一、前言

受到氣候變遷及各種環境汙染的影響，全球共同面對日益嚴重的洪災、乾旱及水汙染等挑戰，各國積極發展智慧水資源管理(Smart Water Management, SWM)進行水資源管理，其中美國、荷蘭、以色列等三個國家之經驗值得我國制定相關政策時借鏡參考。

二、水資源概況與主要權責單位

美國、荷蘭與以色列等三個國家，不論面積、地理位置及各種社會發展條件都有很大的差異，各國在水資源管理政策方面的主管機關及法規亦有不同的職掌與方向(圖一、圖二)。美國幅員遼闊，主要水資源包括河流、溪流、湖泊、水庫、泉水和地下水等。常見水資源汙染來自農業、畜牧業、衛生系統、城市化、化學儲槽、林業、工業廢水和廢棄礦脈等。美國水資源的保護主要是透過法規規範和自主管理兩者共同進行，例如:美國環境保護署(EPA)制定了安全飲用水法(SDWA)規範飲用水水質；為了保護全州的飲用水水源，康乃狄克州自主成立了Connecticut Source Water Collaborative組織。

水資源產業為荷蘭具代表性的產業，範圍涵蓋水資源管理、防洪、供水和衛生服務，且因其於水資源管理方面的優異表現，因此常以合作夥伴關係向其他國家提供專家和水資源專業知識。荷蘭水資源管理主要由Rijkswaterstaat (RWS)、地區水務委員會、省/市政府負責，所有利害關係者以共同合作方式，確保充足的供水並保護國家免於洪水侵襲。

以色列多年來一直飽受水資源短缺之苦，主要通過節水、廢水回收再利用、淡化海水和微鹹水(brackish water)等方式因應。其中，海水淡化是以色列的主要飲用水供應來源，且以色列目前有約90%的廢水可回收用於農業灌溉。水資源的主管機關能源暨水利部(Ministry of Energy and Water)負責制定和執行水資源政策。另外，以色列水資源局 (IWA) 負責用水規劃、分配和收費；Mekorot為以色列政府國有的水務公司，負責淡水的生產、輸送與廢水處理。

三、水資源數據整合平台與數位工具

為有效因應複雜的水資源管理，美國、荷蘭及以色列的水務單位以不同形式的資料庫與數位工具作為水資源的管理工具，內容簡介如下: 

(一) 美國

1. 地表水質評估
清潔水法(Clean Water Act)規定每2年各州或各地區需向EPA提供該地水域之監測數據與評估報告。因此，EPA建置了評估每日最大總負荷量追蹤與應用系統(ATTAINS)，以收集與管理各地提供的數據與報告，並作為未來減少水污染之決策參考。

2. 海灘汙染監測
BEACON(Beach Advisory and Closing Online Notification)系統為EPA依據海灘環境評估和沿海健康法案所建立之海灘汙染監測系統，用於監測沿海與休閒水域之污染情況，並且會通知民眾因汙染而關閉的水域。

3.雨水預測與管理模型
EPA與CDM(Camp Dresser and McKee, 工程與建築公司)合作開發雨水管理模型 (SWMM)系統，以支持地方、州和國家進行雨水管理。SWMM可根據土壤狀況、土地覆蓋、歷史降雨記錄和蒸發數據資料庫等估算特定地點的年雨量、流量及頻率，能應用於防洪排水系統的設計、洪水氾濫區繪製與規劃、雨水對下水道溢流的影響評估等。

4. 水質監測資料庫
同樣由EPA建立的水質數據(The Water Quality Data)為美國最大的水質監測資料庫。資料來自各州、部落和聯邦機構對湖泊、溪流、河流與其他水體的水質監測數據。

5. 流域水質評估與追蹤
EPA建立之流域評估、追蹤和環境績效系統(WATERS)整合過去多項水資源計畫的資料庫。WATERS可提供水質監測與評估結果、水域汙染原因與來源、公共海灘關閉等資訊。

6. 國家水文資料庫
國家水文資料庫(NHD)，為美國排水網絡數位資料庫，資料涵蓋了全美河流、溪流、運河、湖泊、池塘、海岸線、水壩等水域之水文與地理空間數據。NHD由美國地質調查局(USGS)、各州和其他合作夥伴進行維護和更新。

