( 29 )

農地重金屬污染地區水體總量管制策略評析The Analysis of Total Quantity Control Methods for Water Body

in Heavy Metal Contaminated Agricultural Lands

石　柏　岡PO-KANG SHIH

中原大學通識教育中心

助理教授

陳　柏　儒PO-LU CHEN

國立臺灣大學生物環境系統工程學系

助理

林　聖　淇SHENG-CHI LIN

國立屏東科技大學教學資源中心

助理教授

江　莉　琦*

LI-CHI CHIANG

國立聯合大學土木與防災工程學系

副教授

徐　偉　展WEI-JHAN SYU

國立臺灣大學生物環境系統工程學系

博士候選人

摘　　　　　要

自民國105年2月起，台灣首先以桃園作為以重金屬為指標污染物並施行總量管制的城市。本研究評析農地重金屬污染地區水體總量管制之發展與策略，並使用地理資訊技術檢視桃園地區總量管制劃設範圍，以Water Quality Analysis Simulation Program (WASP)推估桃園埔心溪流域內三塊厝支線水體的涵容能力，並估算進入其下游農地之重金屬污染量，以評析總量管制區域劃設之適當性。以地理資訊系統ArcGIS展示統計資料結果，有助於視覺化之說明與溝通。以WASP水質模式兩次驗證結果，平均百分比(MAPE)分別為49.27%及44.56%，而R2值分別為0.87與0.91，表示此模式能合理模擬水體重金屬銅之空間與濃度變化。而以WASP水質模式模擬三塊厝支線水體對重金屬銅之涵容能力結果顯示，現行管制策略仍無法使三塊厝支線下游段水體符合灌溉水水質標準，此水體仍供灌著約114公頃農地，因此應調整一級總量管制區管制之界限，將主要污染源納入，方可使其達成水體使用目的。此外，以模擬結果估算每年進入三塊厝支線下游農地的重金屬污染量，發現若以現行二級總量管制標準管制之，則一般農地安全使用年限僅約48年，而改以一級總量管制標準管制之，則農地安全使用年限可增長至128年。此研究成果可作為桃園地區總量管制策略修正或新劃設區域之參考依據，本研究方法亦可提供未來評析其他地區總量管制施行策略適當性之選用。

關鍵詞：總量管制，涵容能力，WASP水質模式。

ABSTRACT

Since February 2016, Taoyuan was first selected for implementing the Total Quantity Control (TQC) on heavy metals in Taiwan. The purposes of this study are to evaluate the development and strategy of TQC implementation on agricultural lands which contain heavy metal, to re-assess the delineated control areas by using the Geographic Information System (GIS), to quantify the allowable pollutant loads by using the Water Quality Analysis

* 通訊作者，國立聯合大學土木與防災工程學系副教授，36063苗栗市南勢里聯大2號，lchiang@nuu.edu.tw

臺灣水利　第 67 卷　第 1 期民國 108 年 3 月出版

Taiwan Water ConservancyVol. 67, No. 1, March 2019

( 30 )

一、前　　　言

隨著工業快速發展，人為污染也大量進入環

境，其中事業廢(污)水的排放，更是水體主要污

染的來源。當這些污染物，進入灌溉系統中，再

隨著渠道進入農田，長久下來即引發許多水污染

造成之公害事件，因此，為防治水汙染，行政

院環保署於民國63年公布《水污染防治法》。

《水污染防治法》最初在廢(污)水排放管理方

面，採用限制事業廢水排放濃度的政策，但卻造

成不肖業者以混和大量清水稀釋後，再將達到

標準的濃度廢水排放至水體，由於重金屬污染物

隨水體進入土壤中具有累積性，顯示防治法並無

法有效地減少污染物的量進到土壤中，反而浪費

大量的水資源(行政院環境保護署，2016a；劉黔

蘭，1998)。因此，行政院環保署於民國80年將

總量管制的觀念引入《水污染防治法》第九條。

而早期的總量管制研究及擬定，多參考國外經驗

包含美國、日本、韓國、中國等(美商傑明顧問

公司，2014)，指標污染物的訂定多為非保守性

物質，如：氮(N)、磷(P)、溶氧(DO)、生化需氧

量(BOD)、化學需氧量(COD)等，這些物質在水體

傳輸的過程中容易被自然降解，對於人體健康影

響較不明確。此外，以上述指標污染物限制部分

產業，如：電鍍業、金屬表面處理業、印刷電路

板製造業等之排放量，效果不彰。重金屬為保守

性物質，於水體流動當中不會被降解，且對人體

健康威脅容易量化，有鑑於此，行政院環保署於

2016年2月選定桃園做為以重金屬為指標污染物

施行總量管制之地區。

一個新的總量管制政策需要有後續的監測作

業，以及做滾動式的修正檢討，係本研究目的為

檢視桃園地區總量管制劃設範圍之適當性，參考

「水體污染總量管制方式規劃專案工作計畫」

(美商傑明顧問公司，2014)及「指定河川水質總

量管制方案評析及支援管理」(美商傑明顧問公

司，2015)整理桃園地區水體水質相關資料，以

地理資訊系統(ArcGIS)呈現桃園污染情勢，再以

水質模式(Water Quality Analysis Simulation Program, WASP)模擬推估埔心溪流域中三塊厝支

線水體涵容能力，進而評析桃園總量管制策略對

對農地保護之成效。(巨廷顧問公司，2013；科

技部中部科學工業園區管理局，2013)

