第三章 研究方法
3.1 水資源耗用及使用衝擊特徵化模式
3.1.1 水資源耗用
水資源耗用衝擊來自於使用者取水與排水之間的差值，也就是所謂的消耗性 用水，消耗性用水無法提供取水集水區內其他標的使用者運用，進而產生標的或 水資源使用者之間的水資源剝奪。造成水資源耗用衝擊的部分原因是水資源成為 產品的一部分，或在製造過程中蒸發，另外一方面則是放流水並未排放到取水集 水區內，而是海洋放流或排放到其他集水區。大量研究關注消耗性用水的衝擊，
建立各式方法，又用水標的之間具有水資源競爭關係，為了表示集水區內各標的 相互排擠的水資源壓力狀態，將消耗性用水轉換為水資源耗用衝擊，所以本研究 設計可反映標的用水的水壓力指標𝐶𝐹𝑖 , 。特徵因子計算公式(15)如所列，此水壓力 特徵因子以抽取量/可使用量比例指標為主要架構，其中分子為優先標的取水量，
反映標的取水的優先順序，分母為可用水量，由河川可用水量與水庫壩堰有效水 量組成；其中生態基流水壓力計算方式不同，前人已有相關計算方法，故參考 Milà
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i Canals et al. (2009)的特徵因子建置方式，見公式(16)。
𝐶𝐹 𝑖 , =∑ 𝐶𝑈 𝑖 , (𝑝𝑟𝑖𝑜𝑟𝑖𝑡𝑦)
(𝑄85,𝑖+ 𝑅𝑆 𝑖) (15)
𝐶𝐹 𝑖 , = ∑ 𝐶𝑈 𝑖 , (𝑝𝑟𝑖𝑜𝑟𝑖𝑡𝑦)
(𝑄85,𝑖+ 𝑅𝑆 𝑖− 𝐸𝑊𝑅𝑖)
(16)
其中，𝐶𝐹 𝑖 , ：集水區 i 內標的 j 的水壓力指標；
𝑄85,𝑖：集水區 i 的 85%流量超越機率，單位為立方公尺。根據水利法施行細 則第 15 條，定義地面水通常保持水量為流量超越機率 85%的水量 (Q85)，可供給申請人與事業必須水量，故本研究將之視為地面水 可用水量之一。本研究取集水區內出海口區段之 85%流量超越機 率。計算研究案例時，數值參閱淡江大學水資源管理與政策研究 中心 (2012)，該值為水利署流量站長期監測數值校正後的結果，
各流量站取用的時間區間皆不同，再將受到取水影響或水庫調節 的流量站還原為天然流量，無設站區域則以克利金(kriging)模式推 估流量值。
𝐶𝑈 𝑖 , (𝑝𝑟𝑖𝑜𝑟𝑖𝑡𝑦)：集水區 i 內的優先標的 j 的用水量，單位為立方公尺。參閱
水利署水權統計年報。
𝑅𝑆 𝑖：集水區 i 內的水庫有效蓄水量，單位為立方公尺。因 Q85 的資料來源 已將水庫壩堰抽取量還原至流量，故無蒐集水庫壩堰有效蓄水量。
EWR: 指生態基流量，單位為立方公尺。生態基流量推估方法為依據「臺灣 地區水資源開發綱領計畫」提供每 100 平方公里保留 0.1~0.3cms 之計算結果，常用預設值為 0.135cms；
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當水壓力介於特定閾值時，對應至不同的剝奪程度，本研究參考 Smakhtin et al.
