DOI: https://doi.org/10.1111/jiec.70023
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42052578
تاريخ النشر: 2025-04-11
المؤلف: Georg Seitfudem وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأثر البيئي والاستدامة
نظرة عامة
مجموعة العمل الخاصة باستخدام المياه في تقييم دورة الحياة (WULCA)، المدعومة من مبادرة دورة الحياة، قد أصدرت AWARE2.0، وهي طريقة محدثة لتقييم تأثيرات ندرة المياه، مبنية على إطار AWARE الأصلي الذي نُشر في عام 2018. تتضمن هذه المراجعة بيانات جديدة وعملية حساب محسّنة، باستخدام النموذج الهيدرولوجي العالمي WaterGAP2.2e لنمذجة توفر المياه من 1990 إلى 2019 واستهلاك المياه العالمي في 2019. تقدم AWARE2.0 حسابات مصقولة لدلتا الأنهار، والمصارف الداخلية، وحوض الأنهار المقسمة، مما يحسن تمثيل مناطق الأحواض واستجابة متطلبات المياه البيئية لأنماط التدفق الموسمية. من الجدير بالذكر أن أكثر من نصف جرد استهلاك المياه مرتبط بعوامل التوصيف (CFs) التي تغيرت بأكثر من 10%، مع تعرض بعض الأحواض لتغيرات في CFs بمقدار مرتين.
تقدم التحديثات عوامل CF لتقييم تأثير دورة الحياة (LCIA) محسّنة منهجياً ومحدثة زمنياً لإمكانات حرمان المياه عبر 9406 حوضاً وأكثر من 200 دولة، متاحة على كل من الأساس الشهري والسنوي. تشير AWARE2.0 بشكل عام إلى توفر مياه أعلى في العديد من الأحواض، مما يؤدي إلى انخفاض CFs مقارنة بالطريقة الأصلية. تؤثر القرارات المنهجية، مثل التغطية الزمنية وانتقال التأثيرات من الأحواض العليا إلى الأحواض السفلى، بشكل كبير على CFs. يعالج هذا التحديث دعوات الصناعة والممارسين لإجراء مراجعات في الوقت المناسب لـ AWARE ويؤيده المؤلفون الأصليون، مما يعزز الاتساق المنهجي، والملاءمة الزمنية، وشفافية البيانات لتقييم تأثيرات استخدام المياه الإقليمية في سلاسل الإمداد العالمية. البيانات والموارد التكميلية المتعلقة بـ AWARE2.0 متاحة للجمهور، مما يسهل المزيد من البحث والتطبيق.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة أهمية تقييم دورة الحياة (LCA) في تقييم التأثيرات البيئية للمنتجات والأنظمة، خاصة في سياق القلق العالمي المتزايد بشأن ندرة المياه. تؤكد على ضرورة أن تتضمن منهجيات LCA تقييمات لتأثيرات توفر المياه، كما أبرزت العديد من الدراسات (Rosenbaum et al., 2018; He et al., 2021; Bulle et al., 2019; Kounina et al., 2013). لمعالجة ذلك، تم تطوير عدة طرق لتوصيف المستوى الوسيط، culminating في جهد مدفوع بالإجماع بقيادة مبادرة دورة الحياة التابعة لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة-SETAC، التي أوصت بطريقة المياه المتاحة المتبقية (AWARE).
تقوم طريقة AWARE بتوصيف أحواض المياه بناءً على التأثيرات المحتملة لاستهلاك المياه المحلي على المستخدمين الآخرين، حيث تحسب مؤشراً يعكس توفر المياه المتبقية بعد تلبية احتياجات البشر والنظم البيئية. يتم وضع هذا المؤشر في سياق مساحة الحوض ومقارنته بمقاييس استهلاك المياه المتوسطة، مما يؤدي إلى عوامل توصيف (CFs) محددة حسب الحوض والشهر. استخدمت الطريقة الأصلية AWARE نسخة مبكرة من النموذج الهيدرولوجي العالمي WaterGAP2.2، مع انتهاء تغطية البيانات في عام 2010. تقدم الورقة AWARE2.0، وهي نسخة محدثة تعزز الطريقة الأصلية من خلال تحسين التنفيذ المفاهيمي، وتناسق البيانات، والملاءمة الزمنية، مع الحفاظ على التوافق مع AWARE. ستقوم الأقسام التالية بإعادة زيارة عملية حساب AWARE وتلخيص الأدبيات ذات الصلة حول الموضوع.
طرق
تحدد قسم الطرق تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجاً كمياً، حيث استخدموا طرقاً إحصائية لتحليل البيانات المجمعة من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة استخدام مجموعات التحكم، والعشوائية، والتعمية لتقليل التحيز وضمان موثوقية النتائج.