二、文獻回顧

2.1. 桃園總量管制區劃設情形

桃園地區位在台灣西北，台北與新竹之間，

地形平坦，上有許多農地、工業用地以及居住

地，但因為沒有良好的規劃，使得工廠林立於農

地之間，又灌排系統沒有分離，造成許多水污染

公害事件頻傳；2016年桃園總量管制策略劃設一

級總量管制區與二級總量管制區(圖1)，其中一

級管制區範圍包含整個中壢工業區，主要為管理

埔心溪流域上游支流黃墘溪水體所劃設。中壢工

Simulation Program (WASP) model, and to further calculate the mass of heavy metal contaminants through irrigation water in the farmlands. The results showed that displaying the statistical data in ArcGIS provided visualized presentation for efficient communication. The WASP model could reasonably simulate the concentration and spatial distribution of heavy metal Cu, in terms of good MAPE and R2 values for two sets of verification data (First set: MAPE = 49.27% and R2 = 0.87; Second set: MAPE = 44.56% and R2 = 0.91). Furthermore, the WASP results showed that the allowable pollutant load of SanKuaiCuo channel still fails to meet “Irrigation Water Quality Standards.” It is suggested to raise the level of TQC from 2nd-level to 1st-level. Based on the simulation results, the safety usage period of the farmlands located at the downstream of the SanKuaiCuo channel could be increased by 80 years, namely from 48 to 128 years if the 1st-level TQC is implemented. This study results and methods can be served as reference for improving the TQC implementation in Taoyuan and other areas in the future.

Keywords: Total Quantity Control (TQC), Allowable pollutant load, Water Quality Analysis Simulation Program (WASP).

( 31 )

業區大部分廢(污)水排放進黃墘溪，使黃墘溪水

質多年呈現超標情形，影響下游數公頃農地，因

而將其列為一級管制區；而二級管制區範圍包

含整個埔心溪及新街溪流域，以加強總量削減方

式防止污染物轉移至其他鄰近地區(國立台灣大

學，2016)。

在總量管制一級管制區範圍內者，工廠製程

中若會排放六項重金屬包含：銅(Cu)、鋅(Zn)、

總鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、及六價鉻(Cr6+)，

不得新設事業，並對既有工廠採取加嚴管制，從

原本的「放流水排放標準」加嚴至「灌溉用水標

準」，若違規經撤銷許可證後將不再核發。而二

級管制區內工廠排放標準加嚴一倍，既設事業2

年內必須符合加嚴後排放標準。此外，事業廢

(污)水排放位置於劃設之總量管制區內者，其排

放廢(污)水量每日超過1,000立方公尺或經桃園

市政府認定係重大水污染源者，應依規定設置放

流水水質水量自動監測系統予以監測，並作紀錄

向桃園市政府申報。桃園總量管制區分級排放標

準詳如表1。

2.2. 水質模式WASP發展及應用

水質模式WASP (Water Quality Analysis Simulation Program)源於美國曼哈頓學院，經

美國環保署USEPA修正而成，模式功能包括：模

擬水文動力學，處理水體一維、二維與三維之問

題；模擬污染物於水體變化情形，包括：常態污

染物(氮、磷、溶氧及營養鹽等)與有毒污染物

(金屬物質、有機化學物質及沉積物等)，WASP水

質模式發展與相關研究眾多(Sato et al., 1987；Wool et al., 2001；Smedt et al., 1996；Schultz, 2001)。

WASP水質模式在台灣早期應用於計算以總

氮、磷、BOD為指標污染物之水體涵容能力。根

據<<水污染防治法>>對涵容能力的定義為「不妨

害水體正常用途的情況下，水體所能涵容污染物

之總量」(行政院環境保護署，2016a)。以重金

屬銅(Cu)為例，當目標水體之用途為灌溉用水，

則水體對重金屬銅(Cu)之涵容能力即為灌溉水質

標準0.2 (mg/L)；或是當目標水體之用途為一般

放流水時，則水體對重金屬銅(Cu)之涵容能力即

為放流水水質標準的3.0 (mg/L)。Lung (2001)在Water Quality Modeling for

Wasteload Allocations and TMDLs一書中說明水

質模式的應用方法及目的，在過去相關研究中，

有應用WASP水質模式評估重金屬汞的總量管制

(Ambrose and Wool, 2001)；2003年WASP水質模

式被用以評估高雄愛河之涵容能力，經過水質調

查分析，愛河主要污染源來自工業廢水、生活污

水及上游農業區之非點源污染，從模式評估的結

果能提供污染整治的依據，並規劃污染整治計畫

(吳芳池，2003)，以及「曝氣對淡水河系水質改

善之研究(以WASP模式探討)」(林俊宏，2006)，

圖1　桃園市總量管制區劃設範圍

表1　桃園市管制區放流水標準

對象 銅 鋅 鉻 鎳 鎘 六價鉻

第一級管制區新設事業 不得新設或變更增加排放六項重金屬製程事業

既設事業(緩衝期2年) 0.2 2.0 0.1 0.2 0.01 0.025

第二級管制區新設事業 0.2 2.0 0.1 0.2 0.01 0.025

既設事業(緩衝期2年) 1.5 2.5 1.0 0.5 0.015 0.25工業區專用污染下水道系統(緩衝期2年) 1.5 2.5 1.0 0.5 0.015 0.25

管制區外業者(現行標準) 3.0 5.0 2.0 1.0 0.03 0.5

(來源：桃園市環保局網站)