7. 美國用水資料
美國地質調查局透過與地方、州和聯邦機構的合作，收集與彙整各地之用水資訊，包括取水、輸送、消耗等資訊。每五年進行一次全國用水數據彙編。

8. 國家水資源中心
國家水資源中心(NWC)是水資源預測辦公室(OWP)的部門之一，透過與美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA)、美國地質調查局(USGS)和聯邦緊急事務管理署(FEMA)之間的合作，為美國開發新一代的水資訊與服務系統，目的在提高美國對洪水和乾旱的水預報能力，並加強與水資源有關災害的準備。

(二)荷蘭

1. 水位監測
Rijkswaterstaat(RWS) 使用自動測量設備監測沿海450多個地點以及河流、運河和湖泊中的水位、排水率、波高和流速等。這些數據能作為Rijkswaterstaat在洪水暴發或水資源短缺時的決策支持。

2. 水質監測
RWS監測全國170多個地點的水質，包括默茲河(由比利時流入)與萊茵河(由德國流入)。當監測到污染時，將通知水務委員會、飲用水公司以及比利時與德國的相關組織。

3. 水資源資訊網
RWS建置了荷蘭水資源資訊網，提供荷蘭水域的潮汐、水位、水溫、流速、浪高、含鹽濃度、水質等即時、歷史與預測數據。

4. 天氣數據監測資料庫
荷蘭皇家氣象研究所(KNMI)建置了KNMI數據平台(KDP)，提供荷蘭的氣象和地震等觀測數據。此外，由於KNMI為歐洲國家氣象局(EUMETNET)組織成員，並且與歐洲氣象相關組織合作，如ECOMET，因此，使用者亦能透過KDP獲得歐洲與其他地區之氣象數據。

(三) 以色列

1.  用水量監測系統與智慧水錶
水務局和阿拉德集團(Arad Group)推出生產者網站 (Producers’  Website)以支持製造商監測其生產設備的用水量。製造商須先在其設施安裝可遠距抄表之智慧水錶，此水錶會將用水數據會透過無線網路傳輸至生產者網站上。若用水量有異常或水錶發生故障，會發布警報通知業者。

2. 水質和環境偵測
水務局建立水質監測與調查系統，以便及早發現含水層和水井等水源的污染物，並且防止燃料等污染物污染地下水或海水侵入沿海含水層等事件發生。

3. 水位監測
水務局同時全面監控以色列地下水與地表水水位，以進行有效的規畫和風險預警。

4. 飲用水品質監測
以色列衛生部 (Ministry of Health)建置飲用水品質監測資料庫-My Water。該資料庫提供了供水網各環節(如水源、海水淡化廠、供應設備等)之水質檢驗數據，包括化學與微生物檢驗。

四、智慧水資源管理重要計畫與成果

美國、荷蘭與以色列等國積極利用人工智慧、大數據、雲端儲存與計算以及數位孿生等新興數位科技應用於水資源的管理，重要的計畫與成果分述如下：

(一)美國

1. 堪薩斯智慧下水道計畫(Smart Sewer Program)
堪薩斯市與美國環境保護署於2010年簽訂協議，以改善該市的下水道系統及消除有待處理的污水溢出問題，隨後推行為期25年的智慧下水道計畫(Smart Sewer Program)，目的是將市內近2,800英里的廢水和雨水下水道管道進行現代化與優化，並且建立智慧下水道網絡。具體措施包括: 將水位感測器與流量計安裝在下水道中，以監測下水道各節點之水流和水位；將感測數據彙整至人工智慧平台，此平台亦結合了美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的氣候預報，以引導廢水排放與儲存；整合下水道感測器、抽水幫浦以及排水閘門控制系統，以優化雨水與廢水的輸送、儲存與處理；於下水道設置閉路電視，以及早察覺管道裂縫、斷裂等缺陷。

2. 哥倫比亞水錶升級計畫 (Customer Meter Upgrade Project)
哥倫比亞水務公司(Columbia Water) 為哥倫比亞市的水務公司，負責哥倫比亞市的飲用水處理與分配、廢水處理以及相關設備維護。2019年該市啟動了水錶升級計畫 (Customer Meter Upgrade Project)，免費為客戶安裝先進的智慧水錶，以提供透明且準確的用水賬單。該智慧水錶每15分鐘會收集一次數據，且會將量測的數據上傳至水務公司，能解決人工抄表、資料輸入錯誤等問題。此外，透過供水相關數據分析，亦有助於水務公司找出管線漏水區段。

