Transcript 產品水足跡估算
水利署「水足跡概念推廣與先期研究」計畫 第三場宣導活動（高雄） 水足跡衡量簡介 講師： 周嫦娥 日期：民國100年6月9日 內容 水足跡評估步驟 水足跡評估目的和範圍 水足跡的衡量單位 單一流程的水足跡估算 農作物水足跡估算 產品水足跡估算 水足跡評估步驟 水足跡評估有四個不同階段 ： 第一階段：設定目標和範圍 第二階段：水足跡估算（water footprint accounting） 第三階段：水足跡永續性評估 第四階段：水足跡政策回應 第一階段 第二階段 設定目標和 範圍 水足跡會計 第三階段 第四階段 水足跡永續 性評估 水足跡政策 回應 (Water Footprint Manual, 2009) 水足跡評估目的和範圍 水足跡評估目的 ：目標之確立會影響水足跡評估的工 作內容和細節 。 水足跡估算之編製範圍：編製範圍依評估目的界定， 界定範圍時可考慮以下問題： 是否要同時估算藍水足跡、綠水足跡和灰水足跡？ 考慮產品供應鏈的截點 水足跡評估之時空尺度與資料精細程度 數據期間 評估消費者或生產者水足跡，需考慮是否要同時估算直接和間接 水足跡 評估國家水足跡，需考慮的問題包括：國內水足跡、國家總消費 之水足跡、國家總消費之內部和外部水足跡 水足跡評估目的和範圍 水足跡永續性評估之編製範圍 ： 水足跡的永續性可從環境、社會和經濟等不同面向 來檢視，永續性亦可以從不同層次來加以衡量，例 如，對區域的影響或對流域的影響。 水足跡永續性評估的編製範圍可由評估目的來決定， 可從（一）環境、社會和經濟面向；或（二）區域、 流域或全球的永續性來決定範疇。 水足跡的衡量單位 衡量水足跡的單位是以單位時間用水量或單位產品用水量來表示。 製程水足跡可以單位時間水量表示，而除以製程產量後即可以每 單位產品水量（water volume per product unit）表示。 產品水足跡通常以產品單位水量（water volume per unit of product） 表示。 消費者水足跡、生產者水足跡和區域（國）內水足跡皆以單位時 間水量表示。依據評估目的和範疇的界定，單位時間可以是一日、 一月或一年。 單一流程的水足跡估算-藍水足跡 藍水足跡是地面水和地下水消耗性使用 （consumptive use）的指標。 水資源消耗性使用包括水資源蒸發散、成為產 品一部份、水資源汲取後未回歸至相同集水區 （即回到海中或不同集水區）、水資源汲取後 未在同一時間回歸等。 單一流程的水足跡估算-藍水足跡 WFproc,blue = BlueWaterEvaporation + BlueWaterIncorporation + LostReturnFlow 其中WFproc,blue為流程藍水足跡， BlueWaterEvaporation為藍水蒸散量， BlueWaterIncorporation為成為產品之一部分的藍水量， LostReturnFlow為未在同一時間內回歸到同一集水區之水量。 單一流程的水足跡估算-藍水足跡 藍水足跡的衡量單位為單位時間水量，若再除 以某流程所生產產品的產量，則為該流程產品 單位水量。 製造業方面，前述各項可以從不同型態製造業 的特定製程之消耗性用水量資料庫取得資料來 計算。然而目前少有此種資料庫的存在，即使 存在也多是製程取水量而不是消耗性用水量。 單一流程的水足跡估算-藍水足跡 現有資料庫的資料並不夠精細，多是整廠資料 （例如，製糖廠、紡織廠、造紙廠）而非不同 的細部製程資料。計算製程藍水足跡最好的資 料應該是個別製造廠商資料、區域或全球性子 廠的資料。 農業生產過程的藍水足跡也可被衡量，但須借 重估計灌溉用水的模型，以及進行灌溉的時空 資訊。