( 32 )

「以WASP水質模式模擬烏溪感潮河段水質」(楊

舒淯，2011)等研究；此外還有透過WASP水質模

式進行情境模擬，分析污染物在不同總削減量達

成之效果，以提供未來政策上之參考的相關研

究，包含高雄二仁溪流域NH3-N及BOD之總量削減

(賴俊良，2013)，屏東武洛溪流域NH3-N及BOD之

總量削減 (侯嘉琦，2016)與屏東東港溪流域其

支排流之BOD、NH3-N廢水污染貢獻量削減(賴文

彬，2014)；近年也有以重金屬物質為指標污染

物利用WASP水質模式模擬，評估水體對重金屬物

質之涵容能力相關研究，包括：應用WASP水質模

式模擬桃園黃墘溪及三塊厝支線水體中對重金屬

銅(Cu)之涵容能力(國立台灣大學，2016)。

三、研究方法

本研究包含兩部分，一為檢視桃園整體總量

管制劃設範圍，方法為蒐集桃園農地、流域、工

業區等圖資以及事業水許可資料中核准最大排放

量等，利用地理資訊系統(ArcGIS)以視覺化的方

式呈現桃園污染量分佈的概況，藉此檢視桃園劃

設總量管制區域之適宜性。而第二部分為檢討已

劃設區域總量管制方式合理性，以水質模式WASP

模擬埔心溪流域中三塊厝支線水體涵容能力，以

五種情境分析在不同管制策略下，對水體重金屬

濃度之影響。

3.1. 桃園總量管制區域資料收集

根據105年行政院農委會計畫報告書，整理

桃園地區近年污染情勢，包含列管農地與解除列

管農地空間分布，蘆竹、大園區灌溉面積資料

(表2)，其中桃園大圳第三支線的三塊厝支線，

灌溉約114.31公頃農地面積。桃園地區的主要

重金屬污染物整理自行政院農委會計畫報告書

(國立台灣大學，2016)，包含灌溉水質、渠道

底泥及土壤表土合格率調查資料(圖2)，顯示銅

(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)不合格比率占最高；根據

環保署事業水許可資料，可得知此總量管制區內

主要污染來源為華通電腦股份有限公司、中壢工

業區、金像電子股份有限公司中壢廠及日月光半

導體股份有限公司中壢廠等。

3.2. 水質模式WASP

3.2.1. 模式理論

本研究選用WASP版本為2005年發佈之WASP7，

WASP模擬時核心理論為質量平衡模式，公式如

下：

C：水質組成成分濃度，mg/L

t：時間，days

Ux , Uy ,

Uz： 分別為縱向、橫向、垂直方向的傳輸

流速，m/day

Ex , Ey ,

Ez： 分別為縱向、橫向、垂直方向的延散

係數，m2/day

SL： 直接及擴散添加速率(direct and diffuse loading rate)，g/m3-day

SB： 邊界添加速率(boundary loading rate)，包

含上下游、底層及大氣，g/m3-day

SK： 整體動力轉化速率，正值為來源，負值則為

表2　桃園大竹、大園區灌溉面積

區域 水源別灌溉面積

(ha)105年灌溉計

畫面積(ha)

大竹

桃園大圳第二支線

二支線 1,598.34

2,422.00埔心溪 105.04南崁溪 265.25

無法區分水源灌區 453.36小計 2,422.00

大園

桃園大圳第三支線

三支線 188.50

357.00三塊厝支線 114.31埔心溪 54.19小計 357.00

桃園大圳第四支線

四支線 738.72

993.00新街溪 233.21埔心溪 21.07小計 993.00

=(Ux C) (Uy C) (Uz C)

+ (Ex ) + (Ey )

+ (Ez ) + SL + SB + SK

( 33 )

耗損，g/m3-day

若假設垂直與橫向的水質為均質情況，則可

對 y 及 z 軸積分化簡此程式為一維：

A：橫截面面積，m2

3.2.2. WASP模擬區域

本研究之區域為桃園整體總量管制區域，水

質模式模擬之水體為位於桃園第三支線中屬於埔

心溪流域的三塊厝支線。本研究參考行政院農委

會計畫報告書(國立台灣大學，2016)中對三塊厝

支線沿線記錄，將三塊厝支線劃分為32個網格，

編號為1W~32W，0為三塊厝支線之起點(圖3)，

其網格水理參數設定、邊界流量與邊界入流銅離

子濃度設定分別於表3、表4呈現。

3.2.3. 敏感度分析

由於本研究模擬之污染物為重金屬，其為

保守性物質，故假設其在水中不會有自然耗損

之情形(Benjamin, 2002)，並在水體及底泥一階

淨耗損係數項上將其設為0，不列為敏感度分析

參數；其餘根據重金屬銅在水中與底泥之平衡

狀態參考先前案例研究(徐志宏，2004；美商傑

明顧問公司，2013b；林曉武，2001；Ernst and Owens, 2009；Nice, 2006)，選定三項參數作敏

感度分析，包括:細砂分配係數、沉降速度、再

懸浮速度。細沙分配係數為污染物吸附於懸浮質

之能力，其值愈大，則吸附於懸浮質上之污染物

比例愈高，使水體中銅濃度減少；沉降速度為污

染物吸附於懸浮顆粒後自上層水體沉降至底泥之

速度；而再懸浮速度則為污染物吸附於懸浮顆粒

(a) 灌溉水水質合格率

(b) 灌溉渠道底泥合格率

(c) 農地土壤表土合格率

圖2　民國95-104年桃園地區重金屬污染合格率調查

(AC )= ( Ux AC + Ex A )