(2004)的分類方式，一共將剝奪程度分為 4 類，見表 3-1。
表 3-1 標的水壓力類別 標的水壓力 剝奪程度 CF>1 重度剝奪 0.6≦CF<1 嚴重剝奪 0.3≦CF<0.6 中度剝奪 0≦CF<0.3 輕度剝奪
參考資料：Smakhtin et al. (2004)
水資源耗用衝擊的計算方式為消耗性用水乘上對應的特徵因子，使水量藉由 水壓力加權後，得到潛在衝擊，計算式如公式(17)所列。此潛在衝擊可得出研究目 標對所有取水集水區的水耗用行為產生的潛在耗用衝擊加總。
𝐼𝑀𝑃𝐴𝐶𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 = ∑[(𝑉𝑖𝑛,𝑖 − 𝑉𝑜𝑢𝑡,𝑖) × 𝐶𝐹 𝑖 , ] (17)
其中，𝐼𝑀𝑃𝐴𝐶𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 ：研究對象產生的水耗用衝擊，無法被集水區內 所 有 標 的 使 用 ， 單 位 為 立 方 公 尺 當 量 水 ( 3𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑒𝑞𝑢𝑒𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡) 。
𝑉𝑖𝑛,𝑖 ：研究對象從集水區 i 取水的水量，單位為立方公尺；
𝑉𝑜𝑢𝑡,𝑖：研究對象從集水區 i 放流的水量，單位為立方公尺，當輸出端為海放
或輸出端集水區與輸入端集水區位置不同時，該值為零。
29 3.1.2 水資源使用
水資源使用衝擊的產生是因為使用者自水體抽取水資源使用，使用後成為污 水，由污水處理廠處理至放流水標準後放流或直接排放，導致排放至水體的水資 源水質劣化，無法符合集水區內其他的標的使用者所需的水質標準，造成水資源 再使用的困難，故此特徵因子及特徵化模式考量特定水質的可用水量，表示標的 對水質的基本要求。特徵因子參考 Boulay et al. (2011)提出綜合水質變化的功能性 導向水壓力，計算各標的取用水量與符合取用水質的可用水量的比值。特徵因子 時間尺度有豐水期與枯水期之分，見公式(18)。
𝐶𝐹 𝑖 , = 𝐶𝑈 𝑖 ,
(𝑄85,𝑖, + 𝑅𝑆 𝑖) (18)
其中，𝐶𝐹 𝑖 , ：集水區 i 內標的 j 的水壓力指標，數值壓力意義與標的水耗用特徵 因子的說明相同；
𝑄85,𝑖, ：集水區 i 的 85%流量超越機率，經由環境水質監測數據確認可被標
的 j 使用，單位為立方公尺。本研究取集水區內出海口區段之 85%
流量超越機率，因資料引用來源已將水庫壩堰抽取量還原至流 量，故無蒐集水庫壩堰有效蓄水量。水質要求參考<地面水體分類 及水質標準>第四條第一項水體分類適用性質描述，如表 3- 2 所 示，標示為「+」者係指水質分類適合該用途，標示為「-」表示 不適合該用途使用，水體分類對應之水質條件亦如表 3- 2。因水產 用水屬於臺灣用水用途中的小宗，本研究只區分公共用水、農業 用水、工業用水、保育用水，將用途合併以利計算。各集水區的 水質由環保署環境水質監測年報了解不同河川測站的水質情形，
再根據長度區段比例推估符合標的可用水質的水量；
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2. 農業用水：每年農業用水總量最終不超過 120 億噸，其中灌溉用水以 109 億噸以下為目標。
3. 工業用水：平均用水回收率由 32%逐年提昇至 65%以上。
現今臺灣地區平均每人每日生活用水量已達 268 公升(經濟部水利署, 2014a)，
灌溉用水量大約為 114 億噸(經濟部水利署, 2014b)，而工業用水回收率於 2005 年 已達到 51.1%(連錦漳等人, 2006)。
本研究提出 4 個情境，反映以上節約用水目標，不假設用水成長，於研究結 果中探討特徵因子變化的可能情況與潛在衝擊變化情形。
基線情境：取用水量不採用任何節約假設。
情境一：公共用水節約 7%，以達成每人每日用水量 250 公升。
情境二：農業用水節約 5%，以達成每年農業用水量 109 億噸。
情境三：工業用水節約 5%，以達成平均用水回收率 65%以上。
情境四：綜合情境一至情境三的節約假設。
3.3 研究案例
