灌溉方式更迭

  農田水利署桃園管理處灌區水稻的灌溉方式演進主要由早期的繼續灌溉(或稱越田灌溉)，民國44年推行輪灌制度、75年起發展灌溉管理自動化工程，完成各類水文監測、閘門遙控系統，有效協助管理人員操作。隨著資訊科技進步，以及氣候變遷下須更有效的掌握與應用水資源，107年起朝向服務導向建置維運，並將物聯網雲端運算與系統結合。發展物聯網與水文監測系統。

一、輪灌制度的建立

  早期灌溉面積較小，水源水量充沛,田間給水採繼續灌溉法(或稱越田灌溉)、。水由支分線或貯水池給水路導入田間，經田畔各缺口，由上田流入下田，田面各保持一定水深，自由取灌。隨著灌溉面積增加，水源水量逐感不敷供求。在灌溉水源有限的情形下，下田則常缺水，引起糾紛，對農業生產甚鉅。

  民國43至44年間，臺灣連續乾旱．缺水程度來年罕見，當時桃園大圳貯水池，幾近全部乾涸，灌溉用水遭受嚴重影響。民國44年，政府成立「臺灣省輪流灌溉推進委員會」及「輪流灌溉推行小組」，主要目的在節省灌溉用水，並在本單位設置實驗田與輪灌推廣區。

  民國44年春，第一支線五號池及第十二支線十七號池設置兩處輪灌示範區（即桃園與崁頭厝兩地）及第一支線六號池及第十二支線十二號池為比較區（比較區仍以續灌方式），作為推廣中心，另亦在新海灌區之山子腳、西盛地區 設置示範區。同年並完成桃園大圳第一支線及第十二支線全面輪灌計畫及桃園大圳推行輪灌三年計畫，估計年可省用水量6,040,868立方公尺，可擴充灌溉面積 300公頃。時爲配合政府第二期經濟建設計畫，變更三年計畫，另擬輪灌四年計畫，自民國44年起全區分年逐次推廣輪流灌溉。

  輪流灌溉有各種不同的方法，主要如下：
  1. 幹線輪流灌溉法：在枯水時期，若各埤圳同時取水，則溪流水量不足，無法滿足灌溉，不得已規定上下游各埤圳按照計畫時間輪流取水，或將上游分為若干組，按組輪流取水灌溉。如此便可集中時間與水量供水，可以補救各圳輪水之困難，增加灌溉之速度，減少蒸發、滲透等水量消失。佢幹線以下，分支線及田區等分別輪流灌溉或同時供水，則須妥為配合。
  2. 支線輪流灌溉法：其意義與幹線輪流灌溉法相同。及幹渠灌溉水量不足 時，若聽任各支線同時取水，無法順利灌溉，於是按各支線面積計劃取水時間，將幹線全部水量，依序輪流分配於各支線灌溉，或將幹線分為若干段，節制水流逐段灌溉。但支線以下，或輪流灌溉，或同時取水，須妥善管理。
  3. 分線輪流灌溉法：其意義和方法與前法同。及幹支線不斷水，將各支線謇得之水量，全部輪流分配於該支線之各分線，按分線為單位輪流灌溉。
  4. 田間小區輪流灌溉法：又稱輪區單區輪流灌溉法。即將期之或分線所灌溉之面積，依地勢情形，劃分輪區，每輪區約50公頃，設輪區水門及量水設備。輪區內再劃分單區，每單區約10公頃，設單區水路及給水汴等，以單區爲最小輪灌單位，按照計畫水量及時間順序輪流灌溉，幹支線均不斷水，集中輪區應得之水量，輪流分配於單區，單區之內按地號排定秩序灌溉。
  5. 以上四種輪灌方法，同時有節約用水與減少水路消失增加灌溉功率之效能。就水路斷面而言，前三法幹支分線必須有足夠之輸水斷面，工程上頗不經濟。第四種單區輪灌，雖單區水路較大，但單區上所需建築物較少，而幹支分線之通水斷面 則縮減甚多，此單區輪灌法之優點。
  由於桃園大圳全面實施輪灌及光復圳與蚵殼港圳輪灌改善工程完工，在桃園大圳水源之水量並未增加下，節約之水量尙擴張新灌溉面積4,696公頃，使稱為旱渠之光復圳區域得以順利灌溉，並補給桃園大圳缺水地區532公頃之農田灌溉。