+ A ( SL + SB ) + ASK

圖3　三塊厝支線網格相對位置

( 34 )

後自底泥移動至上層水體之速度，參數設定值如

表5。

3.2.4. 現地水質採樣與模式驗證

本研究分別採用德卡托SVP-VP手持式流速

儀與PDV6000-ultra測量流速與檢測水質重金屬

濃度。SVP-VP手持式流速儀(俗稱雷達測速槍)

為被廣泛應用於水利、環保領域的手持非接觸

式測速設備，應用此手持式流速儀所測得之結

果，與斷面測量之結果依流量公式，Q(流量)

= A(截面積) * V(流速)做計算，可得到實測流

量；PDV6000-ultra檢測水質原理為「溶出伏安

法」，為電化學重金屬最為常用的一種檢測方

法，準確度可達ppb等級。分析程序分為電沉

積、靜置、溶出三個階段，並採用標準添加法，

將樣品加入一系列的參考標準品(至少兩種濃度)

加以測試，並製作檢量線，再以外差法求得樣品

濃度，此數據分析方法主要適用含以高干擾物質

污染之水體，優點為可排除廢水干擾，且不需進

行校正程序。

表3　網格資訊與水理參數

網格編號 段面名稱 起始(m) 結束(m) 網格長度(m) 截面積(m2) 流速(m/s) 水面寬(m) 坡度(m/m)1 24-7號河水堰 0 38 38 0.151 0.199 7.064 0.00692 － 38 238 200 0.151 0.199 7.064 0.00693 － 238 344 106 0.151 0.199 7.064 0.00694 － 344 405 61 0.151 0.199 7.064 0.00695 － 405 438 33 0.151 0.199 7.064 0.00696 － 438 478 40 0.151 0.199 7.064 0.00697 補助河水堰 478 588 110 0.151 0.198 7.065 0.00688 － 588 638 50 0.151 0.198 7.065 0.00689 － 638 765 127 0.151 0.198 7.065 0.006810 － 765 838 73 0.151 0.198 7.065 0.006811 － 838 883 45 0.151 0.198 7.065 0.006812 水泥堰 883 1038 155 0.164 0.183 7.070 0.005213 無編號河水堰 1038 1238 200 0.365 0.309 7.155 0.005214 1238 1404 166 0.365 0.309 7.155 0.005215 25-4號河水堰 1404 1478 74 0.414 0.250 7.175 0.002916 － 1478 1638 160 0.414 0.250 7.175 0.002917 25-3號河水堰 1638 1723 85 0.414 0.250 7.175 0.002918 － 1723 1838 115 0.460 0.212 12.038 0.002219 － 1838 2038 200 0.460 0.212 12.038 0.002220 － 2038 2238 200 0.460 0.212 12.038 0.002221 25-9河水堰 2238 2419 181 0.460 0.212 12.038 0.002222 － 2419 2438 19 0.460 0.212 12.038 0.002223 － 2438 2638 200 0.306 0.319 12.026 0.008524 25-8號河水堰 2638 2838 200 0.306 0.319 12.026 0.008525 － 2838 2988 150 0.291 0.308 12.024 0.008526 － 2988 3015 27 0.291 0.308 12.024 0.008527 － 3015 3268 253 0.406 0.221 12.034 0.002828 無編號河水堰 3268 3381 113 0.572 0.157 12.048 0.000929 25號河水堰 3381 3438 57 0.301 0.271 12.025 0.006330 － 3438 3578 140 0.301 0.271 12.025 0.006331 25-2號河水堰 3578 3778 200 0.278 0.265 12.023 0.006732 － 3778 3838 60 0.278 0.265 12.023 0.0067

( 35 )

為驗證WASP模式之模擬效能，本研究團隊

分別於2017年3月23日與3月30日進行兩次水質

採樣，第一次驗證採樣位置共12點，分別為網

格1、2、3、7、9、13、15、19、22、26、28、

29；第二次驗證採樣位置共13點，分別為網格

1、2、8、9、12、13、14、17、21、22、23、

29、31。流量驗證方法採皮爾森相關係數(r)，

WASP模式率定驗證方法則採用經濟部水利署之

建議，採用R2、MAPE(平均百分比)，其中MAPE值

界於0-100%之間，<15%代表模式高準確預測、

10%-20%代表模式優良預測、20%-50%代表模式合

理預測、>50%則代表模式不準確預測。

3.2.5. 水體情境模擬設定

為評估現行總量管制策略對三塊厝支線水體

涵容能力之影響，訂定五種情境進行模擬污染物

重金屬銅(Cu)(表6)，分別為：(1)總量管制前之

情形；(2)二級管制標準管制(現行總量管制)之

表4　水質參數邊界流量與邊界入流銅離子濃度設定

網格 斷面資訊邊界流量

(cms)邊界濃度

(ug/L) 網格 斷面資訊邊界流量

(cms)邊界濃度

(ug/L)0 起始流量 0.0530 0.00 17W 25-3號導水路 0.0000 0.00

1W 24-7號導水路 -0.0140 28.06 18W 水泥管 0.1000 0.002W 黃墘溪入流 0.0386 20.16 21W 大水泥管/25-9導水路 0.0800 0.00