和其他製程資料一樣，目前農業灌溉相 關資料多是取水量而非消耗量。 單一流程的水足跡估算-藍水足跡 藍水足跡亦可分別依不同類別藍水水源估算，藍水水 源有地面水、淺層地下水（flowing groundwater）和深 層地下水（fossil groundwater）。 依前述藍水水源估算的水足跡依序稱為淺藍水足跡 （light-blue water footprint）、深藍水足跡（dark-blue water footprint）和黑水足跡（black water footprint）。 不過由於資料欠缺，依水源估算藍水足跡仍有相當困 難度。 單一流程的水足跡估算-綠水足跡 綠水指的是降到地上的雨水，未成為逕流也未 補注地下水的部分，此部分雨水藏於土壤中、 暫時停留於土壤表面或植被，此部分雨水最終 會自行蒸發或透過植物蒸散。 綠水能使作物成長而具生產性，綠水是農作物 和森林成長過程中被吸收的雨量。 單一流程的水足跡估算-綠水足跡 WFproc,green = GreenWaterEvaporation + GreenWaterIncorporation 其中WFproc,green為流程綠水足跡， GreenWaterEvaporation為綠水蒸散發量， GreenWaterIncorporation為成為農林產品之一部分的綠水量。 由於對水文、環境和社會的影響有別，且利用藍水（地面 水和地下水）和雨水的機會成本也不同，故區分藍水與綠 水是重要的工作。 單一流程的水足跡估算-灰水足跡 灰水足跡為和流程有關的淡水資源受到污染程度的指標。灰水足跡 為在現有水質標準下，吸收污染物所需的淡水水量。 灰水足跡可以下式估算： WF proc, grey L cmax cnat 其中WFproc,grey為灰水足跡， L為污染物負荷， Cmax 為最大可接受濃度， Cnat 為承受水體之自然濃度，自然濃度是當集水區沒有人類活動干 擾下水體的濃度。 以自然濃度做為計算灰水足跡基準的主要原因是，灰水足跡是用來 做為生態體系（水資源環境）吸收能力的指標。 單一流程的水足跡估算-灰水足跡 除化學物質的污染外，熱污染（thermal pollution）亦可估算其灰水足跡，此灰水足跡 為放流水水溫和接受水體水溫之差額乘以放流 量，再除以最高可接受水溫自然水溫之差額。 每日灰水足跡值可加總為年水足跡。而當放流 水中含有二種以上的污染物時，則灰水足跡是 以影響最大的污染物來計算。如果對各種污染 物的影響有興趣的話，也可針對特定污染物計 算灰水足跡。 農作物水足跡估算 很多產品都以農作物和森林作物做為投入要素 生產，例如，食物、飼料、纖維、燃料、食用 油、化妝品等皆以農作物作為原料；森林作物 可用以製造木料、紙張和燃料。 由於農業和林業部門為耗水部門，以農作物和 森林作物做為投入的產品通常有較大水足跡。 因此，估算種植農作物和森林作物水足跡是一 項基礎的評估工作。 農作物水足跡估算 種植作物流程的總水足跡（WFproc）為藍水足 跡、綠水足跡和灰水足跡之和，如下式所示： WFproc = WFproc,green + WFproc,blue + WFproc,grey 農業和林業的各種水足跡通常是以每噸產品的 水量表示，故種植農作物或林作物之綠水足跡 （WFproc,green，m3/t）為作物綠水用量 （CWUgreen，m3/t）除以作物產量（Y， ton/ha）；藍水足跡也是相同的估算方法。 農作物水足跡估算 作物綠水用量為在作物生長期間由田間和作物本身蒸 發散的總雨水量；藍水用量為作物生長期間的總灌溉 水量。 計算時作物年產量可由現有統計資料取得，而如果是 多年生作物則必須以其存活年限的平均作物產量計算。 