國立臺灣大學環境工程學研究所 碩士論文
Graduate Institute of Environmental Engineering College of Engineering
National Taiwan University Master Thesis
淡水資源耗用與使用的生命週期衝擊評估方法建立 Life Cycle Assessment of Regional Freshwater Consumption
and Freshwater Use
林佳玉 Jia-Yu Lin
指導教授：闕蓓德 博士 Advisor: Pei-Te Chiueh, Ph.D.
中華民國 103 年 7 月
July 2014
誌謝
時光飛逝，度過了兩個寒冬與盛夏，遭遇無數次的挫折，終於得以如願完成 碩士論文取得學位。這不是我一個人努力得到的成果，而是我身旁所有有緣人一 同支持與鼓勵，得以順利完成這本碩士論文。
首先感謝指導教授闕蓓德老師，受到老師細心栽培，兩年來針對論文以及學 術或非學術領域給予許多精闢的建議，每每總能將我拯救出困惑的泥淖，為前景 打上一道明燈，也讓我在碩士班生涯當中過得十分充實，不但完成論文，亦有幸 能參與國際研討會。除此之外，我要感謝論文口試委員張尊國老師及馬鴻文老師，
感謝您們的肯定及寶貴的意見，使論文能夠漸臻完善，也給我滿滿的信心。
接著，我要感謝闕老師研究團隊及所上曾經支持我的環工 101 級同學們、學 長姊們，以及學弟妹們。感謝信宇和桓瑜一同分勞解憂，相互扶持，能夠和你們 一起共事，是莫大的收穫與榮幸；謝謝佑昀學長與銘誠學長在我遇到瓶頸時願意 傾聽並指點方向，謝謝峻豪學長、玉潔學姊、幸佳學姊、幸萱學姊、孟鴻學長帶 給我歡笑，並給我加油打氣；衷心感謝研究團隊中 102 級的偉倫、泰元、Suki 於各方面的協助，讓我可以專心完成學業。
另外要特別感謝萬華兒福中心的小朋友們，是你們的童言童語，讓我堅持信 念做你們的好榜樣，在每一次的挫折中勇敢站起面對。
最後謝謝我的家人、男友，以及阿伯、蝴蝶、佩鴨、呈翰，默默忍受我的脾 氣以及冷落，你們的關懷是我前進的重要動力。
要感謝的人太多了，若有遺漏，也一併致上最大的謝意。
林佳玉 謹誌 2014 年 7 月
I
摘要
近年來全球人口成長及經濟發展快速，超量抽取地面水與地下水、污染淡水 資源，以及使用效率不彰，造成淡水資源壓力提升與生態多樣性損失，產生的衝 擊橫跨人體健康、生態系品質及資源存量三大面向。生命週期評估利用科學連結 推導水資源消耗造成的潛在衝擊與損害，近年成為評估水資源耗用與使用衝擊的 新興方法。
然而，現有方法大多考量水量變化，不討論水質對可用水量的影響，除此之 外，淡水資源耗用與使用的衝擊具有區域與時間差異，早期生命週期評估模式為 通用性模式，計算的時間尺度以年為主，空間尺度依研究者偏好而異，使得評估 結果不能精準反映時空變化下的特徵。
本研究的目的為考量水質、水資源的時間與空間可及量，以及用水標的之間 的競爭，設計水資源耗用及水資源使用兩個衝擊類別與對應的特徵因子(水壓力) 計算方法，期望評估地面淡水耗用對集水區造成的潛在衝擊；另外，本研究模擬 節水情境產生不同情況下的特徵因子，並以臺灣 3 個科學工業園區的所有基地作 為研究對象，評估所有情境下基地地面水淡水資源耗用與淡水資源使用的潛在衝 擊。
研究結果顯示，不論是耗用水壓力或是水質水壓力，枯水期壓力均大於豐水 期壓力；耗用水壓力於各情境中均可反映標的用水競爭排擠的現象，尤其全標的 節水可使水壓力下降更快，整體來說標的優先序愈低，壓力愈大；水質水壓力反 映用水量與標的可用水質水量的比值，農業水質水壓力特別大，節水情境下水壓 力變化很小。案例分析結果顯示，南科臺南園區水耗用衝擊最大，南科高雄園區 則是水使用衝擊最大，主要原因為水壓力屬於重度剝奪；節水情境下以全標的節 水使園區造成的水資源耗用衝擊降低 5%~17%，而水資源使用衝擊降低 1%~6%。
II
本研究所建立之生命週期評估衝擊方法，提供新的水壓力指標與看待水資源 衝擊的新視角，並補足目前水資源地域性潛在衝擊評估的方法斷層，未來可應用 於國內外各項產品服務的評估，或是做為水資源管理指標。
關鍵字：水資源耗用、生命週期評估、水資源競爭、水壓力
III
Abstract
A substantial amount of evidence has indicated that freshwater use and consumption cause water scarcity, damage to human health, and ecological disorder.
Life cycle assessment (LCA) is a promising approach that can be used to estimate the impacts caused by water consumption and water use.
However, assessment schemes that address the potential environmental impacts of freshwater consumption and use have seldom been provided in LCA methods. The spatial and temporal scales of LCA models are not suitable for Taiwan, as most LCA models are site generic and annual. A majority of studies have also neglected reservoirs as an available water source and the impact of water availability on water quality.
Therefore, our study proposes an LCA approach in which the regional water availability, wastewater quality, competition of water among all sectors, and spatial-temporal factors are considered. This LCA approach consists of two impact categories: water consumption and water use, in addition to the corresponding watershed-based and sector-wise characterization factors (also called water stress) during high/low-flow periods. The developed approach was applied in a case study of industrial parks in Taiwan. In addition, four scenarios of water conservation were generated to estimate characterization factors and potential impacts.
The results of the water stresses in Taiwan exhibited higher water stresses during low-flow periods than during high flow periods. And the higher priority of sector was, the lower water stress of sector would be. Moreover, water stresses for water consumption of watersheds in western Taiwan were higher than that in eastern Taiwan;
and water stresses of agriculture for water use of each watershed was at the state of heavily deprived. In scenarios of water conservation, water stresses of water consumption visibly decreased for the competition of water among all sectors, but there
IV
were slight changes on water stresses of water use. With regard to impacts of the case study, science industrial parks with the greatest amount of impacts contributed to consume freshwater from the watersheds at the high water stress and discharge wastewater with worse water quality to the watersheds at the high water stress.
Therefore, Southern Taiwan Science Park at Tainan had the highest potential impact of water consumption and Southern Taiwan Science Park at Kaohsiung had the highest potential impact of water use. At the scenario of water conservation of all sectors, impacts of water consumption declined 5%~17% and impacts of water use dropped 1%~6%.
Our proposed approach provides a new method to understand the impacts of freshwater consumption and freshwater use.