8W畜牧場廢水 0.0339 10.00 22W 大水泥管 0.0004 0.00

側溝 0.0061 0.0023W

水泥管 0.5000 0.009W 大側溝 0.0514 0.00 排水側溝 0.1366 0.0011W 側溝 0.0229 0.00 大排水側溝 0.0816 0.0012W 華通二廠 0.0114 依不同情境設定 24W 25-8號導水路 0.0000 0.00

13WR23水泥管 0.0068 依不同情境設定 27W 排水溝渠 0.8000 0.00華通一三廠 0.1470 0.00 29W 25號導水路 -0.0080 0.00

15W 25-4號導水路 -0.0090 92.57 31W 25-2號導水路 -0.0080 0.00

*正值為流入網格，負值為流出網格

表5　敏度度分析參數情境設定

參數 原模式設定值 情境A 情境B細砂分配係數(L/kg) 2.00 × 104 2.00 × 106 2.00 × 103

沉降速度(m/s) 5.00 × 10-6 5.07 × 10-7 8.01 × 10-5

再懸浮速度(m/s) 1.00 × 10-10 1.00 × 10-8 0

表6　水體情境模擬設定

排放核准排放水量(cms)華通一廠 華通二廠 華通三廠

0.087382 0.011412 0.0530023情境說明

(1) 總量管制實施前，工廠排放濃度符合放流水標準

銅濃度符合放流水標準，但超過總量管制值(mg/L) 3.0 3.0 3.0(2) 二級總量管制區內，工廠排放濃度符合總量管制值

銅濃度最大總量管制值(mg/L) 1.5 1.5 1.5(3) 一級總量管制區內，工廠排放濃度符合灌溉水質標準

銅濃度符合灌溉水水質標準(mg/L) 0.2 0.2 0.2(4) 以第一次實測值作為工廠排放濃度

第一次實測銅濃度(mg/L) 0.83 1.48 0.87(5) 以第二次實測值作為工廠排放濃度

第二次實測銅濃度(mg/L) 0.4286 0.06987 0.4286

( 36 )

情形；(3)一級管制標準管制之情形；(4)以第一

次現地採樣之檢測濃度作為模式中華通一、二、

三廠之排放濃度，並將此情境模擬結果與該次採

樣結果作驗證；(5)以第二次現地採樣之檢測濃

度作為模式中華通一、二、三廠之排放濃度，並

將此情境模擬結果與該次採樣結果作驗證。(行

政院環境保護署，2016b)。

3.3. 總量管制區內農地受污染趨勢預估

根據WASP水質模式模擬結果，將所選取的網

格之模擬水體重金屬濃度用來推估此污染量對一

般農地及整治後農地使用年限之影響，計算步驟

如下：

1. 以公式(1)計算每年進入農地重金屬的量，其

中每公頃年取用水量參考「農業用水統計-

灌溉面積與用水量查詢」(經濟部水利署網

址：http://wuss.wra.gov.tw)取2011年至2013

年之二期作農地的每公頃年取用水量平均值

(38,372.90 m3/ha)。

每年進入每公頃農地污染 = 水質模式模擬

結果之水體重金屬濃度 × 每公頃農地年取

用水量...........................................................(1)

2. 以公式(2)計算每公頃農地土壤重量，假設污

染物影響上層20 cm之表土，農地水稻田土壤

密度參考稻稈掩埋對水稻生長與稻田土壤理化

性質之影響(黃素禎等人，1997)中之調查密度

為1.71 (g/cm3)，即可得每公頃農地土壤重量

為3,420,000 kg/ha。

每公頃農地土壤重量 = 農地土壤密度 × 1 公頃土地面積 × 影響上層 20 cm 土壤...........(2)

3. 以公式(3)至(7)計算一般農地土壤與整治後農

地土壤離超過標準值可再承受之重金屬污染

量。農地土壤管制標準值分別為銅: 200 mg/kg、鋅: 600 mg/kg、鎳: 200 mg/kg(行政院環

境保護署，2011)；一般農地土壤背景值為桃

園2016年7月及11月調查之土壤結果(銅: 56.01 mg/kg，鋅: 99.67 mg/kg，鎳: 26.06 mg/kg)，將結果中超出土壤監測值之樣點去除後平均所

得之值；而整治後農地土壤濃度值以土壤監

測值(銅: 120 mg/kg，鋅: 260 mg/kg，鎳: 130

mg/kg)作為標準計算。

每公頃農地土壤可承受污染量 = 土壤污染

管制標準值 × 1公頃土地重量.....................(3)

每公頃一般農地土壤背景污染量 = 土壤污

染物背景值 × 1公頃土地重量.....................(4)

每公頃整治後農地所含污染量 = 土壤污染

管制標準值 × 1公頃土地重量.....................(5)

每公頃一般農地土壤受污染至超標可承受

污染量 = 每公頃農地土壤可承受污染量 ‒ 每公頃一般農地背景污染量.......................(6)

每公頃整治後土壤受污染至超標可承受污

染量 = 每公頃農地土壤可承受污染量 ‒ 每公頃整治後農地所含污染量.......................(7)

4. 以公式(8)至(11)計算三塊厝支線華通電腦下

游農地可再安全使用的年限。

一般農地土壤受最高濃度污染至超標最低

年限 = 每公頃一般農地土壤受污染至超標

可承受污染量 / (每年進入每公頃農地污染

量(最高濃度))...............................................(8)