二、物聯網技術與機器學習模型之應用

  全球水資源的匱乏日趨嚴重，永續發展已成為資源經營最重要之課題。而桃園地區以水庫供水、攔河堰取水、貯水池集水及回歸水再利用等方式供給水源；配合石門水庫操作、桃園大圳輸送與貯水池調配輸送構成台灣地區最重要的農業灌溉系統之一。近年來台灣北部的桃園、新竹地區枯旱缺水問題逐年顯現，連續數年調用農業用水支援民生及產業，導致數萬公頃農地停灌休耕，除增加政府財政壓力及造成生態環境之危害外，亦造成各標的用水單位對於水資源分配、調用方式及移用水價格等之爭議。

  桃園地區內利用貯水池進行區域灌溉為特有農業灌溉方式，可因應桃園大圳、河水堰供水不足時輔助使用。隨著氣候變遷因素影響，極端降雨的現象愈趨明顯，且農業水資源常需因應臨時移用，因此貯水池調蓄能力更顯重要。農田水利署桃園管理處自民國75年起開始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架構，完成各類水文監測、閘門遙控系統、展示網頁等輔助管理之系統工具，有效協助管理人員操作；物聯網與水文監測系統的發展近年來愈趨成熟，無論是記錄器、感測器或通訊方式，已逐漸勾勒出水資源物聯網絡，農田水利署桃園管理處也朝向服務導向建置維運，並將物聯網雲端運算與系統結合。

  隨著氣候變遷因素影響，極端降雨的現象愈趨明顯，且農業水資源常需因應臨時移用，貯水池調蓄能力更顯重要。桃園地區利用貯水池進行區域灌溉為特有農業灌溉方式，可因應桃園大圳、河水堰供水不足時輔助使用，如何永續發展和有效管理以強化農業水資源使用效率是重要課題。本單位於桃園大圳10支線與12支線以流域水文模式建構幹線水位預測模型，分別預測未來1至3小時水位，並轉換成水量，以期輔助決策管理系統。結合物聯網雲端運算和Microsoft Azure Machine Learning平台中處理非線性問題，表現良好之方法「類神經網路」，降雨與水位之相互關係，以建置幹線水位預測模型，利用貯水池有效調配管理水資源，達到水資源永續利用之目的。結果顯示，水位預測之均方根絕對差均小於0.22公尺、相關係數均大於0.90且效率系數均大於0.80，表示此模式可提供良好的水位預測結果。未來，可根據監測系統接收到的降雨和水位預報提前掌握可調配的水量，並依據調配規則建立最佳化函數輔助產出調控貯水池策略，防災應變，貯水池管理建議等結果，並建置相關網頁及APP與IM-BOT，構成桃園大圳智慧水源調度系統。

整體系統架構圖 上圖中以資料流為足跡，說明各足跡代表之意義
1. 現場水位監測資料，透過物聯網通訊4G/NB-IoT傳送至水利署水資源物聯網進行即時、歷史資料儲存。
2. 農田水利署桃園管理處虛擬演算伺服器，透過Web Service自水利署水資源物聯網平台取得即時、歷史監測資料準備進行三種模式演算。
3. 部分演算模式使用Azure資源，主動傳送至Azure進行運算。
4. 由Azure取得運算結果。
5. 整合所有運算結果，寫回水利署水資源物聯網平台。
6. 農田水利署桃園管理處虛擬網頁伺服器，透過Web Service取得水文預測與演算結果，並產出展示網頁。
7. 管理人員透過水文動態監視Web App，使用行動裝置監控現況，以及取得調控貯水池策略，防災應變，貯水池管理建議等結果。
8. 管理人員透過水文監測與動態分析管理平台，使用桌上型電腦，以及取得調控貯水池策略，防災應變，貯水池管理建議等結果，並可設定相關策略調整參數。
9. 本處管理人員透過水文監測與動態分析管理平台，展示系統監看調控貯水池策略，防災應變，貯水池管理建議等結果。

  為提供應用系統之參數設定與展示網頁介面，本單位建置水文監測與動態分析管理平台，尤以水文監測與動態分析管理平台(網頁展示系統)與水文監測動態分析管理APP (網頁展示系統)兩者為主要網頁建置重點。同時建立手機版閘門操作APP，可透過手機查詢確認現場設備是否異常，以及查詢現場水位與流量，更即時有效之水情管理。 水文監測設置與動態分析管理平台 埤塘即時概況總覽