Keywords: Life Cycle Assessment, water consumption, water use, water stress
V
目錄
第一章 緒論...1
1.1 研究動機與目的 ...1
1.2 研究架構與流程 ...3
第二章 文獻回顧 ...6
2.1 淡水資源耗用與使用的生命週期評估方法 ...6
2.1.1 生命週期評估方法概述 ...6
2.1.2 淡水資源耗用及使用的盤查資料庫與分析方法 ...8
2.1.3 淡水資源耗用與使用的特徵化與衝擊損害評估 ... 12
2.2 區域化的淡水資源耗用衝擊 ... 20
2.3 臺灣淡水資源概況 ... 22
2.3.1 臺灣的水資源 ... 22
2.3.2 臺灣的水資源耗用及使用的衝擊 ... 23
第三章 研究方法 ... 25
3.1 水資源耗用及使用衝擊特徵化模式 ... 25
3.1.1 水資源耗用 ... 26
3.1.2 水資源使用 ... 29
3.2 研究情境 ... 32
3.3 研究案例 ... 33
3.3.1 範疇界定 ... 36
3.3.2 盤查資料 ... 37
第四章 研究結果與討論 ... 50
4.1 水資源耗用與水資源使用的特徵因子建立 ... 50
4.1.1 水資源耗用特徵因子建立 ... 51
4.1.2 水資源使用特徵因子建立 ... 60
4.2 衝擊評估 ... 69
VI
4.2.1 科學工業園區水資源耗用衝擊 ... 69
4.2.2 科學工業園區水資源使用衝擊 ... 74
4.3 衝擊評估方法的應用 ... 77
第五章 結論與建議 ... 79
參考文獻 ... 82
附錄 ... 87
VII
圖目錄
圖 1-1 研究架構圖 ... 4
圖 1-2 研究流程圖 ... 5
圖 2-1 生命週期評估架構圖 ... 8
圖 2-2 Bayart et al. (2010)的評估架構因果鏈 ... 14
圖 2- 3 集水區水資源永續管理概念圖 ... 22
圖 2-4 供水來源及用水統計 ... 23
圖 3- 1 模式基本架構 ... 26
圖 3-2 2002 年至 2007 年工業用水量及來源比例 ... 34
圖 3- 3 科學工業園區分布圖 ... 35
圖 3-4 本研究之系統邊界 ... 36
圖 3-5 民國 101 年科學工業園區營業額 ... 37
圖 4-1 公共用水耗用水壓力 ... 54
圖 4-2 農業用水耗用水壓力 ... 55
圖 4-3 工業用水耗用水壓力 ... 56
圖 4-4 生態基流水壓力 ... 57
圖 4-5 公共用水水質水壓力 ... 62
圖 4-6 農業用水水質水壓力 ... 63
圖 4-7 工業用水水質水壓力 ... 64
圖 4-8 生態基流水質水壓力 ... 65
圖 4-9 其他文獻產出的特徵因子 ... 68
圖 4-10 研究案例與對應之取水及放流集水區 ... 70
圖 4-11 科學園區水耗用衝擊特徵化結果 ... 72
圖 4-12 科學工業園區水資源使用潛在衝擊比較 ... 76
VIII
表目錄
表 2-1 常見盤查資料庫中的水資源項目 ... 10
表 2-2 水資源類別表 ...11
表 2-3 水資源取得性衝擊對照表 ... 15
表 3-1 標的水壓力類別 ... 28
表 3- 2 陸域地面水體分類與適用性對應表 ... 30
表 3-3 飲用水水源水質標準 ... 31
表 3-4 灌溉水質標準 ... 31
表 3-5 新竹科學工業園區 101 年每月用水抄錶量 ... 38
表 3-6 新竹園區放流水質 ... 40
表 3-7 新竹科學工業園區 101 年各月污水處理量 ... 41
表 3-8 中部科學工業園區 101 年各月用水量 ... 42
表 3-9 中部科學工業園區 101 年各月污水處理量 ... 43
表 3-10 101 年虎尾園區放流水監測數值 ... 43
表 3-11 101 年臺中園區放流水監測數值 ... 44
表 3-12 101 年后里園區放流水監測數值 ... 45
表 3-13 南部科學園區 101 年各月份用水量 ... 47
表 3-14 南部科學園區 101 年各月份污水處理量 ... 48
表 3-15 臺南園區放流水質 ... 48
表 3-16 高雄園區放流水質 ... 49
表 4-1 水耗用特徵因子參數參考數值 ... 51
表 4-2 水質水量參數 ... 60
表 4-3 不同情境的水耗用潛在衝擊量 ... 72
表 4-4 水資源耗用參數與衝擊計算 ... 73
表 4-5 水資源使用衝擊計算參數 ... 74
表 4-6 水資源使用衝擊計算 ... 75
表 4-7 不同情境的水使用潛在衝擊量 ... 77
1
第一章 緒論
1.1 研究動機與目的
全球的淡水資源(freshwater resource)稀少且分配不均，其資源量約占水資源總 量的 3%，減去位於兩極冰川的 2.5%，僅剩 0.5%可滿足人類及生態系的需求，其 中大半部分的淡水皆集中於全球的 10 個國家。近年來全球人口成長及經濟發展快 速，超量抽取地面水與地下水、污染淡水資源，以及水資源使用效率不彰，這些 不永續的水資源濫用行為，使部分地區水體的再生時間拉長，造成淡水資源壓力 提升與生態多樣性損失，據國際統計，截至 2006 年，全球 8.8 億人口無法取得乾 淨的飲用水，每年約 180 萬人死於痢疾，另外至 2003 年為止，已知的 1 萬種淡水 魚種中有 20%瀕臨絕種或消失(WBCSD, 2009)。由此可知淡水資源耗用不但是國際 關注的議題，也是區域性的問題，其衝擊包含了人體健康、生態系品質，及資源 存量三大面向。
由於經濟活動漸趨頻繁，以及面臨全球化分工的趨勢之下，量化商品與服務 於製造、使用與廢棄等階段所需要的水資源漸受矚目，故近期研究評估淡水資源 耗用及使用衝擊多採取供應鏈或生命週期的角度，可同時涵蓋直接與間接使用衝 擊(Morrison et al., 2010)，相關評估方法有水足跡(water footprint)及生命週期評估 (Life Cycle Assessment, LCA)兩類。水足跡是由荷蘭 Hoekstra 博士於 2002 年提出 的評估方法，將淡水分為綠水、藍水、灰水，分別統計土壤水、地面與地下水體、
污水稀釋水等三類的淡水資源消耗與使用量(Hoekstra et al., 2011)。生命週期評估則 是評估產品於生產、使用、廢棄處理等階段中對環境的潛在影響的工具，因考慮 面向廣，整合性高，可透過評估結果輔助污染防治與永續發展。
以上兩種方法仍有相異之處，各有優缺。水足跡精於量化不同時空狀態的水 資源使用，找到使用熱點(hotspot)，適用在水資源調配與管理；生命週期評估利用
2
科學連結推導水資源消耗造成的衝擊與損害(Jefferies et al., 2012; Jeswani and Azapagic, 2011; Morrison et al., 2010)，可系統性地了解各面向潛在衝擊的大小，提 供決策者找到應該管理的問題。Berger and Finkbeiner (2013)比較了水足跡與生命週 期評估法，認為水足跡法容易造成誤導，因為水足跡的大小與所造成的衝擊並不 成正比，故採用衝擊導向的指標是必要的。
然而，淡水資源耗用與使用在生命週期評估中並沒有完整的方法與指引，也 就是缺乏盤查方法(inventory analysis) 、特徵因子(characterization factor)、衝擊評 估指標(indicator)與類別(impact category)，亦鮮少考量標的用水之間的排擠與競爭 (Bayart et al., 2010)。Koehler (2008)說明造成此現象的原因為方法的使用習慣，過 去生命週期評估法主要用於評估工業產品中各製程對環境的影響，水資源相對其 他原料數量較少，故不重視其造成的衝擊與損害。除此之外，淡水資源耗用與使 用的衝擊具有區域差異，可是早期生命週期評估模式無法反映區域特徵；Finnveden et al. (2009)提出物質排放造成的衝擊大小取決於排放量、物質特性、排放源特性、