一般農地土壤受最高濃度污染至超標最高

年限 = 每公頃一般農地土壤受污染至超標

可承受污染量 / (每年進入每公頃農地污染

量(最低濃度))...............................................(9)

整治後農地土壤受污染至再次超標最低年限 = 每公頃整治後土壤受污染至超標可承受污

染量 / (每年進入每公頃農地污染量(最高濃

度))..............................................................(10)

整治後農地土壤受污染至再次超標最高年限 = 每公頃整治後土壤受污染至超標可承受污

染量 / (每年進入每公頃農地污染量(最低濃

度))..............................................................(11)

( 37 )

四、結果與討論

4.1. 桃園整體總量管制劃設範圍之適宜性

結合農地、流域、工業區等圖資(圖4a)以及

事業水許可等資料，可以檢視整個桃園污染量分

佈的概況，呈現重金屬銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)

核准最大排放量的空間分佈(圖4b、4c、4d)，以

上結果可以發現農地及灌溉水流域周遭排放大量

污染物的地方，除了現行總量管制區內，還有南

(a) 列管與解列農地、灌溉流域、工業區

(b) 核准銅(Cu)排放量分佈

(c) 核准鋅(Zn)排放量分佈

(d) 核准鎳(Ni)排放量分佈

圖4　桃園市列管與解列農地、灌溉流域、工業區分佈，以及不同污染源核准排放量分布

( 38 )

崁溪流域密集的工業群落，此已嚴重影響下游灌

溉水源，建議未來規劃此區域總量管制策略。

4.2. 桃園已劃設整體總量管制區域策略之檢視

彙整行政院環保署所核定之水許可資料及總

量管制施行方式，以地理資訊系統(ArcGIS)展示

空間中總量管制前與後污染量的變化，以重金屬

銅為例(圖5)，在加嚴管制後，排放至埔心溪及

新街溪流域之事業排放量減少，但三塊厝支線上

的事業廠址之排放量大小，對下游農地是否影響

仍存有疑慮。

經過統計比較管制前後污染來源比例(表

7)，可得知埔心溪流域污染量主要來源為中壢

工業區占約61.16%，中壢工業區整合污染物並排

放至黃墘溪，在透過黃墘溪匯入埔心溪主流，將

影響埔心溪下游農地灌溉用水，因此將中壢工

業區劃定為一級管制區，以大幅減少污染量進入

埔心溪流域；此外，位於三塊厝支線的華通電腦

股份有限公司，其三個廠總和占了22.77%為第二

大比例的污染量，且在管制後為管制區內最主要

污染來源，其下游段有8個取水堰(無編號河水堰

1&2、25號河水堰、25-2號河水堰、25-3號河水

堰、25-4號河水堰、25-8號河水堰、25-9號河水

堰)(行政院農委會計畫報告書，2016)，影響輪

區共5處(新庄1輪區、4-6號池1輪區、4-9號池1

輪區、部分3-8&3-9號池1輪區、部分3-8&3-9號

池2輪區)(行政院農委會計畫報告書，2016)，共

114.31公頃之灌溉面積，然而此區域僅位在二級

總量管制區，有必要檢視此區域水體(三塊厝支

線)之涵容能力，評估其以二級總量管制區標準

管制是否適當。

4.3. WASP參數敏感度分析結果

WASP水質模式敏感度分析結果如圖6，細砂

(a) 事業原核准銅(Cu)排放量

(b) 實施總量管制後事業銅(Cu)排放量

圖5　總量管制範圍內管制前與後之銅(Cu)排放量變化

表7　總量管制前後埔心溪流域高污染事業比例

比例廠址

總量管制前 總量管制後

華通電腦一廠 13.16% 27.99%華通電腦二廠 7.89% 16.98%華通電腦三廠 1.72% 3.66%華通電腦總和 22.77% 48.62%中壢工業區 61.16% 17.35%

( 39 )

