研究成果

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農業尚愛水 (i-Water),智慧管理田水

(2017年度) 計畫編號:106農科-8.1.5-利-b1

摘要


本計畫106年度首先將盤點並規劃農業水土資源管理資料整合之分階段目標,完成今年度資料整合項目並據以發展決策與業務推動輔助資訊服務;其次,研析灌溉用水藏水於農功能可量化效益或強化推動之項目,並透過專家會議確立評估目標、方法與期程;同時,研擬並推動灌溉用水資料管理效能改善方案,強化各會乾旱預警與因應能力;另運用農業水土資源大數據發展灌溉用水智慧管理資訊服務,並研發可輔助乾旱應變及掌握灌溉用水供需情勢等決策參考功能;最後,發展智慧管理示範區選址評估機制,並配合農委會推動小地主大專業農或水資源高度競用區供水改善等重點政策,完成目標灌區示範區選址之可行性與節水、省工等效益評估。





目標
本計畫工作項目包括:建構農田水利大數據雲端平台、研發能強化灌溉用水「藏水於農」功能之科學化評估與規劃技術、提升農田水利會灌溉用水資料管理效能與抗災能力、研發符合區位特性之智慧灌溉管理方法及推動灌溉用水智慧管理示範區選址與規劃等五項。進一步研析計畫工作項目之內涵,可歸納本計畫係為一涵括技術研發、實務應用與大數據分析等工作之整合型科技計畫,並規劃以分年分期推動方式來逐步達成階段性目標,有別於一般具特定研發標的之農業科技計畫。為使本計畫之目標設定能更為明確且符合農委會施政需求,本研究團隊進一步探討各項計畫工作之對位關係以設定妥適之計畫整體與分年度目標。
計畫整體目標:
(一)規劃優化及整合農業水土資源管理相關資料機制,以確立大數據加值分析應用基礎。
(二)研發能強化灌溉用水藏水於農功能之科學化評估與規劃技術,以提升灌溉用水管理效能與價值。
(三)因應氣候變遷旱澇頻仍,精準掌握並整合灌溉用水供需情勢相關資訊,研發異常狀況預警機制以提升抗災能力。
(四)建構符合區位特性之智慧農業灌溉方法,規劃適時適地之灌溉用水管理技術,邁向提升用水效率及作物生產收益之雙贏局面。
(五)規劃推動農業水土資源智慧管理示範區,以量化評估灌溉用水智慧管理成效及滾動檢討相關方案。
計畫委託單位
農田水利處灌溉管理科
計畫執行單位
財團法人台灣水資源與農業研究院教育基金會
執行成果
  我國灌溉用水管理工作面臨氣候變遷、水資源豐枯日漸懸殊、糧食安全、其他用水標的競用等重大課題,致使灌溉用水管理工作日漸困難且複雜。所幸,我國擁有完善之灌溉排水設施及管理組織,若能積極研發智慧管理方法來輔助灌溉用水之管理與決策,將可有效提升各農田水利會之配水效能,擴大並穩定供水服務能量,降低農業及社會發展所面臨之缺水風險。農業委員會為積極因應我國農業灌溉用水管理工作所面臨之課題,遂透過本計畫之推動,辦理建構農田水利數據雲端平台、研發能強化灌溉用水「蓄水於農」功能評估技術、提升農田水利會灌溉用水資料管理效能、研發符合區位特性之智慧灌溉管理方法及推動灌溉用水智慧管理示範區等工作,以期能有效提升灌溉用水效率及抗災能力。
    本計畫係為一涵括政策規劃、技術研發、實務應用與數據分析等工作之整合型科技計畫,各項工作在規劃、協商、推動及調整等各個階段,皆須有一整體計畫之資源及研究人力支援,並透過擴大農田水利領域專家之參與,以凝聚各項工作方法之集體共識及實用價值,以迅速且正確地推動各項工作,確保計畫成效。為利各項工作核心成果能獲得各界之了解、應用與回饋,茲將重點工作成果摘要如下:
一、建構農田水利數據雲端平台:透過研析當前灌溉用水管理主要施政課題及政策方向,釐清推動灌溉用水智慧管理所需之水、土及作物資源相關資料項目及其建置現況。並透過10數場研商會議,完成作物申報、農業氣象、灌溉水權及水井地理資訊等4項資料之跨單位交流機制。同時採用PHP語言搭配JavaScript模組開發「農田水利雲端平台」來提供主動式決策輔助資訊服務,本年度完成整體框架新建、主視覺設計及至少7項功能之新增或升級,並已提出後續年度之分年開發規劃。
二、研發能強化灌溉用水「蓄水於農」功能評估技術:經由完整之研商與諮詢過程,定義「蓄水於農」為「透過農業灌溉系統之維護、興辦及科學化管理,有效利用並蓄存水資源以調豐濟枯,除滿足糧食生產需求外,更可增進水資源調配彈性以提升水使用效率」,並完成建構蓄水於農效能分級機制,及不同灌區之地下水補注效益評估。本評估方法可做為調蓄設施之地下水補注效益評估應用技術,提供農田水利會在強化灌區「蓄水於農」效益區位規劃之參考。同時,配合行政院因應產業供水政策,本工作針對北中南區之水資源競用灌區,包括北部桃園、中部苗栗及南部嘉南會等灌區,研析各項可行節水策略推動之評估規劃。經評估,若於缺水地區集約辦理水稻轉作,則至民國120年可節水約0.6億噸;辦理圳路改善並推動管路省水灌溉,至民國120年可再節水約0.7億噸,能有效強化我國灌溉用水蓄水於農之具體價值。然而,前述因地制宜所規劃之各項農業節水措施,係配合區域水源開發不及,宜在不涉及水權移轉之前提下推動,以避免引起農民反彈而影響成效。此外,各項農業節水方案之作法、影響程度與所需經費不同。若無法給予農民足夠誘因之節水獎勵,將嚴重影響政策推動成效,有必要針對各項節水策略所需經費,進行跨部會資源整合之研商。
三、提升農田水利會灌溉用水資料管理效能:依據不同農田水利會灌溉管理實務之特性差異,完成3個目標農田水利會(石門、雲林及嘉南會)之灌溉用水資料管理效能改善方案研擬,以及建立3個會之灌溉水情評估方法。經研析及驗證各項乾旱監測指標於國內農業灌溉用水水情評估之適用性,顯示採3個月尺度計算之SPI應可作為乾旱發生之早期預警指標,而水庫型灌區之農田水利會可再併以SRSI評判水資源乾旱情形;而河川型農田水利會則併以SSFI評判水文乾旱情形。再配合農田水利雲端平台開發相關運算與展示功能,包含降雨空間分佈、降雨豐枯分析、乾旱潛勢分析、水庫即時水情、水庫水位變化情形與水庫蓄水量模擬等6項功能系統頁面皆已建置完成,可提供兼具即時性、專業度與圖像化特性之灌區水情資訊服務,以逐步發展精進農業灌溉用水之乾旱預警決策輔助機制。
四、研發符合區位特性之智慧型灌溉管理方法:經由國際間智慧灌溉管理技術經驗之蒐集與研析,並透過5場智慧灌溉管理技術研析分享會議、2場智慧灌溉管理專家學者座談講座,分享智慧管理之推廣與運作實務經驗,期能強化公眾對灌溉用水智慧管理之理解,協助推展灌溉用水智慧管理方法之應用。而由密集研商與諮詢過程,定義「智慧管理」為「要能根據對環境的感知做出合理行動,以獲致最大效益的管理方式」,同時根據現階段已蒐集研析之國內外智慧灌溉管理方法、技術與實際應用經驗,完成撰擬灌溉用水智慧管理技術參考手冊(初稿),未來將透過專家諮詢會議與使用者之回饋,滾動檢討參考手冊之架構與內容。
五、推動灌溉用水智慧管理示範區系統規劃:本計畫工作配合行政院推動「前瞻基礎建設計畫」之「水資源物聯網」工作目標,密集與目標農田水利會召開水資源物聯網系統建置規劃會議,配合本工作項目所研提之智慧灌溉管理示範區選址機制進行灌區分析,必要時也進行現地勘查與瞭解,並協助辦理桃園、石門、新竹、嘉南及高雄農田水利會智慧灌溉管理系統之建置工作計畫,規劃基於水資源物聯網技術、感測資料、雲端運算及機器學習演算法來發展符合個別條埤圳系統特性之智慧管理模式,配合後續實作驗證以期能建構可推展至其他灌區之智慧管理應用技術。