受體環境，換句話說，淡水資源耗用與使用對環境的衝擊便是受資源使用量、放 流品質、取水位置，以及當地水資源的蘊含量等因子影響，早期評估模式僅包含 排放量與物質特性，屬於通用性(site- generic)模式，須考量排放源特性與受體環境 以增進評估方法的準確性。
綜合上述研究現況，發展衝擊導向且能表達時空特性的淡水資源評估方法，
是亟需努力的目標，但現今研究方法不足，使淡水資源耗用與使用區域研究的不 確定性(uncertainty)增加，有鑑於此，本研究針對水體水質特性、淡水資源時空可 及量(availability)、與用水標的之間的競爭等因子，改良淡水耗用與使用的生命週 期評估方法，並應用在臺灣科學園區淡水資源耗用與使用的衝擊評估。本研究除 建立一具有水質水量、標的競爭與豐枯差異的方法，方法具通用性，亦期望將模 式本土化，供臺灣未來相關研究參考。
3
1.2 研究架構與流程
本研究考量水質、水資源的時間與空間可及量，以及用水標的之間的競爭，
設計本土化特徵因子，建立淡水資源耗用(water consumption)與淡水使用(water use) 兩個衝擊類別，最後模擬節水情境討論特徵因子的變化，另外以臺灣科學工業園 區地表淡水耗用與使用為案例，計算潛在衝擊並討論不同情境下的潛在衝擊變 化。本研究架構圖與流程圖如圖 1-1 與圖 1-2 所示。各章節名稱及內容分別說明如 下：
第一章 緒論
本章說明研究背景、動機及目的。
第二章 文獻回顧
本章回顧與研究相關的文獻，包含生命週期評估、淡水資源耗用與使用的生 命週期評估方法、區域化的水資源衝擊，以及臺灣整體及工業水資源使用概況。
第三章 研究方法
本章介紹本研究建立的淡水資源耗用與使用的生命週期評估方法，並說明所 需盤查資料與案例情境。
第四章 結果與討論
本章呈現案例情境中的淡水資源耗用與使用的衝擊。
第五章 結論與建議
本章總結第四章之結果，提出相關建議與結論。
4
圖 1-1 研究架構圖
5
圖 1-2 研究流程圖
6
第二章 文獻回顧
本章文獻回顧彙集國內外文獻共分成三個部分。首先概述生命週期評估方法，
再介紹淡水耗用及使用的衝擊評估方法，了解目前研究趨勢與進展；接著探討區 域尺度對於水資源耗用與使用衝擊的關係，為本研究選擇適當的尺度；最後則是 介紹臺灣整體與科學園區淡水資源的利用現況，強調水資源對臺灣的重要性。
2.1 淡水資源耗用與使用的生命週期評估方法
2.1.1 生命週期評估方法概述
生命週期評估是評估產品、製程或服務於生產、使用、廢棄處理等生命週期階 段中對環境的潛在影響及資源使用的工具，透過蒐集上述階段之投入產出資料，
並利用環境衝擊評估模式的分析，即可得到環境衝擊評價。其應用案例可追溯至 西元 1969 年，美國可口可樂公司委託中西部研究所評估飲料容器的能源消耗，而 後西元 1990 年美國環境毒理及化學協會(Society of Environmental Toxicology and Chemistry, SETAC)提出生命週期評估的定義與架構，相關方法逐漸完善。
根據國際標準組織訂定的 ISO14040 生命週期評估規範，評估的架構可分為目 標範疇界定(Goal and Scope Definition)、盤查分析(Life Cycle Inventory, LCI)、衝擊 評估(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)、結果闡釋(Life Cycle Interpretation)四大 部分，如圖 2-1 所示，內容與方法敘述如下。
1. 目標及範疇界定
首先，目標及範疇界定是要確定研究範圍及目標，考量評估系統的界線、研究 假設及限制，並建立系統邊界(system boundary)與功能單位(functional unit)確立比
7 較基準。
2. 盤查分析
接著根據上述範疇執行盤查計畫，將產品生命週期中之投入和產出，如能源消 耗、資源使用、副產品、污染排放等，加以彙整與量化，建立投入產出清單，並 確定盤查資料中的所有假設。
3. 衝擊評估
衝擊評估則是透過指標與特徵化了解產品系統潛在環境衝擊規模與顯著性。詳 細步驟分為分類(classification)、特徵化(characterization)及評價(evaluation)。
分類與特徵化係指將造成同樣衝擊類別之不同的負荷與排放因子歸類於同一 類別，可量化成相同型態或單位後予以加總。例如各種造成全球暖化衝擊的氣體，
皆量化成以二氧化碳當量表示。評價則是給予不同類別標準化(normalization)或權 重化(weighting)，標準化的目的在於將特徵化的各種環境衝擊類別之衝擊量無因次 化(dimensionless)，以進行不同類別衝擊的比較。其方法可將特徵值除上該衝擊類 別之標準化因子(normalization factor)，標準化因子為某參考地區每人每年所受到該 衝擊類別的衝擊量。
4. 結果闡釋
最後藉著闡釋階段整合評估結果，提出改善建議等。
8
圖 2-1 生命週期評估架構圖
近年來淡水資源耗用及使用的生命週期評估方法依循生命週期評估架構，發展 研究方法，於下兩節中仔細說明。
2.1.2 淡水資源耗用及使用的盤查資料庫與分析方法
淡水資源資料盤查與一般程序的範疇界定及盤查分析相同，需在研究者自訂的 系統邊界內，盤查投入與產出量，常用的盤查資料庫如
9
表 2-1 所列，大部分的基礎流輸入端根據水資源的來源分類，包含河水、湖水、
地下水等，有些則是依據作用區分，如製程、冷卻、飲用水等，但基礎流輸出端 的類別卻非常少，部分資料庫還在陸續新增當中，可見目前資料庫中水資源類別 與分類定義都不完整(Jeswani and Azapagic, 2011)。
有系統地盤查分析可以確保基礎流維持平衡，得到較正確的衝擊數據。Owen (2001) 最 早為 了建 立水 資源 評估 指標， 以 使用 方式 將淡 水資 源分 為在 槽使 用 (in-stream use)及離槽使用(off-stream use)，前者表示在水資源現地使用，像是水力 發電和航運等，後者需要人類利用設備從自然水體取用，如抽泵(pumping)供應各 部 門 用 水 需 求 量 ； 離 槽 使 用 又 可 細 分 為 水 使 用 (water use) 與 水 消 耗 (water consumption/ consumptive use)，水使用係指使用後會排放到原本的集水區，水消耗 則不會，水消耗係指因為水資源使用過程中蒸發、排放至其他集水區內，或是包 含在服務或商品中。Koehler (2008) 根據其再生潛勢(regeneration potential)進行分 類，分為貯積水(deposits)、儲藏水(funds)、流動水(flow)三種型態，第一類指的是 深層地下水(fossil groundwater)，不易補注且循環緩慢，再生率最低，第二類如水 庫、水壩、地下水，依靠水源補注維持水資源量，第三類則是再生率最高的河川 與湖泊；Milà i Canals et al. (2009)結合以上兩位學者的分類方法，輸入端以水源區 分，輸出端則分為蒸發性用水(evaporative use)與非蒸發性用水(non-evaporative use)，
前者表示使用後會消失，不能立即再被使用，即是水耗用的意涵，後者可返回原 流域被其他使用者使用，與水使用的意涵相同。
10
表 2-1 常見盤查資料庫中的水資源項目
資料來源：本研究自行整理
