<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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劈管採樣器<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
瑞昶科技公司提供<br />
(行政院環保署環境檢驗所, 2001)<br />
NIEA S102.60B 採樣方法<br />
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薄管採樣器<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
(行政院環保署環境檢驗所, 2001)<br />
NIEA S102.60B 採樣方法<br />
薄管採樣管<br />
瑞昶科技公司提供<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
雙套管採樣器<br />
瑞昶科技公司提供<br />
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採樣方法<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
土壤採樣方法適用之地質特性<br />
黏土層 坋砂層 砂層<br />
湧砂含<br />
水層<br />
礫石層<br />
一般土<br />
壤特性<br />
劈管採樣法 ˇ ˇ ˇ X ○ ˇ<br />
活塞式採樣法 ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ<br />
雙套管採樣法 ˇ ˇ ˇ ○ ○ ˇ<br />
薄管採樣法 ˇ ○ X X X ○<br />
手動採樣法 ˇ ˇ ˇ X ○ ˇ<br />
註:依採樣法的普遍性、效率與適用性程度,依序建議:ˇ 屬「推薦使用」,○ 屬「適用」,X 屬「不適<br />
用」。 (行政院環保署環境檢驗所, 2001) NIEA S102.60B 採樣方法<br />
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採樣方法<br />
劈管採樣法<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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土壤採樣方法適用之檢測項目<br />
揮發性有機物<br />
(VOCs)<br />
半揮發性有機物<br />
(BNAs)<br />
農藥* 重金屬*<br />
ˇ ˇ ○ ○<br />
活塞式採樣法 ˇ ˇ ○ ○<br />
雙套管採樣法 ˇ ˇ ○ ○<br />
薄管採樣法<br />
手動採樣法<br />
○ ○ ○ ○<br />
X ˇ ˇ ˇ<br />
*註:依採樣法的普遍性、效率與適用性程度,依序建議:ˇ 屬「推薦使用」,○ 屬「適用」,X 屬「不適<br />
用」。 (行政院環保署環境檢驗所, 2001) NIEA S102.60B 採樣方法<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
土壤污染調查之檢測誤差<br />
檢測: 包括野外採樣及實驗室分析<br />
採代表性土壤樣品 (至少300%)<br />
樣品製備或前處理 (100 - 300%)<br />
實驗室檢驗分析 (2 - 20%)<br />
結果評估與解釋至現場之分佈 (50%)<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
土壤採樣注意事項<br />
採樣區確立(1/5,000航照基本圖)<br />
採樣點配置(能涵蓋大部分地區<br />
採樣點配置 能涵蓋大部分地區)及樣品數確定<br />
及樣品數確定<br />
採樣工具及記錄紙<br />
樣品收集器 (塑膠袋, 廣口瓶)<br />
採樣重量 (100, 500-1000g)<br />
採樣人員之管理<br />
樣品前處理<br />
樣品保存 (冷藏, 室溫)及期限<br />
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5. NIEA S102.60B 採樣佈點方法<br />
主觀判斷採樣(Judgmental sampling)<br />
簡單隨機採樣(Simple random sampling)<br />
分區採樣(Stratified sampling)<br />
系統及網格採樣(Systematic and grid sampling)<br />
調整(應變)叢集採樣(Adaptive cluster sampling)<br />
混合採樣(Composite sampling)<br />
中華民國90年7月26日(90)環署檢字第46819號公告<br />
自中華民國90年8月26日起實施<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
網格定點採樣佈點示意圖<br />
(行政院環保署環境檢驗所, 2001)<br />
NIEA S102.60B 採樣方法<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
系統及網格採樣<br />
截線路徑法<br />
Brady, N.C. and Weil, R.R. 1999<br />
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建議使用之土壤採樣佈點方法<br />
污染物在污染區分佈之型式 建議使用之土壤採樣方法<br />
1. 事先毫無概念之情況-------- 矩形網格法、瓶架網格法、平行網格法<br />
