撰文／郭芳慈 農業部農田水利署農田水利管理組副工程司
圖片提供／農業部農田水利署
隨著全球物聯網感測、雲端運算服務、大數據分析及人工智慧等科技發展，農業部農田水利署（以下簡稱農水署）持續建置圳路水位、流速、閘門開度及即時影像等監測設備，各管理處針對灌區特性因地制宜，透過結合物聯網及模擬演算等技術，提供遠端水閘門操作、埤塘蓄水建議、乾旱及暴雨預測等決策輔助資訊，配合即時影像、操作介面視覺化等技術，可掌握即時水情，並進一步將數據資料運算分析，有效運用各項監測資料。
臺灣河川大多坡陡流急，氣候因素使降雨時空分配不均，造成豐水期、枯水期明顯差異，水資源蓄存不易且調配困難。依據經濟部水利署各標的用水統計年報資料，臺灣取自水庫的灌溉用水不到一成，近九成主要來源取自水量不穩定的河川及壩堰。水源特性使灌溉用水長期在枯水期面臨挑戰。
近年臺灣因氣候變遷極端降雨事件增加，枯水期旱情加劇、豐水期澇災頻傳，既要兼顧糧食安全，且受其他用水標的競用及水資源失衡的重大問題影響，灌溉用水管理工作日漸困難且複雜。在水資源不足限制下，如何強化灌溉管理及用水效率，來降低缺水風險、提升農業灌溉用水調度韌性，為農水署重要關鍵課題。
導入新興科技技術 發展智慧灌溉管理
臺灣農田水利事業歷經數百年經營累積，擁有相當數量的取水、輸水等水利設施，農水署各管理處所營運的灌排圳路分布廣闊。過去灌溉配水管理多仰賴工作站管理人員、掌水工或協勤人員等以人工經驗判斷與操作，需騎車翻山越嶺前往現地操作水閘門啟閉，來往交通費時不易，若適逢雨天亦增加安全風險，且鐵製水閘門手動操作耗時又費力，對女性或年長灌溉管理人員有較大工作負擔。
為將水資源適時適量、有效率的輸送至農地，農水署持續導入新興科技，包含整合應用資通訊（ICT）、物聯網（IoT）、雲端運算（cloud computing）及人工智慧（artificial intelligence）等技術，依灌區不同特性建置及發展智慧灌溉管理技術，強化用水調度及防災應變能力，同時提供決策所需資訊。
農水署各管理處透過逐年設置水位－流量自動測報設施，掌握灌溉系統內重要取水及配水位置的水位、流量資訊；運用影像監視器（CCTV）取得即時影像，了解現地水閘門操作情形；藉由介接氣象單位及部分自設雨量計，了解灌區有效降雨量資訊；最後整合各項監測資訊，透過遠端遙控技術即時啟閉水閘門，有效減少工作站人員往返水閘門操作時間。相關成果應用於掌握灌溉用水即時動態、輔助灌溉用水調配，並於防汛期間監控重要排水路水位防災等業務，已有具體成效。
加強農業水資源調度 精進灌溉用水效率
近年農水署推動「水文自動測報暨閘門遠端控制」、「農業水資源智慧決策支援平台建置計畫」、「農業水資源精準管理科技決策支援體系之建構」及「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」等計畫，應用農田水利物聯網、大數據及雲端運算等技術，強化農業水資源風險管控。
以石門水庫灌區為例，農水署桃園管理處自1986年（桃園農田水利會時期）即規劃建置桃園大圳幹線灌溉管理自動化工程，並逐漸發展為網際網路（Internet）架構。歷經30多年來持續建置與精進，桃園及石門管理處已於所轄重要幹、支線及埤塘建置水位監測站，可即時掌握埤塘蓄水情形及渠道流量資訊，再透過異質性資料的整合及動態系統分析、類神經網路演算等方法，建立埤塘水量調配建議模式及動態分析管理平台，將埤塘與水庫串聯應用，石門水庫可根據埤塘蓄水情形機動調整放水量，提升農業灌溉用水調度韌性，並紓緩水庫供水壓力。
針對桃園灌區，農水署運用農業部農業試驗所提供的作物判釋圖資，建立水稻及其他作物的種植面積區位資訊，並採用區域灌溉水資源供需用水模擬技術，掌握石門水庫灌區灌溉用水需求；另一方面，以系統動力學研發最佳化灌溉配水模擬技術，建立灌溉水資源供需模擬模式，可快速分析桃園灌區於不同供灌範圍下面臨的缺水風險，以供灌溉管理人員於不同水文情境下決策參考。此外，透過智慧化灌溉配水模組、監控設備及水閘門遠端自動控制，可大幅縮短管理研判及水閘門操作時間，有效提升水資源運用效率。
縮短洪汛應變時間 提升防災整備效能力
為減輕洪澇水災對農田水利設施造成損害，農水署各管理處透過水文流量監測及水閘門遠端遙控等技術，及早針對降雨做出反應，可有效降低災害損失，確保農民生命財產的安全。
以農水署宜蘭管理處為例，為提升水閘門操作管理效率，宜蘭管理處以既有水文流量監控設施為基礎，於制水門及進水口設置簡易型閘控系統，灌溉管理人員可利用手機及無線網路，藉即時影像掌握現地水位與閘門狀況，再視管理需求遠端啟閉水閘門。如宜蘭五結百松地區的農田排水，於颱風或豪大雨時，常因下游平行水路（屬區域排水用途）水位高漲而無法正常排出，衍生積淹水災害。為解決此問題，宜蘭管理處於農田排水與平行水路匯流處，將既有百松2號抽水機加裝超音波水位計並設定水位警戒值，結合自動控制模組，當水位超過警戒值時即自動啟動抽水機，以機械動力協助渠道排水。
藉由整合自動感測設備、遠端遙控技術及影像監視器即時畫面，能減少灌溉管理人員親自前往現地操作設施的時間成本，有效提升颱風豪雨事件的反應效率，降低災害損失發生機率；同時亦可節省人力運用於支援其他工作，加強人員管理與協調的彈性，強化農田水利防災應變能力。
面對氣候變遷下極端天氣事件增加，如何善用智慧灌溉系統於旱澇時期採取即時、準確、省時及省力因應措施，為農田水利事業永續發展的重要任務。農水署將落實既有設備巡檢及維運作業，確保各項監測資料回傳及設備遠端操作順暢無虞；同時持續導入各項科技技術，因應灌區特性建置智慧灌溉系統，以強化農業水資源整體調配及防災韌性。
