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台積電神救援!智慧灌溉支援70歲掌水工 手機取代摩托車巡水

過去水庫放水到農田,掌水工須親自巡視、掌握關水門時機,如今用app即可精準操作。 (王建棟攝)
過去水庫放水到農田,掌水工須親自巡視、掌握關水門時機,如今用app即可精準操作。 (王建棟攝)

【文/林倖妃;圖片/王建棟攝】

2020年驚奇不斷,台灣躲得過病毒,卻躲不過大旱。為精進灌溉系統,水利署在嘉南平原實驗智慧灌溉,利用雲端資料庫搜集數據,並以智慧監控協助掌水工控制供水。這背後,是護國神山台積電的神救援,研發設備降低成本。

牆上的螢幕是星羅棋布的農田,藍色和紅色的線交錯橫陳,間或有藍、黃色的標記閃亮著;右下方說明羅列出閘門、分水設備、給水路水位高度正常等等一長串。

「我每天只要看這個,就知道目前的供水狀況是否正常,」嘉南農田水利會隆田工作站站長陳艷星指著螢幕。他和工作站內的掌水工手機都下載app,一旦出現紅色訊號警告水路的水太多,兩個動作即可遠端操控關閘門。

一支手機、一台電腦,顛覆嘉南大圳百年來的灌溉方式。水利署從2016年開始在嘉南農田水利會下的隆田工作站,進行為期4年的「精進灌溉節水管理技術計劃」,透過裝設控制設備、感測元件、無限傳輸等加強灌溉管理制度,背後最重要的參與者是「護國神山」台積電神救援。

水資源「守門人」防搶水、溢流

1920年日本工程師八田與一設計的嘉南大圳和烏山頭水庫,大幅改善供水系統,滋潤了雙期作耕地面積超過6.2萬公頃的嘉南平原,成為台灣的最大穀倉,百年來始終維持一套複雜而有效率的灌溉模式。

烏山頭水庫支撐著嘉南平原。 (王建棟攝)
烏山頭水庫支撐著嘉南平原。 (王建棟攝)

水從烏山頭水庫送出後,從導水路、幹線、支線、分線到各區域,再透過中給、小給水路到農田,散布在嘉南平原的渠道和給水路、排水路加起來高達1.8萬公里。各區域農田以每150公頃為一個灌溉單位,成為一個水利小組,每小組又分為3個小區輪流灌溉,並由3個掌水工巡視掌控水量。

在枯水時期,嘉南平原的掌水工是水資源「守門人」。初見在農田間穿梭50年的王仁義,「我是黑人義,」皮膚黝黑的他,露出雪白的牙齒自我介紹。

阿義擔任掌水工10多年,每年兩期稻作,一期從1月到5月、二期從7月到10月底,「只要水庫的水放出來,我就開始忙,」他說,掌水工每天要出門去巡水路,發現垃圾或樹枝等雜物要先清除,以方便水流通過。

當水庫水從渠道到農田區域,掌水工要依據灌溉計劃,以手工設擋水板將水引導到計劃順序該前往的方向,確保所有農田都能獲得水源灌溉;而當水流通過時,還要去打開田坵間的塑膠塞子,以便水分流順利流進田間。

工作看似簡單,卻耗損體力和精神,掌水工平時須騎著摩托車四處巡視,因為沒水時,農民會搶水,而水太多時造成溢流,則要趕快關閘門以免浪費,「有時颱風天或是晚上發生狀況,掌水工也要出去關水門,發生意外的機率相當高,」站長陳艷星在工作站負責指揮監督和管理。

拚節水,今年二期稻作撐到收割

今年的二期稻作種植期間,嘉南平原降雨量偏低卻能撐到收割,除水利署和嘉南農田水利會合作,加強灌溉管理外,掌水工居功厥偉。水利署南區水資局經管課課長許秀真說,今年因為雨量多下在平地,水利會只要一下雨就請掌水工到處巡視並關水門,以減少水庫出水量,結算下來省了超過9千萬噸水量,相當於一座南化水庫。

隨著掌水工老化,科技導入已是勢在必行。嘉南農田水利會的1300位掌水工,平均年齡為70歲,而看似綿密的灌溉體系,也因為掌水工一人要管控50公頃,還要照顧自己的農田,要到現場經常緩不濟急,要達到最大節水效用仍有時間差。

