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水資源管理,城市發展活水不絕

文 / 黃慧珠    
2013-08-01
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水資源管理,城市發展活水不絕
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今年1月24日,美國太空總署(NASA)的火星探測車「機會號」(Opportunity)邁入火星勘測之旅的第10個年頭。過去10年間,它在火星表面不斷移動,在一片荒蕪、滿佈塵土的表面尋找曾經有水的證據。

為什麼找水?因為水是生命之源,有水,才會有生命,文明於焉發展。

對火星如此,對地球更是如此。在人類每天所生活的環境裡,水資源的供給決定了大城小鎮是否適合人居。可是,2010年,全世界已有將近9億人無法取得安全潔淨的飲用水,等於每八人就有一人陷於乾渴困境中。

人口過度集中,造成土地與水資源負擔

只不過,地球的水資源總體供應量並未改變,改變最大的是人類的需求。人口過度集中、水土保持不佳、水質汙染、排洪管理不善等,導致水資源供需嚴重失衡。以大台北地區為例,目前居住人口已突破八百萬人,對土地和水資源都造成沉重的負擔,而容易引發淹水與缺水的問題。

水資源供需失衡對產業發展同樣形成莫大衝擊。全球投資機構環境責任經濟聯盟(Coalition for Environmentally Responsible Economies, CERES)曾指出,水是最關鍵的資源,其對企業發展的重要性遠超過石油。在所有產業中,受缺水影響最大的產業是科技與農業,而這兩種產業為台灣經濟及民生的重要支柱,水資源管理對台灣的重要性更不容小覷。

以稻米生產而言,全台近四成的稻米產量來自中彰投地區,但中彰投恰為台灣平時降雨量最少的區域,再加上台灣地形山高水急,降雨無法留在地表,過去,農民靠抽取地下水灌溉養殖,但由於缺乏妥善管理,超抽地下水現已造成周圍地區地層下陷。

顯然,傳統的水務管理模式必須有所改變,才能維繫農業乃至於整體經濟的永續發展。儘管水資源的供給「量」難以增加,水資源利用的「質」卻可以改善。要提升質,最有效的方法便是讓水務管理變得更有智慧。

智慧水務,創新整合價值鏈和生態系統

透過先進的資訊科技和分析應用,水務管理可變得感知化(instrumented)、物聯化(interconnected)及智能化(intelligent),以達成水資源生命周期管理的整體改善。感知化,是指採用傳感器或無線射頻(RFID)等設備來觀測數據,以全面掌握水資源體系內的供需狀態;物聯化,是即時匯整採集來的數據,以便跨單位合作與決策;智能化,則是運用深入分析和建模(modeling),從這些原本屬於不同源頭和時間點的數據中預測趨勢或發現潛在問題,從而及早因應和改善。

水文是循環的體系,從降雨到匯流、從地表水到地下水、從入海到蒸發到大氣中,每個階段都環環相扣,因此,水資源管理也不該流於片斷,而應更為宏觀和整合,涵蓋從供水、輸水、排水等各個環節,水資源利用的效率才可能最大化。

水庫就是很好的例子。水庫不僅可調節供水,還可供水力發電之用,對區域民生和經濟發展有極大貢獻。可是,水庫是靠攔阻河流的一段而成,對周遭環境的影響很大。如果僅考量上游流域蓄水或發電的目的,而忽視下游流域的用水需求,恐怕會導致下游水源匱乏的問題;再者,若缺乏對整體流域生態的規劃而逕行興建,萬一水土保持不佳,雨水將土石淤泥沖刷入水庫,亦會逐漸削減水庫的蓄水能力。

調節供水,保護生態與農業發展

為了減少水庫對生態環境的影響,中國大陸貴州的烏江水電開發公司便與IBM合作,導入智慧資料分析技術。烏江是長江的最大支流,也是貴州省第一大河,擁有豐沛的水能資源。該公司沿著烏江上下游建設了七個水壩,利用水壩和發電站之間的水位落差發電,當上游水壩放水發電後,水也會流入位於下游的水壩。

過去,這些水壩和發電站各管各的。常因上游放水過多,下游發電站不及因應而造成浪費,或導致下游溢流而淹沒田地;偶爾,上游水放得不夠,又影響下游發電量與用水,對農家造成不小困擾。在IBM協助下,烏江水電公司能即時整合水壩和發電設備上所設之傳感器所傳來的水位、水壓和電壓數據,統一評估所有的水壩和發電站的現況,並依據發電站中每台發電機當前的容量來調整水壩的放水量,以確保水壩只會放出發電站所能處理的水量,從而在水量相同的情況下增加發電量,也避免超量放水導致破壞農地與生態系統。

即時控管分析,減少水資源浪費

除了負責蓄水和放水的水利設施外,智慧分析技術還可用以改變輸水的基礎設施及用戶的行為,因為水資源的浪費有時是因為水管設施老舊而造成漏水。譬如,美國首府華盛頓水務局以系統化方式監控盤根錯節的下水道網路,可在動態地圖上,查看包括配水管和閘門等數百項水務資產的位置和狀態,針對故障設備排出工程人員維修路線和日程表,並透過預測分析提前維護設備,以避免服務中斷。又如,愛荷華州Dubuque市的居民可裝設智慧型電子水表,這些水表會隨時監控家戶用水狀態,並將資料上傳雲端,以和其他用戶及長期歷史資料交叉比對。當用水出現異常時,如與去年同期相比用水量大增,系統便會自動回報當月已消耗之水費金額,讓用戶有所警覺,及早解決漏水問題或促進節約用水。

水是生命之源、健康之本,也是工商農業發展之所繫。在水資源短缺日益嚴重的當下,智慧的水管理愈形重要。透過新型的運算模式與分析技術,我們得以強化水利設施、水務管理和基礎建設,改善整體水資源生命周期管理,進而捍衛這項最重要的資源。

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