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2012 年 02 月 16 日 / ctkuo

糧食、能源、水(四) - 水資源

作者:楊卓儒/編輯:歐陽孚、郭致廷

《前言》

提到生質能源與其他產業的資源競爭,許多人首先想到能源作物會與糧食競爭土地。但是除此之外,種植能源作物與生產生質能源的精煉廠都會使用大量的水資源,對於農業與工業用水造成很大的影響。近幾年,這個議題吸引許多專家的注意與討論,可以說,水資源管理對於生質能源產業的發展佔有關鍵的地位,水資源的短缺是個嚴重的問題。現代社會進步的自來水系統讓人們打開水龍頭就可以得到日常用水。然而這樣便利的系統讓人們遺忘了『水』是多麼珍貴的自然資源而缺乏節省的觀念。現代人對水的依賴程度仍然與千百年前的祖先們相同,但由於工業、農業等各類用水都出現了大幅度的成長,我們現在正以極快的速度消耗地球上可用的水資源。居住在台灣的各位可能無法相信,縱使我們平均每年都有2000多毫米的降雨量,台灣仍然是世界排名第十八的缺水地區。台灣尚且如此,現在,地球上正有將近1/3的人生活在缺水的地區,而根據聯合國教育科學與文化組織於2009年3月所發布的世界水資源開發報告(World Water Development Report, WWDR)(註1):2030年,估計世界上將有47%的人口居住在用水高度緊張的地區。2030年距離現在也只剩下18年而已,可以說在不久的將來,『無水可用』不僅僅是惡夢,而有很大的可能變成現實。在危機如此迫切的情形下,水資源短缺這項事實卻相對較少受到關注。這篇文章將從讓各位瞭解地球上總水量的分布情形以及水的循環開始,接著討論影響水資源供給的因素。

極度稀少的淡水資源

地球上的總水量大約是14億立方公里,這麼大的體積若是一個正立方體,單邊的長度大約是1,120公里,其長度大約是台灣本島南北縱長的2.8倍。然而這麼多的水量中,除去海水所佔的95%,其餘的淡水資源(約3,600萬立方公里)尚須扣除難以利用的南北極冰山及高山的冰雪,其餘才是方便人們取用的湖水、河水及地下水,不到總水量的1.5%。

稀少的淡水資源
圖片來源

如下圖所示,中小學地理課本上提到水可以經由水文循環持續被利用。所謂的水文循環是:水蒸發到大氣層形成水氣,當水氣飽和會進一步形成雲層,雲層遇冷後會凝結成為降雨滲透地面形成地下水,再進一步成為地表水(河川與湖泊),最終供人使用。地表水遇熱再度蒸發至大氣層,開始新的一輪循環。水循環的週期依水體不同而有所不同,大氣中的水更新週期大約是8~9天。(註2)然而,聯合國資深水資源顧問Maude Barlow與Tony Clarke合著的水資源戰爭(Blue Gold: The Fight to Stop the Corporate Theft of the World’s Water)一書提到,全球只有34,000立方公里的雨水可以通過地下水及河流重新進入循環,而這不到總水量的0.024%。

在資源總量本就稀少的情況下,淡水資源的分佈並不是平均地分佈在全世界,會根據地理條件有不同的分佈情形(請參考下圖)。舉例來說,20%的淡水資源分佈於亞馬遜河流域,但整個澳洲卻只佔了1%。

簡而言之,淡水資源具有稀少但不可或缺、分佈不均且難以替代的特性。在未來,當人們對於水需求得不到基本的滿足,水資源的爭奪勢必引起爭端,地區間的衝突也將難以避免。我們可以說,眼下的水資源問題並不只是單一國家或是單一地區的問題,而是全球性的資源管理危機。

影響水資源供給的因素

人口成長是衝擊水資源管理的首要因素。2025年,世界上的五大爭水『熱點』(鹹海地區、恆河流域、約旦河流域、尼羅河流域以及底格里斯河-幼發拉底河流域)的人口預計將有45%-75%的成長。聯合國糧農組織認為世界農產必須要持續增加才能夠趕上人口成長的速度,而隨著農產品產量的增加,農業所需的灌溉用水必然將大幅上升。另一方面,隨著現代衛生系統的發展,民生用水有許多浪費之處仍待改進。舉例而言,一般抽水馬桶沖一次水大約需要消耗13公升的水,仍有改善的空間。另外,城市的自來水系統在管線品質不良的情況下,在輸送的過程中會白白洩漏掉可觀的水資源。以台灣為例,由於文氏管老舊(註3),至2010年底為台灣自來水漏水率高達20.51%,高於世界平均的18%。