(二) 荷蘭

1. 阿姆斯特丹運河數位監控
阿姆斯特丹有超過100公里的水道和1,500多座橋樑，需要先進的物聯網技術和工具來防止洪水氾濫。RWS與SmartLog、KPN和Actility等公司合作為阿姆斯特丹的運河水位開發遠距監控系統。2016年，SmartLog將原有的水位感測器智慧化，並將其連接到KPN 建置的無線網路，使感測器收集的資料能透過遠距無線網路傳輸到SmartLog的管理平台。當水位異常時，管理平台會向RWS發送警報並且提供相關建議，如控制水閘，以防止洪水。

2. 污水處理廠數位孿生
荷蘭21個地區水資源局之一的林堡省水務局(WBL)與荷蘭顧問公司Royal HaskoningDHV合作，對其17個污水處理廠和149個污水泵站進行數位化改造，並建立數位孿生系統，使WBL可以在無風險的模擬環境中實現創新、實驗、場景規劃和分析。

(三) 以色列

Mekorot為以色列政府擁有的水務公司，亦為世界領先的海水淡化與汙水處理系統供應商。Mekorot開發了多項創新技術與成果，包括：

1. 遠距水務設備控制系統
Mekorot建置了水務指揮控制中心，可以遠端即時監測3,000個裝置、1,000口水井、700個泵站和13,000公里的水道。另外，Mekorot亦利用人工智慧技術，分析前述各項基礎設施所取得的數據資料，實現智慧化水務控制和災難應變。

2. 水質檢測晶片
Mekorot與Newsight合作開發以光學為基礎的水質檢測晶片。該晶片能安裝在水龍頭上，且會自動將檢測數據傳輸至雲端管理平台。當檢測出水質異常時，管理平台會發布警報通知使用者。

3.  網絡安全技術
Mekorot亦積極開發網路安全技術(SCADADome)抵禦網絡攻擊，以確保公司與水資源基礎設施的安全。

五、未來發展重點

(一) 美國

1. 水資源數據整合
美國在水資源數據整合面臨挑戰。大量的水資源數據(如各州的水質檢測數據)，多由不同單位所蒐集、管理與維護。除了數據蒐集未有統一標準以外，資料亦分散於不同的資料庫中，且各資料庫分類、單位與結構亦互不相容。目前EPA正致力於制定水質監測框架(The Water Quality Framework)，以期整合現有數據與資訊系統，進而提供更完整且清晰的水質資訊。

2. 基礎設施現代化
美國水務基礎設施大多數建於1970-80年代，相關設施已逐漸老化，且難以因應氣候變遷、環境污染等因素所導致的水資源壓力。基礎設施現代化為政府與水務單位關注的重點，具體措施包括積極將現有水錶升級為先進的智慧水錶，以降低抄表成本並且減少無收益水量(Non-Revenue Water, NRW，係指在尚未抵達需求端前即已損耗之水量)，並且在水處理過程中採用人工智慧技術與智慧感測計，以降低風險並優化處理效率。預計未來智慧水資源基礎設施將逐漸普及於全美國。

(二) 荷蘭

荷蘭為一個地勢低窪的國家，為因應氣候變遷帶來的海平面上升與洪水等極端天氣事件，政府致力推動三角洲計畫(Delta Program)，利用水資源管理、防洪科技、前瞻國土規劃等措施，期望到2050年時，荷蘭能具備對抗極端天氣與洪水的能力，並且能穩定供應淡水，保障人民生命安全與用水安全。為實現前述目標，政府將著重於下列四項科技議題發展，分別為：生態工程、水資源安全、智慧堤壩、宜居三角洲。其中，生態工程為發展對環境友善之技術以保護水壩等水利基礎設施；水資源安全項目將開發健全的災害管理與預防技術，並期望以最小的成本獲得最大的安全保障；智慧堤壩項目預計將各式感測器安裝於堤壩上，並透過互聯網與人工智慧等數位科技，實現遠距監控；宜居三角洲項目則規劃發展能因應土壤鹽鹼化的科技。

(三) 以色列

以色列未來行動計畫重點在於解決水資源短缺和農業用水問題。儘管目前國家供水系統能穩定供水，但水務局預估隨著人口增加以及天然水源供應減少，以色列將出現水資源短缺的問題。為了縮小未來幾十年水的供需差距，以色列預計將持續專注於節約用水，以及提高水處理、循環利用和海水淡化效率。此外，隨著可用於灌溉的淡水越來越少，將促使以色列改為耕種更適合半乾旱氣候的作物，或發展能更節省水資源的耕種技術。