2. 均勻分佈型 ------------ 矩形網格法、瓶架網格法<br />
3. 集中於某一小區之分佈型 ----矩形網格法、瓶架網格法、極線網格法<br />
4. 沿某一條線分佈型-------- 對角線網格法、極線網格法<br />
5. 特殊案例 --------------- 依環境分佈狀況選擇最適之方法<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
問題與分析 (1)<br />
平行網格法及瓶架網格法是最被常用之二種採樣方法。<br />
調查結果最重要的目標為:可否找到多個高濃度分佈的地點<br />
且其命中之機率很高。<br />
以在某一地區(假設範圍為10公頃)網格採取 100 個土壤<br />
樣品,則採到高含量區分佈(假設其分佈範圍為半徑 10 公<br />
尺之區域)之機率,經統計結果以瓶架網格法之機率最大<br />
(97% ),其次為平行網格法 (87 % ),而隨機網格法及有限<br />
度隨機網格法等兩採樣方法最低 (僅 50-65 % ),其他採樣<br />
方法之機率則在70-80%。<br />
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土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
問題與分析(2)<br />
取得高含量分佈區之機率有關的問題,完全取決於:<br />
(1) 採樣的樣品數<br />
(2) 高濃度區分佈之範圍有多大<br />
(3) 選用之網格法為何<br />
(4) 污染區之形狀,及<br />
(5) 採樣與分析之成本等各方面之考量<br />
採樣計畫書擬定之同時,亦須同時考慮以上所提之五項問<br />
題。<br />
台灣地區受重金屬污染區之污染區界定範圍之調查,大都採用平行網<br />
格法、矩形網格法、或沿污染來源分佈之極線網格法。而受有機物污<br />
染區之污染區界定範圍之調查,則採用瓶架網格法採樣。<br />
台大農化系 陳尊賢 34
不同採樣基準之查核及考慮項目<br />
平均值(mean value): 此資料之得到,通常成本最低且大多選擇"混合樣品"之採<br />
樣方法。<br />
最高含量值(maximum values): 大都不採用混合樣品,大部份均採用"個別樣品<br />
"之採樣方法。<br />
濃度分佈範圍(value distribution): 通常為了了解污染物在不同深度或不同地區<br />
之分佈狀況,採樣方法及採樣計畫之選擇就要更完美及更小心的設計了。<br />
污染原因及假說之驗證(verification of hypotheses): 主要目的為對不同污染源<br />
之不同影響地區,作危害性評估時之調查與採樣。採樣方法就必須考量是否可<br />
達到此方面之研究目的。此項結果之取得,成本最高且費時。<br />
是否可信度高 ? 是否最低成本 ?<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
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採樣目的<br />
經費<br />
環境污染源及地質水文<br />
時間<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
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執行 2005 0824<br />
6. 採樣計畫案例分析<br />
台大農化系 陳尊賢 36
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
土壤採樣技術與驗證技術<br />
USEPA soil sampling design (169 pages)<br />
www.epa.gov/swerust1/cat/mason.pdf<br />
USEPA soil sampling technology of<br />
verification report (110 pages)<br />
http://www.epa.gov/etvprgrm/pdfs/vrvs/01_vr_clement.pdf<br />
台大農化系 陳尊賢 37
Case-1 採樣點配置之原則<br />
假設附近之可能污染物來源為農藥工廠,有機污染物會隨著<br />
灌溉渠道而擴散,因此推測在灌溉渠道兩側之污染濃度較高,<br />
採樣點之分佈除了主要坵塊之入水口附近或中央位置各有一採<br />
樣點外,於其他坵塊灌溉渠道通過之附近增加採樣點。<br />
由各坵塊之入水口附近或中央位置所測得採樣點之濃度分佈,<br />
可以得知整個場址之污染範圍,<br />
包括可能之背景濃度,其他坵塊灌溉渠道通過附近採樣點可以<br />
得知高濃度之污染範圍。<br />
Cost effective?<br />
High quality of soil sampling?<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 38
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
農藥場<br />
系統及網格採樣(Systematic and grid sampling)<br />
台大農化系 陳尊賢 39
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
農藥場<br />
主觀判斷採樣(Judgmental sampling)<br />
調整(應變)叢集採樣(Adaptive cluster sampling)<br />
台大農化系 陳尊賢 40
Case-2 採樣點配置之原則<br />
假設附近之可能污染物來源為廢五金處理區及廢液桶堆置區,<br />