「農田灌溉系統若可以自動化、智慧化,結合數據回傳平台,就可以輕易知道哪些地方浪費水、或是灌溉不平均,」許秀真說。

掌水工只要一機在手,可以按照系統指令遙控閘門,同時經過長期監控搜集數據,電腦演算後根據降雨量和風向、濕度等,得知每一時期的需水量,作為決策參考。

在烈日豔陽下,《天下》記者跟著陳艷星來到農田灌區,綠漆上寫著白色字樣「中脇小給」的水路,有著藍色的龍頭,周圍纏繞鏽蝕斑駁的鐵鏈條,「過去要人親自到這邊開關水門,因為常有人來偷水,還要用鏈條上鎖,」他說。

水門須由人親自開關,還要防止被偷水。 (王建棟攝)
水門須由人親自開關,還要防止被偷水。 (王建棟攝)

為實驗智慧灌溉的可能,水利署委託廠商研發電動水門,笨重的不鏽鋼板配上太陽能板,旁邊還配上兩顆類似汽車用電池,「這樣一套設備至少要46萬元,且體積相當龐大,」水源經營組副組長葉俊明說,台積電派出經理層級配合計劃,「台積電完全是為了幫助國家,我們提出需求,他們就去研發。」

台積電依照專業,提議水門開關時間若從原有的1分鐘延長到30分鐘,耗電量可大為降低,馬達和太陽能板的大小都能跟著縮減。新型的水門外觀輕巧,上面頂著比陽傘還小的太陽能板即可供電,成本只有原來的一半,而新一代水門更裝上感測器測溫度、濕度和風向。

除智慧水門之外,以直立滑動式水門的分水設備,取代掌水工導流分水用的擋水板,以坵塊取水設備取代田坵間的塑膠塞子,以及協助掌水工巡田,監控水流量的流出監測設備等,都是台積電的研發成果。

農田裝上千里眼,顛覆百年灌溉系統

接受委託的中華電信則利用聯網監控設備,搜集田間水路流量、坵塊供灌水量、區域氣象等資料,建立資料庫及雲端管理平台。「猶如在農田間裝上千里眼,站長透過雲端觀測確認供水狀況,必要時關閉水門,掌水工也不用騎著摩托車到處巡視,」許秀真說。

智慧灌溉成為工作站和掌水工的最佳幫手。「現在真的輕鬆很多,按一按就可以控制出水,」王仁義拿出手機隨指一點,隨即跳出頁面,偌大的字體寫著「閘門控制」,有開、關、停三種選擇,還有「閘門設定開度」,從此手機取代摩托車,人也跟著更有智慧,再也不用騎車一小時去找水門。

台灣最大穀倉嘉南平原,正在實現傳統產業的科技精進。 (王建棟攝)
台灣最大穀倉嘉南平原,正在實現傳統產業的科技精進。 (王建棟攝)

陳艷星說,所有的軟體都是隨著使用和管理而不斷做調整,現在從電腦螢幕即可知道哪裡出問題、掌水工是否及時處理,掌水工也可以控制自己區域的用水狀況,未來如果農田都有「精進灌溉系統」,更可以確保他們的人身安全,也降低管理人員的壓力。

然而智慧化節水,成本並不低。經過4年的實驗,如果從水門到田間監測系統完全布建,葉俊明說明實驗結果,預期平均可以節水5%到10%,但因成本過高,下一階段將只針對高效益的水路布建水門,一期稻作可節省3%,二期稻作可以到6%,換算下來,每噸水的成本約10.5元,相當於現今自來水水價,未來可再降到6.1元。。

未來4年,在前瞻計劃中已經編列7900萬元,將從現今的100公頃擴增到隆田工作站所在的1300公頃,「因為掌水工的年紀愈來愈大,年輕人(接手)的意願也不高,這套系統未來效益會愈來愈好,填飽他們的空缺,」葉俊明說。

過去農業灌溉的滲漏率高,經常為人所詬病,但隨著旱象頻傳,水資源愈形珍貴,每一滴水都不能浪費,科技的引進顛覆百年灌溉系統,但會不會成為農田灌溉的未來?就看國家的方向和選擇。

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