盤查階段除了水量的調查，亦有學者認為水質是影響可用水量的重要因素，必 須結合至盤查分類中。Bayart et al. (2010)建議水質應該當作水資源分類型態的第二 參數，可分為兩個評估方法，一為距離目標法(distance-to-target)，指不同水資源類 型的水質要達到各水源水質標準；二為功能有效性法(functionality)，係指水資源因 為水質不同而對不同使用者提供不同的功能，一旦不符合水質規範，便喪失功能。
Boulay et al. (2011a)即根據 Bayart et al. (2010)的構想建立以水源、水質、使用者 3 個參數形成功能導向(functionality-based)水資源盤查類別；作者首先確立 11 個功能
Ecoinvent Gabi SimaPro ELCD
輸入 River water Feed water Water, barrage Freshwater (分不同
匱乏程度)
Lake water Groundwater Water, cooling, surface River water(分不同
匱乏程度) Groundwater Seawater Water, cooling, unspecified natural
origin Seawater
Seawater Surface water Water, cooling, well, in ground Lake water(分不同 匱乏程度) Salt sole water Water with river silt Water, fresh Surface water Turbine use water River water Water, lake
Fossil goundwater Water, process and cooling, unspecified natural origin Brackish water Water, process, drinking Well water Water, process, salt, ocean Surface run-off, from soil Water, process, surface
Lake water Water, process, unspecified natural origin
Freshwater Water, process, well, in ground
Rain water Water, river
Water cooling, fresh Water, salt, ocean Water cooling, sea Water, salt, sole
Water, turbine use, unspecified natural origin
Water, unspecified natural origin Water, well, in ground
輸出 - Wastewater processing residue Water, wastewater -
Water (river/sea water from technosphere, turbined) Water(river/lake/sea water from technosphere, cooling water) Water(river/lake/sea water from technosphere, waste water)
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使用對象，如生活用水、工業用水、農業灌溉用水等，再選擇 136 個水質參數，
根據文獻回顧決定水質標準，最後加入水資源來源，一共組成 17 個水資源類別，
見表 2-2 所示。此方法能評估品質劣化的回歸水對環境的衝擊，但是水質標準設立 的門檻值受到批評，目前沒有統一的標準，而且超過閾值的小幅度水質變動不一 定會影響水資源的功能。
表 2-2 水資源類別表
資料來源：Boulay et al. (2011a)
雖說如此，Kounina et al. (2013)回顧近幾年淡水資源耗用與使用評估的盤查分 析方法，建議盤查資料應該具備極大的自由度，盡可能容納各種可測量的水資源 型態，對於後續不同衝擊評估的應用較靈活，例如結合水源與水質的盤查分類方 式便是很好的嘗試。
水質 1 2a 2b 2c 2d 3 4 5 雨水
來源 雨水
水質等級 極好 好 平均 平均-具毒性 平均-生物性 差 非常差 不能用
污染 低微生物 低微生物 中等微生物 低微生物 高微生物 高微生物 高微生物 其他 N/A 低毒性 中毒性 中毒性 高毒性 低毒性 中毒性 高毒性
生活用水1 V X X X X X X X V
生活用水2 V V V X X X X X V
生活用水3 V V V V V V V X V
農業用水1 V V X V X X X X V
農業用水2 V V V V V V X X V
漁業用水 V X X X V V X X V
工業用水 V V V X X X X X V
冷卻水 V V V V V V V X V
遊憩用水 V V X V X X X X V
運輸用水 V V V V V V V V V
水力發電 V V V V V V V V V
表面水/地下水
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2.1.3 淡水資源耗用與使用的特徵化與衝擊損害評估
早在淡水資源耗用評估於 LCA 發展之前，水資源指標廣泛被利用在人類或環 境水資源需求衡量，Brown and Matlock (2011)回顧主要的水資源指標，可分為人類 水資源需求指標、水資源脆弱度指標，以及結合環境需水量的指標，隨著年代及 相關研究不斷更迭改進，這些指標被應用在生命週期評估中做為特徵化模式、中 間點評估模式或是終點評估模式，反映人類、環境與資源的影響，現有的許多方 法深受影響。
大部分已模組化的衝擊評估模式都沒有建立水資源耗用與使用的評估方法，
Koehler (2008)更指出原因來自淡水被認定為可再生資源，是取之不盡、用之不竭 的，故缺乏特徵化模式及水資源耗用與使用的評估案例；歐洲委員會聯合研究中 心(Joint Research Centre, JRC)於 2011 年彙整生命週期評估所有中間點導向及損害 導向的評估模式，依據環境衝擊關聯性、不確定性等因素進行評定，其中水資源 評估模式僅列兩種(MEEuP 和 Swiss Ecoscarcity water)，Swiss Ecoscarcity water 是 相對之下較好的模式，但依然沒有完整的衝擊損害因果鏈，文中也指出研擬相關 評估方法是重要的工作(EC-JRC, 2011)。自西元 2007 年起，國際跨組織合作的工 作團隊 WULCA (Assessment of Use and Depletion of Water Resources within LCA)展 開淡水資源耗用評估相關的研究，累積可觀的研究成果，使衝擊不再停留於資源 匱乏，新增了更多模式與衝擊類別。以下將分為中間點及終點導向依序介紹衝擊 與損害評估方法。
1. 中間點導向評估方法
Milà i Canals et al. (2009)以水具備資源與生物棲地兩個特性為前提，勾勒出蒸 發 性 用 水 可 能 會 產 生 以 下 四 種 衝 擊 途 徑 ： 一 為 水 耗 用 改 變 人 類 的 取 得 性 (availability)，造成健康影響，二為改變淡水品質使生態品質受損，三為地下水使
13
用減少長期淡水資源的可取得性，四為土地利用改變水循環對水的取得及生態品 質的影響；藉由建立衝擊途徑，作者得出淡水生態系衝擊(Freshwater Ecosystem Impact, FEI)及淡水匱乏(Freshwater Depletion, FD)兩個衝擊類別，方法如公式(1)與 公式(2)所列。