تم تحليل البيانات باستخدام برامج إحصائية مناسبة، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. استخدمت الدراسة اختبارات إحصائية متنوعة، بما في ذلك اختبارات t وANOVA، لمقارنة المتوسطات عبر مجموعات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل الانحدار لاستكشاف العلاقات بين المتغيرات، مما يسمح بفهم شامل للأنماط الأساسية في البيانات. بشكل عام، كانت الدقة المنهجية تهدف إلى تعزيز صلاحية النتائج وقابليتها للتكرار.
نتائج
توضح النتائج المعروضة في الشكل 2 المتوسط الحسابي السنوي لعوامل المناخ AWARE2.0 (CFs)، حيث تم حساب المتوسط لعالم AMD عند 0.02410 م³/m²/شهر (انظر الجدول 3). ينتج نموذج AWARE2.0 متوسط AMD قدره 0.0335 م³/m²/شهر، وهو زيادة عن متوسط نموذج AWARE البالغ 0.0220 م³/m²/شهر. من الجدير بالذكر أن القيم القصوى لـ AMD تختلف بشكل كبير، حيث أبلغت AWARE عن 32.43 م³/m²/شهر مقارنة بـ 4.15 م³/m²/شهر في AWARE2.0.
يكشف التحليل الإضافي أن إجمالي محتوى المياه المتاحة (ActAvail) أعلى قليلاً في AWARE2.0 عند 79.73 × 10³ كم³، مقارنة بـ 77.84 × 10³ كم³ في AWARE. قيم CF الوسيطة هي 2.09 م³ مكافئ عالمي/م³ لـ AWARE2.0 و2.64 م³ مكافئ عالمي/م³ لـ AWARE. بالإضافة إلى ذلك، تظهر CFs الموزونة انخفاضاً من 43.11 م³ مكافئ عالمي/م³ في AWARE إلى 35.78 م³ مكافئ عالمي/م³ في AWARE2.0. كما تم تقليل إجمالي محتوى المياه الهيدرولوجية (HWC) في AWARE2.0، مع قيم تبلغ 1.51 × 10³ كم³ مقارنة بـ 1.67 × 10³ كم³ في AWARE، ويعزى ذلك إلى استخدام aHWC بدلاً من pHWC في النموذج الأخير.
نقاش
تركز طريقة AWARE، كما أوضح Boulay et al. (2018)، على تقييم توفر المياه من خلال حساب التوفر ناقص الطلب (AMD) لأحواض معينة وشهور محددة. تتضمن الطريقة توفر المياه الفعلي (ActAvail) ومتطلبات المياه البيئية (EWR)، حيث يتم اشتقاق الأخيرة من طريقة التدفق الشهري المتغير (VMF). تعزز النسخة المحدثة AWARE2.0 الإطار الأصلي من خلال تحسين بيانات الإدخال، وتحسين العمليات الحسابية، ودمج بيانات هيدرولوجية حديثة. تشمل التحسينات الرئيسية فترة مرجعية معدلة (1990-2019)، وتمثيل أفضل لمناطق الأحواض، وحساب أكثر دقة لـ EWR، والتي تهدف مجتمعة إلى عكس التغيرات المعاصرة في توفر المياه واستهلاكها.
أدى استقبال طريقة AWARE ضمن إطار تقييم تأثير دورة الحياة (LCIA) إلى تطبيقها عبر قطاعات مختلفة، بما في ذلك الزراعة وإنتاج الكهرباء. تهدف AWARE2.0 إلى الحفاظ على المبادئ الأساسية للطريقة الأصلية مع معالجة القيود التي تم تحديدها في النسخ السابقة. يكشف تحليل AWARE2.0 أن التعديلات على النموذج تؤثر بشكل كبير على تأثيرات استهلاك المياه المحسوبة، مع ظهور التغييرات الأكثر وضوحاً من فترة المرجعية المحدثة وتمثيل مناطق الأحواض. تؤكد النتائج على أهمية التغطية الزمنية في تقييم ندرة المياه بدقة وتأثيراتها على تقييمات دورة الحياة، كما يتضح من الزيادات الملحوظة في CFs المرتبطة بانخفاض توفر المياه في العديد من المناطق.
DOI: https://doi.org/10.1111/jiec.70023
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42052578
Publication Date: 2025-04-11
Author(s): Georg Seitfudem et al.
Primary Topic: Environmental Impact and Sustainability
Overview
The Water Use in Life Cycle Assessment (WULCA) working group, supported by the Life Cycle Initiative, has released AWARE2.0, an updated method for assessing water scarcity impacts, building on the original AWARE framework published in 2018. This revision incorporates new data and an enhanced calculation process, utilizing the global hydrological model WaterGAP2.2e to model water availability from 1990 to 2019 and global water consumption in 2019. AWARE2.0 offers refined calculations for river deltas, inland sinks, and subdivided river basins, improving the representation of basin areas and the responsiveness of environmental water requirements to seasonal flow patterns. Notably, over half of the water consumption inventory is linked to characterization factors (CFs) that have changed by more than 10%, with some basins experiencing shifts in CFs by two orders of magnitude.