人口成長同時影響能源的消耗,而能源更是水資源消耗的大宗。如上圖,美國地質調查局(United States Geological Survey, USGS)提供的2005年美國每日用水分佈圖顯示,一天合計410,600百萬加侖的水中,有201,000百萬加侖用於熱電(Thermoeletric),相當於48.9%的水都用於能源供給。除了現行的火力電廠及核能電廠之外,我們在系列專欄中及之前的文章都有提到,再生能源同樣會消耗水資源。以生質燃料為例,種植能源作物所需要的灌溉用水及製造過程中的用水相當驚人。下圖是生質乙醇和其他燃料車輛每跑100英哩需消耗水量的比較,與其他燃料相比,生質燃料所消耗的水量大約是18~886倍不等。許多專家認為生質能源發展應著重於農業或都市廢棄物的處理,藉由廢棄物處理過程中獲取生質燃料。例如我們之前提過的“廢棄稻稈變燃料 綠能柴油車上路”或是“利用藻類淨化農業廢水的新系統”都是結合廢棄物處理及生質燃料生產的例子。利用廢棄物轉化為生質燃料雖然仍需在製程中消耗水資源,卻不需要消耗灌溉用水,大大降低整個生產生質燃料過程中所需的水資源總量

農業用水增加除了受到人口成長的影響而增加之外,生產型態的轉變也是農業用水成長的因素之一。在拉丁美洲與亞洲,過去小而精的農業逐漸被以出口為導向的農業企業化經營所取代。這種生產方式需要大量的灌溉用水,進而加速水資源的消耗。除了『量』,大規模的農業生產也影響了水資源的『質』-生產時所施用的肥料與農藥滲進土壤污染了地下水、湖泊與河川,讓水資源系統愈來愈脆弱。水資源的另一個污染源是工業廢水中的有毒溶劑和有機物。Maude Barlow與Tony Clarke在書中指出,電子業等高科技產業並不如想像中的『乾淨』,美國環保數的『有害污染源』名單中,位於矽谷的公司比美國其他地區都還要多,矽谷同時有超過150處的地下水源,可能都與高科技生產有關係。

除了上述原因,都市化、森林的濫墾濫伐與水庫水壩的興建也會減少全球的淡水總量,這類情形稱為地表的『硬殼化』。一開始我們在水文循環中提到,水蒸發到大氣中遇冷會形成雨落到地面。當雨水落到森林、草地或是農田裡時,容易被吸進土讓,繼續參與自然的水循環。反之,當雨落在公路表面或是水泥建築物上時,它將無法循上述途徑,而是另外經過其他方式歸入海洋。這意味著地表水的減少,當然蒸發量也隨之減少,進而影響內陸國家的降雨量。

《小結》

總結以上,水資源的『質』與『量』除了是維持民生及經濟的命脈之外,事實上也是確保國家安全的首要課題。稍早有提到台灣在缺水排行榜上名列世界第十八,但環顧四周,『節約用水』仍然只是口號而缺乏實際作為。以台北市為例,台北市每人每日的用水量達342公升,比新加坡、首爾、大阪甚至東京都還要高,這或許與台灣水價相對低廉有些關係(註4),但我認為這顯示國人沒有節約資源的自覺。雖然是老生常談,仍然期待讀者在閱讀完這篇文章後,能夠重新省視自己在生活中對於自然資源的態度。最後,文中提到的水資源戰爭(Blue Gold: The Fight to Stop the Corporate Theft of the World’s Water)這本書在2008年有被翻拍成紀錄片,台灣的譯名是《水資源大作戰》,點這裡可以看到此紀錄片的預告。


註1. 聯合國教育科學與文化組織的全名是United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO。文中提到的世界水資源開發報告是該組織每三年針對全球淡水資源進行評估的報告,相當具有權威性。最近的一份報告於2009年3月提出。

註2. 各種淡水的更新週期差異非常大,文中提到大氣中的水循環週期約是8-9天,但其他淡水資源如河流則是16天、湖泊更是長達17年。更多的資訊請參考這裡

註3. 漏水率數字偏高除了供水管線老舊之外,文氏管老舊也是原因之一。文氏管是測量出水量的流量計,老舊的文氏管可能會高估出水數字進而影響漏水率的評估。事實上,世界主要大城市都已經不使用這類流量計,更多資訊請參考這裡

註4. 國際衛生組織認為水價應該佔家庭開銷的2~4%,在台灣,水價僅佔家庭開銷的0.23%,此數據顯示台灣的水價較各國明顯有偏低的現象。更多的資訊請參考這裡

相關文章:

糧食、能源、水(一) 序論
糧食、能源、水(二) - 糧食危機(上)
糧食、能源、水(三) - 糧食危機(下)
糧食、能源、水(五) - 結語

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