臺灣的工業部門用水隨著開發數量日益增多與用水來源結構改變，根據經濟部 水利署西元 2009 年委託淡江大學研究團隊針對工業用水的調查報告，產業轉型及 群聚效應是導致急需穩定工業用水的原因，為求穩定的供水，合法登記水權與違 法取水比例逐年下降，自來水系統供水比例增加，另外與農田水利會、臺灣自來 水公司及各地區水資源局擬訂契約供給，供水比例大幅成長，自西元 2002 年至 2007 年截止合計增長 4%，如圖 3-2 所示(淡江大學, 2009)。簡而言之，統計顯示工業依 賴自來水系統與契約供給系統供水。
就用水規模而言，簡振源 (2010)也指出工業用水漸漸由小戶用水轉變為大戶 用水，尤其是大型工業區與科學園區的開發，每日用水量超過 10 萬噸，使工業用
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1575.21 1643.78
單位:百萬立方公尺/年
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另外，水資源使用後會產生廢水，經由處理排入河川或海洋，若處理不當使 水質惡化，水資源將無法被其他使用者使用。科學園區廢水中氨氮排放為管理的 重點目標之一，河川中的氨氮過多，會導致溶氧消耗、水質劣化等情形，故行政 院環保署調查光電業與科學園區的氨氮排放量佔產業總排放之 34%，需加強管 制，於 101 年發布「科學工業園區污水下水道系統放流水標準」。
根據以上陳述，本研究以科學園區為案例進行生命週期評估，了解水資源使 用及耗用對標的與環境的衝擊與損害。以下就案例的範疇界定與盤查分析進行說 明。
資料來源：科學工業園區管理局 (2013) 圖 3- 3 科學工業園區分布圖
36 3.3.1 範疇界定
本研究評估的科學工業園區案例範疇如圖 3-4 所示，在生命週期評估範疇中為 從大門至大門(gate to gate)的尺度，係指水資源被科學園區抽取直至水資源排放，
回到水循環中，或是提供其他使用者使用，故水資源淨化處理、配送不屬於本研 究系統邊界之內，亦不討論園區細部製程個別水資源使用情形，即把科學園區視 為一個黑箱(black box)，僅考慮黑箱的投入與產出。於投入階段，考慮包括水資源 的投入量、抽取水資源的集水區與水資源類別紀錄，產出階段指的是使用後產生 的廢水，由污水處理廠處理後放流，此部分考量放流水排出的量、排水的集水區 位置紀錄，以及經過污水處理後的放流水水質數據資料，如氨氮、化學需氧量、
導電度等檢測項目，依國內相關法律標準規定的項目蒐集數據。
因為科學園區的產品複雜，無法以質量單位當作功能單位比較各園區的衝 擊，故本研究選用單位營業額為功能單位，計量單位為億元，考量資料的可取得 性，研究時間基準為民國 101 年。
圖 3-4 本研究之系統邊界
37 3.3.2 盤查資料
為了得到研究對象的水資源耗用量，主要盤查項目為取水與放流水的集水區 位記錄及水量，本研究的盤查資料引用多篇研究、年報、報告書等國內文獻彙整 蒐集，其次項目為放流水水質，盤查資料如後說明，根據不同的科學工業園區列 出。
臺灣的科學工業園區可粗略分為新竹科學園區、中部科學園區、南部科學園 區，各園區下又細分不同的地方園區與基地，各基地營業額如圖 3-5 所示。
資料來源：科學工業園區管理局 (2013)、南部科學園區營業額統計、中部科學園區統計資料
圖 3-5 民國 101 年科學工業園區營業額
新竹科學工業園區統轄新竹、竹南、龍潭、新竹生醫、銅鑼與宜蘭園區，除 宜蘭、新竹生醫、銅鑼園區之外，其餘園區於 2012 年已有廠商進駐營運。新竹與 竹南園區水資源供應來源由寶山水庫、寶山第二水庫及頭前溪隆恩堰、苗栗永和 山水庫共同支援，係指頭前溪集水區與中港溪集水區的水資源，透過專用輸水管 線配送，保障自來水配給穩定(黃俞昌、曾寶山, 2008)；龍潭園區則是由淡水河集
38 豐水期 23,694,700 3,790,200 1,642,500 29,127,400 枯水期 21,828,100 3,579,500 1,401,200 26,808,800
38 豐水期 23,694,700 3,790,200 1,642,500 29,127,400 枯水期 21,828,100 3,579,500 1,401,200 26,808,800