假設某多年生作物可存活20年，但由第6年開始才有收 成，則應以20年的用水量（此處為蒸發散量）除以15 年的收成量。 作物綠水用量和藍水用量是以其個別日蒸發散量，以 作物的生長期間累計而成。 農作物水足跡估算 田間的蒸發量可用模型以實證公式加以衡量或 估計，因為直接衡量蒸發量是相當不易且高成 本的。因此，蒸發量通常是用氣候、土壤特性 和作物特性資料，以模型間接估算。 目前有數種方式可估算蒸發量和作物的成長， 其中聯合國農糧組織發展的CROPWAT模型為 較常使用的估算工具。 農作物水足跡估算 估算作物種植的綠水、藍水和灰水足跡需要大 量的數據，通常使用當地資料是最佳的選擇。 但多數情況下收集當地資料是相當吃力的工作， 因此有時以國家平均數據、區域內或鄰近地區 資料取代。 計算作物的藍水足跡時，除田間蒸發的灌溉水 量外，尚包括儲水設施（例如水庫）的蒸發量， 以及輸送藍水時的蒸發量 。 農作物水足跡估算 除蒸發量外，估算水足跡亦需加上成為農產品或林產 品之一部分的水量。 此部分可以收成後農產品或產品的水分比例加以估算， 例如水果含水量為80-90%，蔬菜為90-95%。 農 產 品 中 綠 水 和 藍 水 比 例 可 以 假 設 與 CWUgreen 和 CWUblue的比例相同。 加上此部分水量對水足跡大小不會有太大影響，因為 成為作物一部分的水量約為蒸發水量的0.1%-1%。 產品水足跡估算 產品水足跡定義為製造產品過程中直接和間接的所有 淡水用水量。 產品水足跡估算產品生產鏈所有過程的耗水量和污染 量，各種產品（可能由農業、工業和服務業等不同產 業生產）計算水足跡的步驟皆類似。 產品水足跡亦包括藍水足跡、綠水足跡和灰水足跡， 產 品 水 足 跡 有 時 又 稱 虛 擬 水 內 涵 （ virtual-water content），唯後者之定義較為狹隘。 產品水足跡估算 估算產品水足跡必須先瞭解生產該產品的方 法，亦即必須先瞭解生產系統。 生產系統包含連續的生產步驟，以棉質襯衫 為例，生產系統由種植棉花、採收、軋棉、 梳整、紡織、漂白、染色、印花、修整等步 驟構成。 產品水足跡估算 估計產品水足跡時必須先將生產系統解構為有連續性 的生產步驟，尤其是深入分析時更需以時空細部資料 解析各步驟，如此才能追溯產品投入的原產地。 以前述棉質襯衫而言，棉花可能是在中國生產，製造 可能是在馬來西亞，消費可能是在歐洲。 各地生產環境和製程特性皆不相同，故生產地點會影 響水足跡的大小和顏色。 產品水足跡估算 計算產品水足跡有兩種方法：（一）鏈加總法（the chain-summation approach）；（二）階段累積法（the step-wise accumulative approach） 。 鏈加總法：此種方法較簡單卻僅能用於單一產品的生 產系統，加總各流程的水足跡即可得到產品水足跡。 階段累積法：為生產某產品前一階段所需的投入產品 （或稱為中間投入）之水足跡和該產品本身生產階段 水足跡之和。 產品水足跡估算-鏈加總法 WFproc[1] WFproc[2] 製程 s = 1 製程 s = 2 製程 s = 3 製程 s = 4 WFproc[3] WFproc[4] 製程 s = k WFproc[k] 生產系統流程步驟解構圖 (Water Footprint Manual, 2009) P[p] 產品水足跡估算-階段累積法 產出產品 投入產品 WFproc[1] 投入產品 i=1 WFproc[2] 投入產品 i=2 產出產品 p=1 產出產品 p=2 WFproc WFproc[m] 投入產品 i=y 產出產品 p=z 生產系統之各項投入解構圖 (Water Footprint Manual, 2009) 敬請指教 周嫦娥 [email protected]