به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، کم‌آبی یکی از چالش‌های حیاتی در بسیاری از شهرهای جهان است که به‌دلیل رشد سریع جمعیت، تغییرات اقلیمی و مصرف ناپایدار منابع آب، تشدید شده است. شهرهای هوشمند با استفاده از فناوری‌های نوین، زیرساخت‌های پیشرفته و مشارکت فعال مردم، راهکارهای مؤثری برای مدیریت بهتر آب ارائه می‌دهند. این فناوری‌ها با ترکیب هوشمندی، بهره‌وری انرژی و مدیریت داده، ستون فقرات راهکارهای مقابله با کم‌آبی در شهرهای هوشمند را تشکیل می‌دهند و به شکل چشمگیری در حفظ و بهینه‌سازی منابع آب نقش دارند.
هوش مصنوعی و اینترنت اشیا
نصب سنسورهای هوشمند اینترنت اشیا در شبکه‌های توزیع آب، امکان پایش لحظه‌ای پارامترهایی همچون فشار، دبی، کیفیت و سطح آب را فراهم می‌کند. این داده‌ها به‌صورت پیوسته به مراکز کنترل ارسال می‌شوند تا نشت‌های احتمالی، افت فشار یا آلودگی‌ها به‌سرعت شناسایی و مدیریت شوند.
سنسورهای سطح آب در مخازن، با اندازه‌گیری میزان ذخیره آب به مدیران شهری کمک می‌کنند تا برنامه‌ریزی مناسبی برای مصرف و توزیع آب داشته باشند، همچنین این فناوری با اطلاع‌رسانی به‌موقع به شهروندان و مسئولان، امکان مدیریت بهینه مصرف و جلوگیری از هدررفت آب را فراهم می‌کند.
شهر بارسلونا به‌عنوان یکی از پیشگامان جهانی در مدیریت هوشمند آب، از سال ۲۰۱۱ با نصب هزاران سنسور اینترنت اشیا در شبکه توزیع آب خود توانسته است نشت آب را به میزان حدود ۸۰۰ هزار لیتر در روز کاهش دهد. این شبکه یکپارچه با لایه‌های مختلف نرم‌افزاری، داده‌ها را تحلیل می‌کند و اطلاعات لازم برای تصمیم‌گیری سریع و بهینه را به مدیران شهری ارائه می‌دهد.
این فناوری نه‌تنها موجب کاهش نشت آب شده، بلکه به بهبود مصرف، افزایش بهره‌وری و صرفه‌جویی اقتصادی قابل‌توجهی منجر شده است. این سیستم هوشمند در سال ۲۰۲۳ توسعه یافته و برای ۲۳ شورای شهر اطراف بارسلونا نیز پیاده‌سازی شده است تا تأثیرات مثبت اجتماعی و اقتصادی بیشتری ایجاد کند. علاوه‌بر این، بارسلونا با استفاده از این فناوری‌ها توانسته فشار بر منابع آب زیرزمینی را کاهش دهد، از فرونشست زمین جلوگیری کند و کیفیت آب را بهبود ببخشد.
هوش مصنوعی با تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده از سنسورها، الگوهای مصرف و نشت‌های احتمالی را پیش‌بینی می‌کند. این سیستم‌ها می‌توانند زمان دقیق خرابی یا نیاز به تعمیرات در شبکه‌های آبرسانی را تعیین و برنامه‌ریزی نگهداری را بهینه کنند. این پیش‌بینی‌ها موجب کاهش هدررفت آب، صرفه‌جویی در هزینه‌های تعمیرات اضطراری و افزایش عمر مفید زیرساخت‌ها می‌شود. هوش مصنوعی می‌تواند در بهینه‌سازی مصرف آب در بخش‌های مختلف شهری و کشاورزی نقش مؤثری ایفا کند.
شهر تانه در ایالت ماهاراشترای هند، به منظور مقابله با بحران کم‌آبی و بهبود مدیریت منابع آب شهری، بیش از ۱۰۵ هزار کنتور هوشمند مجهز به فناوری خوانش خودکار کنتور نصب کرده است که مصرف آب را به صورت لحظه‌ای و با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری و داده‌ها را به صورت بی‌درنگ به سامانه‌های مرکزی ارسال می‌کنند. این فناوری نه‌تنها خطاهای انسانی در خوانش کنتورها و صدور قبوض را به حداقل می‌رساند، بلکه با شناسایی سریع نشت‌ها و مصرف غیرعادی، به کاهش هدررفت آب کمک می‌کند.
استفاده مجدد از آب
فناوری‌های پیشرفته تصفیه آب، همچون اسمز معکوس و فیلتراسیون چندمرحله‌ای، امکان بازیافت فاضلاب شهری را به آب قابل استفاده مجدد فراهم می‌کنند. برنامه نیوواتر در سنگاپور نمونه برجسته‌ای است که با استفاده از این فناوری‌ها، آب بازیافتی را با کیفیت بسیار بالا تولید می‌کند و حدود ۴۰ درصد از نیاز آبی شهر را تأمین می‌کند. این روش‌ها فشار بر منابع آب طبیعی را کاهش می‌دهند و به پایداری آب شهری کمک می‌کنند.