分配係數越大即污染物吸附於懸浮質之能力愈

大，吸附於懸浮質上之污染物比例愈高，使水體

中銅濃度減少，然本研究結果發現此參數對本模

式之結果影響為0，可能是因為模式模擬結果為

水體總重金屬濃度包含吸附態與解離態，所以不

影響，因此仍照原設定2.00 × 104 訂定之；而沉

降速度，根據美商傑明顧問公司(2013a)研究指

出，當沉降速度越快，水體重金屬銅容易跟隨懸

浮顆粒沉降，使水體重金屬銅濃度有降低趨勢，

然而本模擬時距長達30天，水體可能已達動態平

衡，對模擬結果並無影響，因此照原設定5.00 ×

10-6 訂定之；再懸浮速度則與流速相關，本研究

中再懸浮速度值極低，對整體模擬結果不甚影

響，故照原設定1.00 × 10-10 訂定之。

4.4. 三塊厝支線水體情境模擬結果

模式驗證包括:流量驗證與水質驗證，流量

驗證以皮爾森相關係數方法進行驗證(圖7)，其

r = 0.91為高度正相關，可驗證本研究所設定之

初始與邊界流量與實際流況相似，可用於後續

不同水體重金屬銅濃度情境之模擬。水質驗證結

果(圖8)得到第一次驗證結果MAPE = 49.27%，R2 =

0.87、第二次驗證結果MAPE = 44.56%，R2 = 0.91，

表示此模式能合理預測，且模擬值與實測值具

有高度相關性。因此，此模式可用於評估三塊厝

支線之水體涵容能力。在不同情境下，模擬結果

(圖9)顯示，以現行總量管制策略(二級總量管制

標準值1.5 (mg/L))，三塊厝支線水體涵容能力無

法負荷(超過灌溉水水質標準0.2 (mg/L))，但若

以一級管制標準值管制之，則其下游段將低於灌

溉水水質標準，即可達到水體之使用目的。

以WASP模擬三塊厝支線水體不同情境下水體

重金屬濃度之變化，再利用此濃度估算華通電腦

所排放之重金屬污染量對其下游農地造成之影

響。華通電腦下游段以網格13W (華通電腦一、

三廠排放口)為重金屬濃度最高處與網格38W(三

塊厝支線末段)為重金屬濃度最低處為代表進行

污染物進入農地量的計算(表8)，以評估污染量

對三塊厝支線周圍一般農地及整治後農地使用年

(a) 細砂分配係數

(b) 沉降速度

(c) 再懸浮速率結果

圖6　WASP參數敏感度分析結果

圖7　流量驗證結果

( 40 )

限之影響，其結果如表9、表10所示。在未劃設

總量管制區之前，以污染物重金屬銅(Cu)而言，

三塊厝支線華通電腦下游一般農地可安全使用之

年限約為9~24年，而整治後農地則為5~13年；

實施總量管制策略後，一般農地可安全使用年限

增長為19~48年，而整治後農地則增長為10~27

年。整體而言，本研究估算在不同管制條件下，

三塊厝支線末段周圍農地可安全使用最低年限，

如在一級管制標準的條件下，整治後土壤中的重

金屬鋅(Zn)至超標為87年，為三種重金屬中最先

超標者，此年限即為總量管制策略可保護農地的

年限。因此，以現行的劃設管制策略，對於華通

電腦下游一般農地保護約為48年，此不包含突發

的重大污染事件。若想增長使用這片土地的使用

年限，則應將三塊厝支線中占最大比例污染源的

華通電腦廠一併劃入一級總量管制區，如此，其

下游農地安全使用年限可達128年。

五、結論與建議

利用地理資訊系統(ArcGIS)展示統計資料結

果，有助於視覺化之說明與溝通。根據WASP模式

兩次驗證結果，顯示此模式能合理預測，且模擬

結果也與實際情形具高度相關性，將來可供其他

地區水體水質模擬評估應用。從三塊厝支線水體

涵容能力模擬之結果與進入農地污染量的計算，

(a) 第一次驗證

(b) 第二次驗證

圖8　水質驗證結果

圖9　WASP情境模擬結果

表8　華通下游進入農地重金屬量表

管制情形

重金屬 標準值 (mg/L)

38W三塊厝支線末段

水體濃度 (mg/L)

13W華通電腦排放口

水體濃度 (mg/L)

38W三塊厝末段年進

入農地重金屬重量 (kg/ha)

13W華通電腦排放口

進入農地重金屬重量 (kg/ha)

放流水管 制標準

Cu 3.0 0.52 1.34 19.94 51.51Zn 5.0 0.86 2.23 33.11 85.67Ni 1.0 0.18 0.45 6.77 17.35

二級總量 管制標準

Cu 1.5 0.26 0.67 10.06 25.89Zn 2.5 0.43 1.12 16.65 42.97Ni 0.5 0.09 0.23 3.48 8.81

一級總量 管制標準

Cu 0.2 0.04 0.10 1.50 3.69Zn 2.0 0.35 0.90 13.36 34.43Ni 0.2 0.04 0.10 1.50 3.69

( 41 )

可以知道現行總量管制區內的管制策略，若廠商

排放至最大污染允許量，水體仍無法負荷；且對

下游農地的保護年限僅約50年，因此，建議未來

能修正管制範圍，將華通電腦劃入一級管制區，

方能達成水體使用之目的，並延長農地安全使用

年限至120年以上。此研究評析方法與結果，可

提供未來其他區域在規劃或檢討總量管制策略

時，做參考之依據。

參　考　文　獻

巨廷工程顧問股份有限公司，2013，「基隆河整體治

理計畫(前期計畫)-追蹤評估及後續方案分析研究

(1/3)」，經濟部水利署水利規劃試驗所。

行政院環境保護署，2016a，修正「水污染防治法」，

總統華總一義字第 10500150291號令。

行政院環境保護署，2016b，修正「放流水標準」，行

政院環境保護署環署水字第1040110356號令。

行政院環境保護署，2011，修正「土壤污染管制標

準」，行政院環境保護署環署土字第 1000008495 號令。

吳芳池，2003，「河川流域管理-WASP水質模式評估

愛和之整治方案」，國立中山大學環境工程研究

所碩士論文。

林俊宏，2006，「曝氣對淡水河系水質改善之研究(以WASP模式探討)」，國立聯合大學環境與安全衛

生工程學研究所碩士論文。

林曉武，2001，「淡水河系底泥重金屬之沉降通量與

垂直變化-底泥重金屬之調查及管制策略研析」，

行政院環保署。

侯嘉琦，2016，「利用WASP推估河川涵容能力及研

擬管理策略-以屏東縣武洛溪為例」，國立屏東科

技大學環境工程與科學研究所碩士論文。

科技部中部科學工業園區管理局，2013，「中部科學

工業園區第四期(二林園區)開發計畫-環境影響差

異分析報告及變更審查結論」，行政院國家科學

表9　一般農地土壤受污染至再次超標之安全使用年限

管制情形重金屬標準值

(mg/L)

