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地層下陷防治灌溉節水新技術

  發刊期數:第0076期/ 發布日期:103/06/27

全台地層下陷問題沉痾數十年,從早期的台北盆地,到後來的台灣西南沿海一帶,均陸續發現地層下陷災害,主要的原因是因為人們無節制抽用地下水,導致我們腳下的土地嚴重下沉。

近幾年政府透過各式預防及管制作為來挽救下陷危機,從法源制約、監控管理、產業調整、復育治理至教育宣導等層面,下陷影響範圍已從防治方案實施前之1,616平方公里減少至286平方公里,整體下陷情勢漸為趨緩,但是彰雲地區仍屬嚴重下陷區域,下陷範圍也逐漸由沿海擴展至內陸農業灌溉地區,如雲林的虎尾、土庫、元長及彰化的二林、竹塘、溪湖等鄉鎮。

依據「雲彰地區地層下陷具體解決方案暨行動計畫」統計資料顯示,雲林、彰化地區年均總用水量約為44.0億噸,其中灌溉用水量約33億噸,佔總用水量75%,可知該地區灌溉用水為最大宗。而地下水年均抽用量約15.49億噸,其中灌溉為7.11億噸,養殖為3.35億噸,農業約佔7成。農業生產為彰化及雲林地區主要經濟活動之一,但因約有20%農地位於既有灌溉系統未及區域,或雖位於灌區,仍無法自灌溉系統取得水源,種種原因使得部分農民必須自行抽取地下水,形成水井隨處可見之現象。

依民國89年行政院所核定「農業用水量化目標及總量清查報告」政策決定,農業灌溉用水不再增加。因此,如何提高農業水資源再利用灌溉效率,降低農民抽取地下水量及抽水用電量,為達到區域水資源永續利用之重要課題。本試驗目的即在必須抽取地下水灌溉之區域,儘量不改變農民灌溉習慣,藉由降低灌溉水深及抽水自動控制機制,避免超抽浪費地下水,進而達到灌溉節水目標。

水稻節水栽培現地試驗

一般而言,水稻節水採(1)種植期距調整;(2)農灌期距調整;及(3)農作物生長階段等三種方式進行,其中種植期距及農灌期距的調整研究,國內已有多項成果,本現地試驗以進行農作物生長階段的節水方式,主要目的在維持現在農戶耕作型態不變之前提下,藉由作物不同生長期之灌溉用水,評估作物生產量及地下水抽用量之差異。

在整個水稻生育期間的栽培管理,均可能影響稻穀之產量,尤其以分蘖盛期及幼穗分化形成期最為關鍵,若遭逢逆境及栽培管理不當時,將影響收成。經彙整相關文獻及經驗得知,其實水稻生長在有效分蘗到幼穗形成前,特別是自分蘖始期自抽穗期間,田間水分需求不高,灌溉深度大約1~2公分即可供應水稻生長;且在幼穗形成始期至幼穗形成終期,亦不需5公分以上之深水灌溉,換言之,水稻灌溉約可節水約50天左右。

水文組於民國102年以彰雲地區水稻作物進行試驗規劃,選定以地下水灌溉之鄰近二口農田進行比較測試,一為試驗田,控制試驗田之灌溉水深;一為依農民既有耕作灌溉習性種植之對照田。
 

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節水試驗之灌溉水深實施情形,左側為對照田;右側試驗田。

經農田用水現地試驗得知,水稻從最高分蘖期開始實施灌溉水量減少1公分灌溉水深,影響水稻的生產量並不大。彰化縣埔鹽鄉稻米品種是「秈糯」,試驗田較對照田之整年水稻的生產量多1,165公斤/公頃,試驗田及對照田稻作除生產量皆大於101年度埔鹽鄉平均生產量外,且可節省4,555噸/公頃之地下水量,約佔40%之灌溉用水需求,共計節省161度電量,約新台幣400元,約為整年度電價1/5。

西螺鎮農田二期作水稻品種為「台粳11號(蓬萊米)」,試驗田與對照田之生產量差異為554公斤/公頃,試驗田較對照田可節省723噸/公頃之地下水量,約7%之灌溉用水量,較埔鹽鄉農田節省之灌溉用水量少,主要是水稻品種不同,埔鹽鄉農田之水稻為較省水之秈糯作物。綜上,顯示水稻從最高分蘖期開始減少1公分灌溉水深,確實未影響稻米生產量值。
 

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西螺鎮二期作節水試驗之對照田與試驗田灌溉水量比較

研發自動抽水控制機制

「日出而作,日入而息」是一般農民的生活型態,然而隨著電腦、生物科技的進步以及社會型態之變遷,全國農會以促進農業現代化,增加生產收益,改善農民生活,及發展農村經濟為宗旨。

目前各農田水利會之灌溉管理,係針對取水工(或水庫)、幹線、支線至分支線之取水門(或配水調整池)的管理設施自動化。而在抽取地下水灌溉之農田,大多以定時開關器來控制抽水機,當農田需灌溉時,農民前往開啟抽水機,並以經驗設定灌溉時數,待時間到後即自動斷電停抽,此機制需農民前往以手動方式啟動灌溉,並無法有效地減少農民人力支出。

本署水文組於102年度嘗試開發建立自動抽水控制設備,節水期間主要自稻作抽穗期後開始進行操作,作法以採需灌溉日進行灌溉,依試驗結果設定試驗田灌溉水深約為2公分;對照田灌溉水深約為3公分,每次二口田同時灌溉,待試驗田灌溉水深達到2公分後,無線電傳輸模組即回傳訊息至抽水控制設備,自動關閉抽水機,並俟設置於農田中段之水位感應器無水深深度感應,再經過48小時後(凋萎點前)自動啟動抽水。經現地試驗,農田自動抽水控制設備皆可成功自行運轉,並可依農民耕種習慣,自行設定灌溉水深及灌溉間距等灌溉模式,以自動控制關閉抽水機,除減少農民人力支出外,並可達到減少地下水抽用量,提高用水效率等目的。

本(103年)度除持續對自動抽水控制設備進行改良及現地測試外,並針對不同稻種及節水模式進行測試比較,以提供後續節水灌溉推廣參考。
 

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102年開發農田灌溉自動抽水控制設備之馬達控制端與水位感應器