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氣候變遷下農業灌溉水資源調適因應策略

文‧圖 / 農田水利處 鄭友誠

壹、前言:氣候變遷對農業灌溉用水的衝擊

  近年來全球受氣候變遷、國際物價上漲及人口增加之影響,對各區水資源及糧食市場造成衝擊,並引發國際對農業水資源及糧食安全之高度重視,我國亦推動節水灌溉及休耕地活化等措施,冀以增加國內糧食的生產。而農業灌溉水資源作為糧食生產的重要基礎,面對當前水資源開發瓶頸與各標的用水競用,加之氣候變遷加劇灌溉管理難度等挑戰,皆突顯提升灌溉用水效率與管理效能之重要性。

  然而臺灣在地形坡陡流急、降雨時空分布極度不均之天然條件限制下,水資源較不易蓄存利用。自民國 91 年以來,旱災頻傳,已辦理過 6 次大規模休耕停灌作業以因應乾旱。公告停灌對於農業經濟產生後遺症,停灌期間農民、代耕業者、農機業者、儲運業者及加工業者之工作權益皆深受影響,停灌補償造成財政的龐大負擔。此外,大面積停灌致水田無法維持其三生功能,亦導致渠道及河川水質因流量減少而變差,對於流經市區之水路的環境衛生及周邊生態造成嚴重破壞。

貳、臺灣農業水資源運用現況與困境

(一)農業用水特性

1. 農業水資源運用現況

  根據經濟部水利署 97-101 年用水統計資料,全臺年總用水量平均為 177.3 億噸,其中農業用水有 128.6 億噸(占 72.5% )、生活用水 32.8 億噸( 18.5% )、工業用水 15.9 億噸( 9.0% );而農業用水包含了灌溉用水 115.6 億噸、養殖用水 12.2 億噸及畜牧用水 0.8 億噸,如圖 1 所示。雖然農業灌溉用水量佔占總用水量的 65% ,但水源來自供水穩定之水庫僅占約 1 成, 8 成以上的水源為河川攔水,其受豐枯季節影響而極為不穩定,且部分區域水質不佳,因此除農業灌溉用外,實不易為民生與工業使用。

2. 灌溉用水特性

(1) 時間特性

  臺灣地區近十年平均降雨量約為 2,494mm (註釋 1 ),其中枯水期( 11-4 月)六個月內累積雨量約 584mm ,不到年雨量的四分之一;而豐水期( 5-10 月)則降下 1,910mm 雨量,為枯水期雨量的 3.3 倍,可見臺灣地區降雨時間分布極為不均,且越往南部枯豐差異越大。而灌溉用水主要取自天然河川,具有隨降雨豐枯情勢落差極不穩定之特性(如圖 2 )。

(2) 空間特性

  分析各農田水利會歷年供水滿足度(註釋 2 )(如圖 3 所示),顯示西部地區之灌溉供水滿足度普遍較東部為低,而東部地區因天然降雨降為豐沛且較無其他標的用水之需求,灌溉滿足度多高於 90% 。進一步探究區域水源之供水特性,水庫型灌區之用水因常須滿足多標的之用,農業灌溉用水常面臨其他標的用水需求競用壓力,故水庫型灌區之灌溉供水滿足度通常較河川型灌區低。由此顯示,臺灣西部多數灌區灌溉用水已相當吃緊,能夠再節約灌溉用水的空間恐已相當有限;東部及北海岸地區灌溉水量相當豐沛,具有移轉空間,惟對於西部平原之水資源調度並無幫助。

圖 1  各標的用水量
圖 1  各標的用水量

圖 2  各月實際用水量與降雨量分析
圖 2  各月實際用水量與降雨量分析

圖 3   各農田水利會灌溉滿足度分析示意圖
圖 3   各農田水利會灌溉滿足度分析示意圖

(二)灌溉用水管理所遭遇問題

1. 水資源調蓄設施不足

  臺灣年降雨量 980 億噸,然而因調蓄設施容量有限(如圖 4 ),約 600 億噸的水並未被貯留利用就直接流入海中,也就是 60% 以上的降雨量流失了。反觀氣候條件與臺灣相近的日本,在 1975 年即擁有 1,378 座水庫,總蓄水容量 134 億噸已達年用水量 850 億噸的 1/6 。即使如此,日本仍不曾停止或減少興建水庫,近 20 年來共竣工了 412 座水庫,增加了約 58.6 億噸的蓄水容量,總容量提高至總用水量的 1/3 ,傾全力為降低缺水風險而努力。