38W三塊厝末段重金屬

濃度污染每公頃農地土

壤至超標時間 (Y)

13W華通電腦排放口重

金屬濃度污染每公頃農

地土壤至超標時間 (Y)

三塊厝支線沿線安全使

用年限 (Y)

放流水 管制標準

Cu 3.0 24.69 9.56 9~24Zn 5.0 51.67 19.97 19~51Ni 1.0 87.87 34.28 34~87

二級總量 管制標準

Cu 1.5 48.94 19.02 19~48Zn 2.5 102.78 39.82 39~102Ni 0.5 171.10 67.49 67~171

一級總量 管制標準

Cu 0.2 328.08 133.41 133~328Zn 2.0 128.12 49.69 49~128Ni 0.2 396.32 161.17 161~396

表10　整治後農地土壤受污染至超過標準值之安全使用年限

管制情形重金屬標準值

(mg/L)

38W三塊厝末段重金屬

濃度污染每公頃農地土

壤至超標時間(Y)

13W華通電腦排放口重

金屬濃度污染每公頃農

地土壤至超標時間(Y)

三塊厝支線沿線安全使

用年限(Y)

放流水 管制標準

Cu 3.0 13.72 5.31 5~13Zn 5.0 35.11 13.57 13~35Ni 1.0 35.36 13.79 13~35

二級總量 管制標準

Cu 1.5 27.19 10.57 10~27Zn 2.5 69.84 27.06 27~69Ni 0.5 68.86 27.16 27~68

一級總量 管制標準

Cu 0.2 182.28 74.12 74~182Zn 2.0 87.06 33.77 33~87Ni 0.2 159.50 64.86 64~159

( 42 )

委員會。

美商傑明顧問公司工程顧問股份有限公司臺灣分公

司，2013a，「102年河川水庫底泥污染傳輸模式

應用及研析計畫」，行政院環保署。

美商傑明顧問公司工程顧問股份有限公司臺灣分公

司，2013b，「底泥污染來源及傳輸模式調查計

畫－以重點河川為例」，行政院環保署。

美商傑明顧問公司工程顧問股份有限公司臺灣分公

司，2014，「水體污染總量管制方式規劃專案工

作計畫」，行政院環保署。 美商傑明顧問公司工程顧問股份有限公司臺灣分公

司，2015，「指定河川水質總量管制方案評析及

支援管理專案工作計畫」，行政院環保署。

徐志宏，2004，「濕地泥沙與水質模擬-以二重疏洪道

濕地為例」，國立台灣大學土木工程學研究所碩

士論文。

國立台灣大學，2016，「建立灌溉水質自動監測網及

分級管理農業水土資源」，行政院農委會。

黃素禎、黃山內、簡宣裕，1997，「稻稈掩埋對水稻

生長與稻田土壤理化性質之影響」，研究彙報，

第13期，1-13，行政院農委會。

楊舒淯，2011，「以WASP水質模式模擬烏溪感潮河

段水質」，國立臺北科技大學土木與防災研究所

碩士論文。

劉黔蘭，1998，「電鍍廢水污染土壤」，土壤與環

境，第1卷，第2期，161-169。賴文彬，2014，「以WASP模式調查東港溪水質與改

善策略之研究」，國立高雄第一科技大學環境與

安全衛生工程研究所碩士論文。

賴俊良，2013，「利用WASP研擬二仁溪水質管理策

略」，國立屏東科技大學環境工程與科學研究所

碩士論文。

Ambrose, R.B., and Wool, T.A., 2001, “Modeling tools used for mercury TMDLs in Georgia tivers,” In Proceedings of the 2001 Georgia Water Resources

Conference, Athens, GA, March 26–27, 2001; K. Hatcher, Ed.; University of Georgia: Athens, Georgia, pp 532-535.

Benjamin, M.M., 2002, “Water chemistry,” McGraw-Hill, New York.

Ernst, M.R., and Owens, J., 2009, “Development and application of a WASP model on a large Texas reservoir to assess eutrophication control,” Lake and Reservoir Management, Vol. 25, No. 2, 136-148.

Lung, W.S., 2001, “Water quality modeling for wasteload allocations and TMDLs,” Wiley, New York.

Nice, A.J., 2006, “Developing a fate and transport model for arsenic in estuaries,” PhD Dissertation, University of Virginia, Charlottesville, VA.

Sato, C. McKechnie, D., Schnoor, J.L., and Sahoo, D., 1987, “Processes, coefficients, and models for simulating toxic organics and heavy metal in surface waters,” National Service Center for Environmental Publications (NSCEP), EPA/600/3-87/015.

Schultz, C. L., 2001, “Calibration of the TAM/WASP sediment transport model – final report,” Interstate Commission on the Potomac River Basin, ICPRB report No. 03-01.

Smedt, F.D., Vuksanovic, V., and Meerbeeck, S.V., 1996, “Transport of polychlorinated biphenyls (PCB) in the Scheldt Estuary simulated with the water quality model WASP,” Journal of Hydrology, Vol. 174, 1-18.

Wool, T.A., Ambrose, R.B., Martin, J.L., and Comer, E.A., 2001, “Water Quality Analysis Simulation Program (WASP), Version 6.0 – Draft: User's Manual,” United States Environmental Protection Agency, Atlanta, Georgia.

收稿日期：民國 107 年 08 月 09 日

修正日期：民國 107 年 10 月 05 日

接受日期：民國 107 年 11 月 29 日