𝐹𝐸𝐼 = 𝐸𝐶 ∗ ( WU
WR − EWR) (1)
𝐴𝐷𝑃𝑖= 𝐸𝑅𝑖− 𝑅𝑅𝑖
(𝑅𝑖)2 ×(𝑅𝑠𝑏)2
𝐷𝑅𝑠𝑏 (2)
公式(1)中 EC 表示蒸發性用水，其所乘的數值代表環境水壓力指標(Water Stress Index, WSI)，即是用水量 WU 與水資源蘊藏量 WR 扣掉生態需水量 EWR 後的比值，
單位為立方米-生態當量水(m3of ecosystem-equivalent water)。公式(2)計算非生物資 源匱乏潛勢(𝐴𝐷𝑃𝑖)，其中ERi為資源開採率，RRi為再生率，Ri是資源最終存量，Rsb是 參考存量，DRsb為參考資源的去累積率。
Pfister et al. (2009)大幅改良了水壓力指標，利用 WaterGap 模式模擬得到使用 量/可使用量比例指標(Withdrawal-to-availability, WTA)，再用變異因子(Variation Factor, VF)修正，見公式(3)，使模式可以反映水利設施調節的差異，最後調整為非 線性，而且介於 0 至 1 的 WSI 做為新衝擊類別-水資源剝奪(water deprivation)的特 徵化因子，如公式(4)。
WTA∗= {√VF × WTA
VF × WTA , VF = e√ln(s月
∗ )2+ln(s 年
∗ )2 (3)
WSI = 1
1 + 𝑒−6.4𝑊𝑇𝐴∗( 10.01 − 1)
(4)
Bayart et al. (2010) 認為淡水資源耗用與使用評估應該要確認是否有足夠的淡
14
水資源供給現今人類使用者、生態系及未來世代；因此，作者根據不同的使用者 類別區分了匱乏情境(deficiency scenario)與補償情境(compensation scenario)，提出 的衝擊因果鏈見圖 2-2，匱乏情境表示水資源短缺產生的衝擊，而補償情境則是替 代的方案，分別有對應的指標及社會經濟參數，如表 2-3 所示；在匱乏情境下提出 人 類 使 用 淡 水 赤 字 (freshwater deficit for human users) 、 生 態 使 用 淡 水 赤 字 (freshwater deficit in ecosystem) 、淡水匱乏(freshwater depletion)三個衝擊類別。其 中人類使用淡水赤字這個衝擊類別之下共有民生、農業、工業、運輸、水利、漁 業與遊憩等使用者類別，作者認為可以充足反映人類標的用水之間的競爭強度，
並且水資源的分配方式會影響環境負擔的程度與類別，但該研究沒有提出進一步 的計算方法，近期亦無相關研究。
資料來源：Bayart et al. (2010) 圖 2-2 Bayart et al. (2010)的評估架構因果鏈
15
表 2-3 水資源取得性衝擊對照表
使用者類別 生產指標 衝擊情境(D=匱乏；C=補償) 衝擊類別
社經參數
中間點導向 終點導向
民生用水 供應水量 D: 衛生用水不足、使用低水質 之水、口渴
人類使用淡水赤字 人體健康 可獲取安全引水及衛生用水
人口比例(%) C: 水資源進口/新的水處理程序
農業用水 食物產量 D: 營養不良、營養失調 人類使用淡水赤字 人體健康/生物生產力 營養失調人口比例(%) C: 食物進口/改變食物生產方式
工業及冷卻 用水
工業產生的 GDP
D: 產品不足 人類使用淡水赤字 人體健康/勞工 人均 GDP
C: 貨品進口/改變製程
運輸用水 運輸體積 D: 產品不足 人類使用淡水赤字 人體健康/勞工 人均 GDP
C: 改變運輸方式
水力發電 產生的 MJ D: 發電不足 人類使用淡水赤字 人體健康/勞工 可獲得電力之人口比例(%)
C: 改變發電生產過程
漁業用水 漁業產量 D: 營養失調 人類使用淡水赤字 人體健康/生物生產力 營養失調人口比例(%) C: 魚類進口
遊憩用水 水上活動產生 的 GDP
D: 喪失娛樂活動 人類使用淡水赤字 人體健康 人均 GDP
C: 改變休閒方式/ 易地
資料來源：Bayart et al. (2010)
16
Boulay et al. (2011b)採用 Boulay et al. (2011a)界定的 17 個功能性水資源分類法，
先計算各類別的匱乏參數𝛼𝑖∗，見公式(5)及(6)，係指消耗量/可使用量比例指標 (Consumption-To-Availability, CTA)，再透過模擬取得特徵因子𝛼𝑖。該方法強調為不 同的功能水資源分類給予不同的水壓力加權值，故提出了水壓力指標(water stress indicator)作為衝擊類別，反映水資源投入與產出過程中水資源競爭對象被剝奪的當 量水量，如公式(7)所列。
𝛼𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒,𝑖∗ = 𝐶𝑈 × (1 − 𝑓𝑔) 𝑄90 ×𝑝1
𝑖
(5)
𝛼𝑔𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟,𝑖∗ =𝐶𝑈 × 𝑓𝑔 𝐺𝑊𝑅 ×𝑝1
𝑖
(6) WSI = ∑(𝛼𝑖× 𝑉𝑖,𝑖𝑛)
𝑖
− ∑(𝛼𝑖× 𝑉𝑖,𝑜𝑢𝑡)
𝑖
(7)
公式中 CU 代表水資源耗用量，𝑄90為超越機率 90%的河川水量，𝑓𝑔是地下水 使用比例，𝑝𝑖為該水資源分類中可取得水資源所佔比例，𝐺𝑊𝑅則是可更新地下水 資源的量，此計算方式假設功能使用者只使用符合其對應水質要求的水資源，即 可評估當水資源品質劣化時，使用者的可用水量也會隨著減少。
由以上文獻可知，在特徵因子方面，WTA 與 CTA 常於中間點導向評估方法中 扮演特徵因子的角色，表示不同水體或集水區的水資源壓力狀況，目前有較多的 研究以 WTA 為基礎，但 Berger and Finkbeiner (2013)指出因為 WTA 中以抽取量作 為分子，抽取量並不代表實際使用量，有壓力超估的情形，故不如以消耗量作為 分子的 CTA 準確；然而，兩位作者亦提到 WTA 與 CTA 是有缺陷的，例如指標中 的可取得水量僅考慮可再生的地下水及地表逕流，忽略水庫壩堰等大型蓄水設施 對水資源壓力的漸緩效應；因臺灣河川短小流急，需依靠水庫蓄積水資源，若將 模式本土化，必須重新擬定特徵因子，把水庫蓄水納入考量，故將水庫蓄水量納 入可取得水量，是本研究積極關注的目標。另外，WTA 與 CTA 皆用年當作時間尺
17
度，無法反映一年中的雨量變化，蔣在文 (2012)曾提及此點，並以月份為時間尺 度計算水資源壓力指標。本研究認為特徵因子的時間尺度若以枯水期與豐水期區 分，比較有代表性。
中間點導向評估方法方面，大部分的研究於建立方法時，會考量中間點評估方 法與終點評估方法的連結性是否良好；Kounina et al. (2013)回顧現有的中間點評估 模式，建議中間點評估中應加強每一個環節的因果關係。綜合上述中間點評估方 法，多數仍以抽取及使用影響水量作為方法的論述，非蒸發性用水或又稱水使用，
經常被假設為對環境不會產生潛在衝擊，但事實上非蒸發性用水可能有水質劣化 影響水量使用的疑慮，除了 Boulay et al. (2011b)之外，幾乎沒有研究討論水資源使 用後排入原本的集水區，產生水資源品質受損，對可用水量產生的衝擊；另外，
Bayart et al. (2010)提出用水標的間具有競爭與強度變化，鮮少研究將此因素納入生 命週期衝擊評估中。
2. 終點導向評估方法
終點導向的評估方法依照不同的受體(area of protection)產生的衝擊途徑發展 不同的方法，以下依序人體健康、生態系品質、資源匱乏損害介紹。
(1) 人體健康
人體健康評估方法的損害指標為衝擊造成早夭或失能，因此造成的生命損失 年數，被稱為失能調整存活人年(Disability Adjusted Life Years, DALY)。Pfister et al.