  臺灣目前大小水庫(含攔河堰)計有 96 座,有效容量 19 億噸,只占年用水量 177 億噸的 1/9 ,可見蓄水設施明顯不足,且近年鮮少再開發水資源,民國 82 年至今僅興建了寶山第二水庫、湖山水庫及些許攔河堰等,約增加蓄水容量 9,000 萬噸而已(如圖 5 )。

2. 農業灌溉用水時間與空間問題

  臺灣主要缺水地區為北部石門水庫及南部之曾文、烏山頭水庫為主,惟該地區亦為高度集中工業區,並因此匯集眾多人口及產業。近 20 年來已有 9 億噸農業灌溉用水移轉供民生及工業使用,每年剩餘灌溉水權量約 13 億噸,該水權量尚需灌溉桃園、石門及嘉南等 3 個農田水利會共 11.6 萬公頃農田,每公頃年平均灌溉水量仍只有 1.12 萬噸,遠低於臺灣農田年平均灌溉水量每公頃 3 萬噸,顯示該地區農業用水之不穩定性極高(詳表 1 )。

  目前全國 17 個農田水利會中,依賴河川引灌之東部(宜蘭、花蓮、台東)及北部(北基)等 4 個農田水利會,其年灌溉水量較為充裕,合計每年灌溉水量共 35 億噸,所灌溉面積為 5 萬 742 公頃,每公頃年平均灌溉水量達 6.89 萬噸,高於年平均水量 3 萬噸一倍有餘,此一區域之灌溉水量相對較為豐沛,具有移轉空間,惟各區域間因缺乏相互連通之輸水系統及蓄水設施,難以跨區域調度,對於西部平原之水資源調度並無幫助。

3. 提升糧食自給率所需之灌溉用水需求

  面對國際糧食供需情勢緊絀,農委會於 100 年召開全國糧食安全會議,針對國人主食稻米,將每年 5 月底安全存量提升至 40 萬公噸糙米量,並配合推動提振米食消費措施,適度活化休耕田地種植稻作,以提高國內自給率,為維持國民基本營養所需 2,000 大卡熱量之情況,及規劃國內生產最大化對策,將必須維持 132 萬期作公頃之作物生產。因此在國家用水零成長政策下,未來須保障低標灌溉用水量每年 106 億噸,以確保我國之糧食安全。

圖 4   河川逕流量與蓄水設施容量比較
圖 4   河川逕流量與蓄水設施容量比較

圖 5   臺灣與日本近 20 年新建水庫統計
圖 5   臺灣與日本近 20 年新建水庫統計

表 1  桃園、石門及嘉南農田水利會灌溉用水削減情形

水庫名稱 (相關水利會) 完工年份 (民國) 原有灌溉水權量 (億噸) 已移轉民生工業水量(億噸) 剩餘灌溉水權量 (億噸) 現有灌溉面積 (公頃)
石門(桃園、石門) 53 7.83 4.0 3.83 36,806
曾文、烏山頭 (嘉南) 63 14.4 5.4 9 79,458
合計 - 22.23 9.4 12.83 116,264

參、氣候變遷下我國農業灌溉水資源因應策略及具體措施

  臺灣逐步由農業社會邁入工商社會,農業環境大幅改變,加上氣候變遷影響,問題日趨複雜,而水資源有限,對於農業灌溉水資源政策必須適時調整並進行前瞻性之規劃。因此,針對農業灌溉水資源之因應策略主要可分為四個面向,包含農田水利設施更新改善、旱作管路灌溉、自動水文測報及灌溉系統、抗旱因應對策,透過此四面向來強化水資源利用及應用,以因應氣候變遷下水資源不穩定的境況。

(一)推動農田水利設施更新及改善

  灌溉用水自水源取水後,透過渠道引入農田灌溉,渠道的材質及狀態與輸水效率有明顯關聯性,輸水途中可能因渠道破損而有滲漏情形,因此辦理圳路更新改善工程,除維持設施功能外,更可有效降低輸水損失。農委會持續推動「加強農田水利建設計畫」,每年補助各農田水利會辦理約 300 公里之圳路更新改善,圳路經更新改善後每公里約可減少 7 萬立方公尺之輸漏水損失,每年節水量約可達 2,100 萬立方公尺。經統計近期 97 年至 103 年,灌溉圳路累計更新改善 2,468 公里,年節水量估計為 1.8 億噸。 (如圖 6 )