廢五金處理區之污染物可能由其排水口排出,進而進入坵塊,因此<br />
可推測某一坵塊之污染濃度最高,且其污染範圍會隨著所排之廢水<br />
而擴大<br />
廢液桶堆置區可能造成之污染為廢液洩漏,因此主要之污染範圍為<br />
廢液桶堆置之附近區域,推測其對於其他坵塊之影響較低,<br />
其他坵塊距離兩個可能污染源之距離較遠,因此採樣主要為判斷是<br />
否遭到廢五金處理區排水口排出污染物之影響及作為背景值之參考<br />
點<br />
採樣點分佈之設計<br />
Cost effective?<br />
High quality of soil sampling?<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 41
廢五金處理場<br />
主觀判斷採樣(Judgmental sampling)<br />
分區採樣(Stratified sampling)<br />
調整(應變)叢集採樣(Adaptive cluster sampling)<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
廢液堆置場<br />
台大農化系 陳尊賢 42
Case-3 採樣點配置之原則<br />
假設附近之可能污染物來源為垃圾焚化爐及一座加油站,但由於垃圾焚化<br />
爐之廢水排放與加油站污染造成之土壤污染情形差異很大<br />
可以藉由分析採樣點之污染物性質得知污染源,因此採樣之動作可以分成兩<br />
次,第一次採樣鑑定可能之污染源,第二次採樣在鑑定污染之局部範圍<br />
推測垃圾焚化爐之排放廢水可經由灌溉渠道進而污染坵塊<br />
加油站主要污染範圍為直接污染坵塊或是經由灌溉渠道進而污染其他坵塊<br />
經由第一次採樣可以得知可能之污染源<br />
第二次採樣點之分不主要位於灌溉渠道兩側<br />
Cost effective?<br />
High quality of soil sampling?<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 43
加油站<br />
主觀判斷採樣(Judgmental sampling)<br />
分區採樣(Stratified sampling)<br />
調整(應變)叢集採樣(Adaptive cluster sampling)<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
垃圾焚化場<br />
台大農化系 陳尊賢 44
Case-4 採樣點配置之原則<br />
假設附近之可能污染物來源為電鍍廠及電池製造廠,<br />
採樣點之分佈基本上為各坵塊之入水口附近及中央位置各有一<br />
採樣點,<br />
污染物主要經由灌溉渠道傳輸,因此在灌溉渠道之附近急轉彎<br />
處增加採樣之點數<br />
可能要兩次採樣<br />
Cost effective?<br />
High quality of soil sampling?<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 45
電池場<br />
主觀判斷採樣(Judgmental sampling)<br />
分區採樣(Stratified sampling)<br />
調整(應變)叢集採樣(Adaptive cluster sampling)<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 46
地理統計法<br />
(geostatistics)<br />
之推估流程<br />
(李達源, 2003)<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
γ<br />
f<br />
(h)<br />
H<br />
mean<br />
L<br />
z(x)<br />
h<br />
Postplot<br />
Data distribution<br />
Semivariogram<br />
(Spatial dependence)<br />
Kriging<br />
Mapping<br />
台大農化系 陳尊賢 47
7. ISO/TC 190 對土壤採樣之規範<br />
以研究為目的<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
資料可靠及成本效應<br />
採樣--處理--及分析人員之溝通<br />
宜了解前處理步驟<br />
依國家標準及 確保QA/QC<br />
資料收集及現場探勘<br />
慎選採樣方法 (grid or random)<br />
台大農化系 陳尊賢 48
ISO/TC 190 對土壤採樣之規範 (continued)<br />
採樣深度 (depth or horizon)<br />
採樣重量 (1 kg, or > 500 g)<br />
樣品代表性 (single sample, composite samples)<br />
冷藏及保存期限<br />
工具及容器<br />
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
台大農化系 陳尊賢 49
土壤及地下水污染預防與整治之法令及技術<br />
宣導講習會 工業局委辦 中興工程顧問公司<br />
執行 2005 0824<br />
結論<br />
與污染物宿命有關之土壤性質<br />
採樣目的確定及現勘後才提採樣計畫書<br />
採樣時機依目的不同而調整<br />
採樣工具依不同土壤深度及污染物而定<br />
採樣點數與位置之擬定應考量調查品質與成本分析<br />
樣品前處理必須確實<br />
案例分析之經驗<br />
台大農化系 陳尊賢 50
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