(2009)的方法關注的人體損害，是缺水引起衛生不佳得到傳染病，與灌溉水源短缺 造成人類營養不良使壽命減少，損害方法中將 DALY 與人類發展指標(HDI)結合，
反映不同發展等級的國家面臨的損害。如公式(8)所示。
18
∆𝐻𝐻𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖 = 𝐶𝐹𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖∙ 𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖
= 𝑊𝑆𝐼𝑖∙ 𝑊𝑈%,農業,𝑖× 𝐻𝐷𝐹𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖∙ 𝑊𝑅𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛−1
∙ 𝐷𝐹𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛∙ 𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖
(8)
公式中𝑊𝑈%,農業,i指集水區內農業用水之比例， DF ln i i n,i則是由人類發展 指標(HDI)與每十萬人因營養失調之生命殘疾年數換算而得，WR−1 ln i i n係指避 免營養失調之人均需水量，𝐷𝐹𝑚𝑎𝑙𝑛𝑢𝑡𝑟𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛是因營養失調導致的每人每年之生命殘疾 年數，𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛,𝑖為集水區內之用水量。
關於民生用水取得困難引發傳染疾病產生的損害，Motoshita et al. (2011)則是 發展更適宜的評估方法，該研究團隊利用複迴歸模擬水資源可取得性與蛔蟲病、
鞭蟲病、鉤蟲病及腹瀉四種傳染性疾病的健康衝擊評估，採用的解釋變因囊括年 均溫、供水與下水設施連接率、平均飲食能量消耗吉尼係數、人均健康衛生支出、
營養不足人口率等7項，最後得到的損害因子介於1.29E-11與1.81E-03 DALYs/ 3。 Boulay et al. (2011b)依據不同用水部門假設其產生的人體損害，例如農業用水 與漁業用水短缺，降低食物可取得性，造成人體營養不良，而民生用水缺乏會產 生衛生問題，使人體健康受損，公式如式(9)與式(10)。另外，該研究亦將Bayart et al. (2010)提出的補償情境落實於研究當中，認為國家貧富與否會影響衝擊大小，故 根據不同國家的國民總收入(Gross National Income, GNI)界定補償多寡。
𝐻𝐻𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡= ∑(𝐶𝐹𝑖× 𝑉𝑖,𝑖𝑛) − ∑(𝐶𝐹𝑖× 𝑉𝑖,𝑜𝑢𝑡)
1
𝑖 1 1
𝑖 1
(9)
𝐶𝐹𝑖 = ∑10 (𝛼𝑖× 𝑈𝑖, (1 − 𝐴𝐶) × 𝐸)
1
(10)
其中𝑉𝑖,𝑖𝑛與𝑉𝑖,𝑜𝑢𝑡表示輸入與輸出的水量，𝛼𝑖為水匱乏因子，𝑈𝑖, 為影響的使用
19
者人數，𝐴𝐶補償情境下的適應能力，𝐸則是影響因子。
(2) 生態系品質
評 估 生 態 系 品 質 損 失 常 用 的 指 標 為 單 位 潛 在 物 種 消 失 率 (potentially disappeared fraction of species, PDF)。Pfister et al. (2009)考量陸生植物缺水對其淨基 礎生產量(net primary production, NPP)的損害，以公式(11)表示，為 NPP 乘以水資 源耗用量與降雨量 P 的比值；同樣地，Zelm et al. (2011)探討地下水抽取對陸生植 物豐富度的變化。尚有部分研究討論非陸地的生態損害，Hanafiah et al. (2011)說明 人類活動產生的水資源消耗會改變水體流量及品質，進而使魚類消失，故運用物 種豐富度 R 與月流量𝑄𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ,𝑖的關係式(見公式(12))建立全球流域特徵化因子，見公 式(13)。
∆EQ = 𝐶𝐹𝐸𝑄∙ 𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑣𝑒 = 𝑁𝑃𝑃𝑤𝑎𝑡−𝑙𝑖𝑚∙𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑣𝑒
𝑃 (11)
R = 4.2 ∙ 𝑄𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ,𝑖0.4 (12) 𝐶𝐹𝑤𝑐,𝑖 = 𝐹𝐹𝑖∙ 𝐸𝐹𝑖 =𝑑𝑄𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ,𝑖
𝑑𝑊𝑖 ∙ ( 𝑑𝑃𝐷𝐹𝑖
𝑑𝑄𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ,𝑖∙ 𝑉𝑖) (13)
(3) 資源匱乏
抽取深層地下水或使用地面水的速率大於更新速率皆會造成水資源的匱乏。
Pfister et al. (2009)提出的資源損害以海水淡化當作補償後援系統，計算開發海水淡 化水源的能量消耗，如公式(14)，其中𝐸𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑖𝑛𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛為淡化 1 立方公尺水資源所需的
能量，𝐹𝑑𝑒𝑝𝑙𝑒𝑡𝑖𝑜𝑛為水匱乏因子，由 WTA 計算而得。
∆R = 𝐸𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑖𝑛𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛∙ 𝐹𝑑𝑒𝑝𝑙𝑒𝑡𝑖𝑜𝑛∙ 𝑊𝑈𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑣𝑒 (14)
20
綜合所有終點導向評估方法，Kounina et al. (2013)回顧終點評估模式，認為現 在大部分的方法都是研究直接損害，而間接損害例如水資源競爭導致人體健康損 害與補償機制，需要進一步研究，有些因果鏈像是生態品質損失的部分需要更多 跨領域研究補足。
2.2 區域化的淡水資源耗用衝擊
早在 20 世紀末就有學者發現空間差異在生命週期評估中是缺席的，當時普遍 認知生命週期評估方法為污染預防的工具，不必多此一舉再將空間特性包含在 內；生命週期衝擊可分為三種空間差異的程度：通用性(site-generic)、空間相依性 (site-dependent)、場址特定性(site-specific)，通用性是指排放源及環境不具有獨特 性，而是均質的；空間相依性則是以來源或受體環境特性區分，具有較高的空間 解析度，範圍數公里至一百餘公里不等；場址特定性則是偏向特定場址來源或特 定生態系統的規模，是最精細的；但是因應物質特性不同，造成的衝擊可能遍及 數百數千公里，這樣的尺度對於衝擊量化的精確度沒有幫助(Potting and Hauschild, 2006)。綜上所述，可見空間相依性的評估尺度發展較強，能表達區域特性。