سیستم‌های هوشمند جمع‌آوری آب باران نیز با نصب مخازن و تجهیزات پایش، آب باران را ذخیره و برای مصارف غیرشرب همچون آبیاری فضای سبز، شست‌وشو و مصارف صنعتی استفاده می‌کنند. این فناوری با کنترل خودکار و سنسورهای دقیق، مصرف آب را بهینه می‌کند و وابستگی به منابع آب شیرین را کاهش می‌دهد. این سیستم‌ها به کاهش روان‌آب‌های سطحی و جلوگیری از سیلاب‌های شهری نیز کمک می‌کنند.
فناوری‌های نوین نمک‌زدایی
نمک‌زدایی آب دریا با فناوری‌های جدید همچون غشاهای پیشرفته و روش‌های کم‌مصرف انرژی، امکان تأمین آب شیرین در مناطق کم‌آب را فراهم می‌کند. این فناوری به‌ویژه زمانی که با انرژی‌های تجدیدپذیر همچون خورشیدی یا بادی ترکیب شود، می‌تواند به‌صورت پایدار و با حداقل اثرات زیست‌محیطی آب شیرین تولید کند.
نیروگاه نمک‌زدایی چین در شهر چینگدائو یکی از نمونه‌های برجسته و پیشرفته در زمینه استفاده از فناوری‌های نوین نمک‌زدایی برای تأمین آب شهری در مقیاس بزرگ است. این نیروگاه با ظرفیت تولید روزانه حدود ۱۰۰ هزار تا ۵۰۰ هزار متر مکعب آب شیرین، به‌طور مستقیم نیاز آب آشامیدنی و صنعتی جمعیت گسترده‌ای را در این منطقه تأمین می‌کند. فرایند نمک‌زدایی در این نیروگاه بر پایه فناوری اسمز معکوس است که با عبور آب شور از غشاهای نیمه‌تراوا، نمک و سایر املاح را جدا می‌کند. این روش به دلیل بازده بالا و کیفیت مطلوب آب خروجی، در بسیاری از پروژه‌های بزرگ نمک‌زدایی جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یکی از نکات مهم در نیروگاه چینگدائو، استفاده از فناوری‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی است که شامل بازیابی انرژی از جریان آب شور خروجی و بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته برای کاهش مصرف برق می‌شود. این نیروگاه در حال توسعه برنامه‌هایی برای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی و بادی است تا اثرات زیست‌محیطی ناشی از مصرف انرژی فسیلی را کاهش دهد.
از سوی دیگر، مدیریت پساب و نمک‌های باقی‌مانده از فرآیند نمک‌زدایی نیز به‌دقت انجام می‌شود تا از آلودگی محیط زیست دریایی جلوگیری شود. این اقدامات شامل رقیق‌سازی پساب، استفاده از فناوری‌های تصفیه پیشرفته و پایش مستمر کیفیت آب است. نیروگاه نمک‌زدایی چینگدائو نمونه‌ای موفق از به‌کارگیری فناوری‌های نوین و پایدار در مقیاس شهری است که می‌تواند الگویی مناسب برای سایر شهرهای کم‌آب جهان باشد.
تولید آب از هوا
فناوری تولید آب از هوا با استخراج رطوبت موجود در هوا و تبدیل آن به آب آشامیدنی، منبع جدید و مستقل از منابع زمینی آب فراهم می‌کند. دستگاه‌های تولید آب از هوا به‌ویژه در مناطق خشک و کم‌آب کاربرد دارند که منابع آب زیرزمینی یا سطحی محدود است. این سیستم‌ها می‌توانند با استفاده از انرژی‌های پاک، به‌صورت پایدار و بدون آلودگی محیطی، آب سالم تولید کنند.
فرایند اصلی تولید آب از هوا مبتنی بر تراکم سرمایشی است. در این روش، هوای گرم و مرطوب وارد کویل‌های سردکننده می‌شود که با مایع خنک‌کننده پر شده‌اند؛ سپس با کاهش دمای هوا به زیر نقطه شبنم، بخار آب موجود در هوا متراکم می‌شود و به‌صورت قطرات آب در می‌آید. این قطرات به مخازن مخصوص هدایت و پس از تصفیه و ضدعفونی به آب آشامیدنی تبدیل می‌شوند. هوای خنک‌شده دوباره به کمپرسور بازگردانده می‌شود تا این چرخه به‌صورت پیوسته ادامه یابد.
شرکت‌هایی همچون Watergen و SkyH۲O در کشورهای مختلف، سیستم‌های مقیاس‌پذیر تولید آب از هوا را توسعه داده‌اند که می‌توانند در شهرها و مناطق بزرگ به عنوان منبع پایدار آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گیرند. این فناوری در مناطقی ازجمله کالیفرنیا، کیپ‌تاون و بخش‌هایی از خاورمیانه که با خشکسالی‌های شدید مواجه هستند، به عنوان راهکاری نوین و مستقل از منابع آب زیرزمینی و سطحی به کار گرفته شده است.