The update provides methodologically refined and temporally updated life cycle impact assessment (LCIA) CFs for water deprivation potential across 9406 basins and over 200 countries, available at both monthly and annual resolutions. AWARE2.0 generally indicates higher water availability in numerous basins, leading to lower CFs compared to the original method. Methodological decisions, such as temporal coverage and the propagation of impacts from upstream to downstream subbasins, significantly influence CFs. This update addresses industry and practitioner calls for timely revisions of AWARE and is endorsed by the original authors, enhancing methodological consistency, timeliness, and data transparency for assessing regionalized water use impacts in global supply chains. The supplementary data and resources related to AWARE2.0 are publicly accessible, facilitating further research and application.
Introduction
The introduction of the paper discusses the significance of life cycle assessment (LCA) in evaluating the environmental impacts of products and systems, particularly in the context of increasing global concerns regarding water scarcity. It emphasizes the necessity for LCA methodologies to incorporate assessments of water availability impacts, as highlighted by various studies (Rosenbaum et al., 2018; He et al., 2021; Bulle et al., 2019; Kounina et al., 2013). To address this, multiple midpoint-level characterization methods have been developed, culminating in a consensus-driven effort led by the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative, which recommended the Available Water Remaining (AWARE) method.
The AWARE method characterizes watersheds based on the potential impacts of local water consumption on other users, calculating an indicator that reflects the remaining water availability after meeting the needs of humans and ecosystems. This indicator is contextualized by the basin’s area and compared to average water consumption metrics, resulting in basin- and month-specific characterization factors (CFs). The original AWARE method utilized an early version of the global hydrological model WaterGAP2.2, with data coverage concluding in 2010. The paper introduces AWARE2.0, an updated version that enhances the original method through improved conceptual implementation, data consistency, and timeliness, while maintaining alignment with AWARE. Subsequent sections will revisit the AWARE calculation process and summarize relevant literature on the topic.
Methods
The Methods section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical methods to analyze the data collected from various experiments. Specific methodologies included the use of control groups, randomization, and blinding to minimize bias and ensure the reliability of results.
Data were analyzed using appropriate statistical software, with significance levels set at p < 0.05. The study employed various statistical tests, including t-tests and ANOVA, to compare means across different groups. Additionally, regression analysis was conducted to explore relationships between variables, allowing for a comprehensive understanding of the underlying patterns in the data. Overall, the methodological rigor aimed to enhance the validity and reproducibility of the findings.
Results
The results presented in Figure 2 illustrate the annual arithmetic average of the AWARE2.0 Climate Factors (CFs), with the average for the AMD world calculated at 0.02410 m³/m²/month (refer to Table 3). The AWARE2.0 model yields an average AMD of 0.0335 m³/m²/month, which is an increase from the AWARE model’s average of 0.0220 m³/m²/month. Notably, the maximum AMD values differ significantly, with AWARE reporting 32.43 m³/m²/month compared to AWARE2.0’s 4.15 m³/m²/month.
Further analysis reveals that the total available water content (ActAvail) is slightly higher in AWARE2.0 at 79.73 x 10³ km³, compared to AWARE’s 77.84 x 10³ km³. The median CF values are 2.09 m³ world-equivalent/m³ for AWARE2.0 and 2.64 m³ world-equivalent/m³ for AWARE. Additionally, the weighted CFs show a decrease from 43.11 m³ world-equivalent/m³ in AWARE to 35.78 m³ world-equivalent/m³ in AWARE2.0. The total hydrological water content (HWC) is also reduced in AWARE2.0, with values of 1.51 x 10³ km³ compared to 1.67 x 10³ km³ in AWARE, attributed to the use of aHWC instead of pHWC in the latter model.
Discussion
The AWARE method, as detailed by Boulay et al. (2018), focuses on assessing water availability through the calculation of Availability minus Demand (AMD) for specific basins and months. The method incorporates actual water availability (ActAvail) and environmental water requirements (EWR), with the latter derived from the variable monthly flow (VMF) method. The updated AWARE2.0 version enhances the original framework by refining input data, improving computational processes, and incorporating recent hydrological data. Key improvements include a revised reference period (1990-2019), better representation of basin areas, and a more accurate calculation of EWR, which collectively aim to reflect contemporary changes in water availability and consumption.
The reception of the AWARE method within the life cycle impact assessment (LCIA) framework has led to its application across various sectors, including agriculture and electricity production. AWARE2.0 aims to maintain the foundational principles of the original method while addressing limitations identified in earlier iterations. The analysis of AWARE2.0 reveals that adjustments to the model significantly influence the calculated water consumption impacts, with the most notable changes arising from the updated reference period and the representation of basin areas. The findings underscore the importance of temporal coverage in accurately assessing water scarcity and its implications for life cycle assessments, as evidenced by the observed increases in CFs linked to declining water availability in many regions.