水資源使用衝擊具有地區性差異，是因為水質、水的可取得性、社會經濟參 數及使用者之間的資源分配等情形因地方、因國家、因區域而異，故在方法中納 入區域化的概念更顯重要。於盤查分析中，取水與排水的位置、水體、用途應明 列與區分(Bayart et al., 2010; Jeswani and Azapagic, 2011; Pfister et al., 2009)，另外，
Finnveden et al. (2009)指出現今盤查資料庫的重大缺失是缺乏水資源的區域性資 料，導致無法確實評估乾旱地區的潛在環境衝擊。
而衝擊評估模式方面，建立區域化的特徵化因子是必要的，才能捕捉研究區 域的水文特性(Pfister et al., 2009)，但也牽扯到衝擊尺度的界定，到底要怎麼樣的
21
空 間 範圍 才 足以 反映 區域 特 性； Pfister et al. (2009) 率 先利 用地 理 資訊系 統 (Geographic Information System, GIS)處理資料與統計數據，評估國家尺度與集水區 (watershed)尺度的衝擊，認為集水區尺度富含水文過程，是較好的衝擊評估的地理 單位；Chiu et al. (2011)在評估生質酒精生產的水資源消耗衝擊時，為了選擇合適 的評估尺度，使用了設備導向與集水區兩種空間尺度，比較衝擊的差異，結果集 水區尺度的衝擊較為細緻，但更細緻的尺度表示可能也是必要的。
Mutel et al. (2011)也認為適當尺度對衝擊表示十分重要，故以美國發電衝擊做 為案例，使用 GIS 中的空間自相關(spatial autocorrelation)模組決定最佳的生態損害 評估空間尺度，當特徵化因子的空間自相關愈小，代表該地理單位愈適合，因為 資料在空間尺度表示時，不適當的空間尺度會造成可調整地區單元問題(Modifiable Areal Unit Problem, MAUP)，使評估失真。結果發現集水區尺度相對其他空間尺度 表現較好，共有約 12,000 個地理單位，但模式計算出的最適地理單位數量為約 10,000 個。這麼多的地理單位，需要的資料尺度也很小，通常會受到資料限制無 法執行，變得十分理想化。Hester and Little (2013)認為集水區是重要的分析基礎單 位，但應該建立在可進行決策的相似尺度下，例如都市計畫單元，才能達成永續 的目標。
最後，學術界對於水資源研究的空間尺度並沒有唯一論調，但可發現普遍研 究支持以集水區做為評估尺度，Hester and Little (2013)建議在進行集水區水資源的 永續性評估時，盡量包含空間與時間面向，如圖 2- 3 顯示，因為不同的季節對水 資源壓力有所不同(Pfister et al., 2009)，還有和集水區相關的水資源特性組成。本 研究亦以集水區作為研究空間單元，並區分豐水期與枯水期計算水資源消耗衝擊。
22
圖 2- 3 集水區水資源永續管理概念圖
資料來源：Hester and Little (2013)
2.3 臺灣淡水資源概況
2.3.1 臺灣的水資源
臺灣位於東亞沿岸，四面環海，北回歸線以北屬副熱帶季風氣候區，以南屬熱 帶季風氣候區，年平均降雨量約為 2500 mm，但降雨空間與時間差異大，受大陸 與海洋氣候型態影響，5 月至 10 月的降雨佔全年雨量的 78%，由梅雨、西南季風、
颱風貢獻，11 月至 4 月為乾季，靠東北季風帶來的雨量，因此北部全年有雨，南 部乾溼分明，河川豐枯水期雨量比懸殊，北部區域 6:4，東部與中部皆為 8:2，南 部區域可達 9:1；再加上地狹人稠，每人每年平均雨水量遠低於世界平均值，可見 臺灣水資源不僅不均，也算不豐沛。
臺灣水資源供水與用水統計如圖 2-4 所示，舉 2011 年為例，累計供水量共 172 億立方公尺，主要來源為地面水與地下水，而地面水可分為河川引水與水庫供水，
23
其中水庫供水佔了將近一半，因為臺灣河川坡陡流急，儲水不易，故水庫為重要 的水資源調配來源，統計至 2012 年為止，本島共有近 100 座水庫及壩堰，合計有 效容量 190,683.8 萬立方公尺；用水統計顯示農業用水最多，約為 124 億立方公尺，
灌溉用水尤為大宗，其次為生活用水 32 億立方公尺，工業用水相對較少，為 15 億立方公尺。
資料來源：經濟部水利署 圖 2-4 供水來源及用水統計
隨著氣候變遷，許晃雄等人 (2011)提出臺灣氣候變遷報告，透過文獻回顧總結 臺灣 100 年來總雨量雖變化不大，秋季雨量卻增多，夏季與冬季雨量減少，從區 域角度來看，北部雨量增多而南部雨量減少，總體降雨天數漸漸減少，不過降雨 強度則有增強的趨勢，換句話說，即是枯愈枯、豐愈豐，此變化對於臺灣水資源 是極大的挑戰。
2.3.2 臺灣的水資源耗用及使用的衝擊
臺灣水資源分配以家庭及公共用水、農業用水、工業用水、水利用水等標的
24
使用分類，藉由水權分配掌控水資源使用情形，唯前述提及臺灣的豐枯顯著，面 臨水資源不足時，標的用水即會相互搶奪用水，如近期工業用水供水來源部分漸 漸轉向自來水系統供水，使用公共用水作為工業用途，有助於穩定生產量；根據 我國水利法第 18 條第一項，標的用水順序依序為家庭及公共用水、農業用水、水 利用水、工業用水、水運及其他用途，也就是說，缺水時必須先確保家庭及公共 用水，優先序較低的標的需犧牲，例如農業用水於正常水文狀況以高標用水為限，
維持生產性、生態性、生活性等三生功能，降雨不足時，採用缺水 8%及休耕 13%
的低標用水。近期中部科學園區四期開發案坐落於彰化二林，當地農業興盛，但 水源缺乏，此案引起當地居民及國內人士反彈，擔憂可用水資源不足，無法維持 農業運作。因此標的用水之間會產生水資源剝奪的壓力。
除了水資源耗用對各標地的排擠效應，水資源使用後排入原集水區產生水質 劣化，不堪其他標的使用者使用，也是臺灣水資源問題中重要的一環。蔡明華與 陳益榮 (2001)於農業用水總量清查報告中指出，灌溉取用水質劣於灌溉水質標準 的水量約為 4.98 億立方公尺，佔當時總取水量 106 億立方公尺的 4.7%；而民生用 水的水質要求更高，劣化的水資源亦不可能調配至民生用水。若使用劣化水資源 於農業標的，會產生土壤及地下水污染，生產的農產品有食用的健康疑慮，目前 國內已有許多農業用地的土水污染場址，因農業灌溉與工業排水未分離，引發重 大污染事件；若使用於民生用水標的，對人體健康造成極大的風險；若劣化水資 源經過高級處理程序，再提供各標的使用，則是增加能資源浪費，回收水亦尚未 普遍被人民接受。因此水質對水資源可用量的減少實為重大的水資源衝擊。
綜合以上文獻，本研究將討論水資源耗用對各標的用水的水量剝奪，以及水 使用導致的水資源劣化，對各標的用水的水量衝擊，並針對水體水質特性、淡水 資源時空可及量、與用水標的之間的競爭等因子，改良淡水耗用與使用的生命週 期評估方法。
25
第三章 研究方法
本研究著重水資源耗用與使用的衝擊評估方法建立，本章將分為三部分，第 一部分先介紹本研究建立的衝擊評估模式，第二部分為假設之節水情境介紹，第 三部分則是說明本研究的研究案例與其範疇界定和盤查資料。
3.1 水資源耗用及使用衝擊特徵化模式
本研究開發衝擊評估特徵模式，量化淡水資源耗用與使用的潛在衝擊，提供 決策者參考依據；模式基本架構如圖 3- 1 所示。