فناوری‌های نانو در تصفیه آب
استفاده از نانوفناوری‌ها همچون نانولوله‌های کربنی غشاهای نانومتری، امکان حذف آلودگی‌های میکروبی، شیمیایی و فلزات سنگین را با مصرف انرژی بسیار پایین فراهم می‌کند. فناوری‌های نانو در واحدهای تصفیه کوچک، قابل حمل و حتی خانگی قابل استفاده هستند و کیفیت آب را به سطح آب آشامیدنی ارتقا می‌دهند.این روش‌ها به دلیل دقت بالا و مصرف کم انرژی، برای شهرهای هوشمند بسیار مناسب هستند.
زیرساخت‌ها و مدیریت منابع
زیرساخت‌های مدرن و مدیریت هوشمند منابع آب از ارکان اصلی مقابله با بحران کم‌آبی در شهرهای هوشمند هستند. استفاده از سیستم‌های پیشرفته مدیریت داده و تحلیل‌های دقیق، امکان برنامه‌ریزی بهینه برای مصرف و توزیع آب را فراهم می‌کند. این سیستم‌ها با جمع‌آوری و پردازش داده‌های لحظه‌ای از شبکه‌های آب، به مدیران شهری کمک می‌کنند تا منابع را به‌صورت هدفمند و کارآمد تخصیص دهند و از هدررفت آب جلوگیری کنند.
شهر نیویورک در مسیر تبدیل شدن به یک شهر هوشمند، اقدامات گسترده‌ای را برای بهبود مدیریت منابع آب و خدمات شهری انجام داده است. شهرداری نیویورک از سال ۲۰۲۰ صدها نوع سنسور و فناوری هوشمند را در مناطق مختلف شهر آزمایش کرده است تا کارایی آن‌ها را در مدیریت پساب‌ها، جمع‌آوری بهینه آب باران و کنترل کیفیت آب ارزیابی کند، همچنین با بهره‌گیری از هوش مصنوعی و فناوری‌های نوین، سیستم‌هایی برای پیش‌بینی تقاضای آب و تشخیص نشت‌های آب در شبکه‌های شهری توسعه داده است که موجب کاهش هدررفت و بهبود بهره‌وری منابع آب شده‌اند.
علاوه‌بر فناوری‌های پیشرفته، توسعه و به‌کارگیری سیستم‌های آبیاری هوشمند در بخش کشاورزی، یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش مصرف آب به‌شمار می‌رود. این سیستم‌ها با استفاده از حسگرهای دقیق خاک، تحلیل داده‌های آب‌وهوایی و مدل‌سازی نیازهای واقعی گیاهان، میزان آبیاری را به‌صورت هوشمند و متناسب با شرایط محیطی تنظیم می‌کنند. به این ترتیب، از آبیاری بیش از حد و هدررفت آب جلوگیری و منابع آبی به شکل بهینه‌تری مصرف می‌شود. این فناوری‌ها علاوه‌بر صرفه‌جویی در مصرف آب، موجب افزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی و کاهش هزینه‌های تولید نیز می‌شوند که در نهایت به توسعه پایدار بخش کشاورزی کمک می‌کند.
از سوی دیگر، مشارکت فعال دولت‌ها و جامعه مدنی در قالب آموزش‌های گسترده، فرهنگ‌سازی و اجرای سیاست‌های حمایتی، نقش بسیار مهمی در تغییر الگوهای مصرف آب ایفا می‌کند. برنامه‌های آموزشی که شهروندان را با اهمیت حفظ منابع آب و روش‌های صرفه‌جویی آشنا می‌کنند، به افزایش آگاهی عمومی و ایجاد رفتارهای مسئولانه در مصرف آب کمک می‌کنند. سیاست‌های تشویقی و مقررات محدودکننده مصرف همچون تعرفه‌های پلکانی و جریمه‌های مربوط به هدررفت آب، انگیزه لازم برای کاهش مصرف بی‌رویه را فراهم می‌آورند. این ترکیب از فناوری‌های نوین و مشارکت اجتماعی، زمینه‌ساز مدیریت جامع، پایدار و هوشمند منابع آب در شهرهای مدرن است و می‌تواند به مقابله مؤثر با چالش کم‌آبی کمک کند.
با وجود پیشرفت‌های فناوری، هزینه‌های بالای نصب و نگهداری، نیاز به انرژی پاک و تضمین دسترسی عادلانه به فناوری‌ها از چالش‌های اصلی شهرها برای مقابله با بحران کم‌آبی به‌شمار می‌روند. آینده مدیریت آب در شهرهای هوشمند نیازمند راهکارهای ترکیبی، مبتنی بر فناوری، سیاست‌گذاری و مشارکت اجتماعی است تا بتواند در برابر تغییرات اقلیمی و رشد جمعیت تاب‌آوری لازم را داشته باشد.