(二)推廣旱作管路灌溉設施

  為維護糧食安全與農業永續發展,透過推廣耐旱作物及研發高效用水灌溉等方式,有效節省灌溉用水量,滿足缺水地區之灌溉需求。農委會輔導農民施設省水、省工及兼具灌溉、施肥、施藥等多目標管路灌溉設施,每公頃可較傳統漫灌或溝灌方式有效節省 0.5 萬立方公尺的灌溉用水,同時降低生產成本,提高生產競爭能力,增進水土資源有效利用。農委會自民國 72 年起補助各農田水利會辦理「推廣旱作管路灌溉計畫」,截至 104 年底約已補助 4.5 萬公頃,總節水效益達 2.2 億噸。(如圖 7 )

(三)建置自動水文測報及灌溉系統

  現今水文監測技術已有長足進步,透過自動化測報系統可即時獲取灌溉區域降雨及水文資訊,再以遠端遙控方式來控制水門開閉,有效於枯旱時期提高灌溉區域管理效能,節省灌溉用水量及管理人力,在颱風豪雨期間亦能迅速反應以減低災損。

  農委會持續補助各農田水利會進行自動水文測報系統的建置與應用(如圖 8 ),如彰化農田水利會於莿仔埤圳建置自動化水文測報及閘門遙控設施,掌握灌溉區域水文情勢以調配灌溉用水,估計可節省 20% 之灌溉用水量。

(四)健全農田水利會抗旱應變機制

  如遇乾旱時期,灌溉水資源應用需更加謹慎,可因應缺水率情形來加強灌溉管理措施甚至實施停灌。為使各農田水利會於抗旱因應之灌溉管理操作上有所依據,農委會完成「農田水利會旱災災害防救手冊」(如圖 9 ),以健全農業灌溉用水抗旱應變機制,積極因應缺水風險。

圖 6  歷年( 97 - 103 )累計更新改善構造物及圳路長度圖
圖 6  歷年( 97 - 103 )累計更新改善構造物及圳路長度圖

 圖 7  推廣旱作管路灌溉成效示意圖
圖 7  推廣旱作管路灌溉成效示意圖

圖 8  自動測報系統及遙控水門示意圖  
圖 8  自動測報系統及遙控水門示意圖

圖 9  農田水利會旱災災害防救手冊及抗旱應變機制

圖 9  農田水利會旱災災害防救手冊及抗旱應變機制

肆、未來發展方向

  氣候變遷已急遽發生且不可逆轉,各國均必須學習並適應與極端氣候共存。目前多個國家已積極利用資通訊及工程科技,配合系統化管理來提升灌溉用水效率。而臺灣受坡陡流急先天條件之限制,水資源大多奔流入海,為因應氣候變遷造成之乾旱風險,除了應用科技智慧化節約用水、加強灌溉管理等節流措施外,另可活用農業水資源可彈性調度的特性,適度開發並有效利用多元化水源,於枯旱時期引用多元化水源可補充農業用水,並同時具有環境與生態效益。

(一)應用科技,智慧化管理水資源

  因應日趨複雜的農業灌溉用水管理情勢,加上資通訊與雲端科技的發展趨勢,未來應建構並應用農業水土資源大數據資料之分析基礎,科學化評估並維護合理農業灌溉水資源量,推動智慧管理模式及建立農業用水多元化管理調配機制,以確保能提供量足質優的灌溉用水。(如圖 10 )

(二)彈性調度農業水資源,藏水於農

  臺灣農業灌溉水源以河川直接引水為主,然而河川流量隨降雨豐枯變化極大,如不蓄存利用,則直接奔流入海。所以應鼓勵農業在豐水期超量引灌,增加土壤含水並補注地下水;在枯水期加強水庫型農田水利會強化埤塘蓄水之抗旱備援機能,配合掌水工模式加強灌溉管理,有效運用灌溉系統提前打折供水以減少水庫灌溉供應水量,所節餘之水量可蓄存於水庫,延後或避免下游民生用水進入第三階段限水,因此農業用水之開源與節流將穩定灌溉用水、增加糧食生產與支援其他標的用水之三贏局面,有效發揮農業水資源「調豐濟枯」及「藏水於農」的特性。 (如圖 11 )

圖 10  農業資源大數據資料應用示意圖

圖 10  農業資源大數據資料應用示意圖

圖 11 彈性調度農業水資源,藏水於農示意圖
圖 11 彈性調度農業水資源,藏水於農示意圖

註釋

註釋 1 :資料來源:經濟部水利署水利統計簡訊「臺灣地區降雨量概況」( 93-102 年)。
註釋 2 :資料來源:各農田水利會灌溉計畫及實際取用水量資料。

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