本研究根據文獻回顧後設立的研究目標，根據 ISO14040 生命週期評估規範，
建立以集水區為基本空間單元的特徵模式，特徵因子建立則是參考抽取量/可使用 量比例指標，並於可用水量中加入水庫壩堰的有效蓄水量，較切合實際可用水量，
另參考 Boulay et al. (2011b)提出綜合水質變化的功能性導向，增加水質因素考量，
研究的時間尺度分為豐水期與枯水期；另外，水資源消耗與使用係為依照水資源 權責所屬機關調整分配的結果，標的之間具有水資源競爭關係(Bayart et al., 2010)，故以標的為最小類別，分別計算家庭及公共用水、農業用水、工業用水、
生 態 基 流 量 等 四 種 水 壓 力 。 本 研 究 建 立 的 衝 擊 類 別 包 含 水 資 源 耗 用 (water consumption)與水資源使用(water use)，於水資源耗用方面，耗用為水資源占用行 為，影響水資源的可取用性，而水資源使用方面，將會計算水資源使用後水質劣 化造成的衝擊。
本研究特徵化模式考量地面水(surface water)，兩種衝擊類別與對應的特徵化 模式分別說明如下。
26
圖 3- 1 模式基本架構
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
27
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；
28
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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表 3- 2 陸域地面水體分類與適用性對應表
分類/用途 甲 乙 丙 丁 戊
公共用水 + + + - -
工業用水 + + + + -
灌溉 + + + + -
環境保育 + + + + +
水質參數基準值
氫離子濃度 6.5-8.5 6.0-9.0 6.0-9.0 6.0-9.0 6.0-9.0 溶氧量 (mg/l) 6.5 以上 5.5 以上 4.5 以上 3 以上 2 以上
生化需氧量
(mg/l) 1 以下 2 以下 4 以下 － － 懸浮固體
(mg/l) 25 以下 25 以下 40 以下 100 以下 無漂浮物 且無油污 大腸桿菌群
(CFU/100mL) 50 個以下 5,000 個 以下
10,000 個
以下 － －
氨氮 (mg/l) 0.1 以下 0.3 以下 0.3 以下 － － 總磷 (mg/l) 0.02 以下 0.05 以下 － － －
資料來源: 行政院環保署 𝑅𝑆 𝑖：集水區 i 內的水庫有效蓄水量，單位為立方公尺。
𝐶𝑈 𝑖 , ：集水區 i 內標的 j 的消耗性用水，單位為立方公尺。本研究計算所用
的數值參閱水利署水權統計年報。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；
水資源使用衝擊為輸出系統的水資源乘上對應的水質水壓力特徵因子，使水 資源使用量藉由水壓力加權後，得到潛在衝擊，計算式如公式(19)所列。此潛在衝 擊可得出研究目標對所有放流集水區的水使用行為產生的潛在使用衝擊加總。
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𝐼𝑀𝑃𝐴𝐶𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑢𝑠𝑒 = ∑[𝑉𝑜𝑢𝑡,𝑖× (1 − ) × 𝐶𝐹 𝑖, ] (19)
其中，𝐼𝑀𝑃𝐴𝐶𝑇𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑢𝑠𝑒：研究對象產生的水使用衝擊，無法被集水區內的標的使 用，單位為立方公尺當量水 ( 3 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑒𝑞𝑢𝑒𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 )。
：水質檢核因子，當排水水質不符合標的取水標準(像是地面水體分類及水 質標準對應的適用性值，或是特定水質規範，如公共用水參照飲 用水水源水質標準如表 3-3，灌溉用水則參考灌溉水質標準如表 3-4)時， =0，就會產生後續衝擊，當符合標準時， =1，即不 會有衝擊發生。
表 3-3 飲用水水源水質標準
項目 最大限值
大腸桿菌群密度
(MPN/100 毫升或 CFU/100 毫升)
20,000（具備消毒單元者）
50（未具備消毒單元者）
氨氮（NH3-N）(mg/L) 1
化學需氧量（COD）(mg/L) 25
總有機碳（TOC）(mg/L) 4
砷（As）(mg/L) 0.05
鉛（Pb）(mg/L) 0.05
鎘（Cd）(mg/L) 0.01
鉻（Cr）(mg/L) 0.05
汞（Hg）(mg/L) 0.002
硒（Se）(mg/L) 0.05
資 料來源 ：行政院環 保署
表 3-4 灌溉水質標準
項目 限值
水溫 (攝氏) 35
氫離子濃度指數（pH值） 6.0—9.0
電導度 (EC) 750
懸浮固體物（SS）(mg/L) 100
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項目 限值
溶氧量 (DO) 3以上
氯化物 (Cl-) (mg/L) 175 硫酸鹽 (SO4-2
) (mg/L) 200
總氮量﹙T-N﹚(mg/L) 3.0
陰離子界面活性劑 (mg/L) 5.0
油脂 (mg/L) 5.0
鈷 (Co) (mg/L) 0.05
銅 (Cu) (mg/L) 0.2
鉛 (Pb) (mg/L) 0.1
鋰 (Li) (mg/L) 2.5
錳 (Mn) (mg/L) 0.2
汞 (Hg) (mg/L) 0.002 鉬 (Mo) (mg/L) 0.01
鎳 (Ni) (mg/L) 0.2
硒( Se) (mg/L) 0.02
釩 (V) (mg/L) 0.1
鋅 (Zn) (mg/L) 2.0
鈉吸著率 (SAR) (mg/L) 6.0 殘餘碳酸鈉 (RSC) (mg/L) 2.5
鋁 (Al) (mg/L) 5.0
砷 (As) (mg/L) 0.05
鈹 (Be) (mg/L) 0.1
硼 (B) (mg/L) 0.75
鎘 (Cd) (mg/L) 0.01 (總)鉻(Cr) (mg/L) 0.1
鐵 (Fe) (mg/L) 5.0
資料來源：行政院農業委員會
3.2 研究情境
本研究 3.1 節建立衝擊評估方法與特徵因子，並說明後續計算採用的數值資料 來源，然而特徵因子中取用量與可用水量的比值會隨著不同程度的節約而改變。
根據經濟部水利署的臺灣地區水資源開發綱領計畫第五章所述，民國 87 年宣示各 標的用水至民國 100 年的節約用水量化目標如下：
1. 生活用水：臺灣地區平均每人每日用水量由 290 公升降低至 250 公升以下，
自來水漏水率臺北市由 25%降低至 20%，其他地區由 15%降低至 10%。
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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
