به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، شهرهای هوشمند امروزی فراتر از دیجیتالی‌سازی خدمات شهری حرکت کرده‌اند و تلاش می‌کنند پاسخی به چالش‌های جهانی همچون تغییرات اقلیمی، کمبود منابع و ضرورت تحقق عدالت اجتماعی ارائه دهند. در این میان، اقتصاد چرخشی که بر استفاده مداوم از منابع از طریق بازیافت، بازتولید و بازاستفاده تأکید دارد، جایگاهی محوری یافته و به بخشی جدایی‌ناپذیر از چشم‌انداز شهرهای آینده تبدیل شده است. در این چهارچوب، آب دیگر کالایی خطی نیست که مصرف و سپس دفع شود، بلکه منبعی ارزشمند است که باید در چرخه‌های بسته شهری مدیریت شود. تحقق این رویکرد نیازمند نوآوری‌های فناوری، مشارکت فعال شهروندان و شکل‌گیری مدل‌های نوین حکمرانی است.

مدیریت سنتی منابع آب در شهرها بر پایه الگوی متمرکز و خطی بنا شده است؛ آب استخراج، تصفیه و توزیع می‌شود، سپس مصرف و در نهایت به‌عنوان فاضلاب دفع می‌شود. این مدل در قرن بیستم کارآمد به نظر می‌رسید، اما امروز با رشد سریع تقاضا، فرسودگی زیرساخت‌ها و شدت یافتن پدیده‌هایی چون خشکسالی و سیلاب، ناکارآمدی آن آشکار شده است. چنین سیستم‌هایی اغلب عدالت اجتماعی را نادیده می‌گیرند و دسترسی جوامع حاشیه‌ای به آب سالم و خدمات بهداشتی را محدود می‌سازند. از همین رو، گذار به مدیریت یکپارچه که آب، فاضلاب و رواناب را به‌عنوان زیرسیستم‌های متصل و وابسته به یکدیگر در نظر می‌گیرد، ضرورتی اجتناب‌ناپذیر برای آینده پایدار شهرها محسوب می‌شود.

شبکه‌های هوشمند آب و فاضلاب در این مسیر نقش کلیدی دارند. این شبکه‌ها با ترکیب حسگرها، تحلیل داده‌های لحظه‌ای، کنتورهای پیشرفته و سامانه‌های خودکار، جریان و کیفیت آب را پایش و بهینه می‌کنند. قابلیت‌هایی همچون تشخیص زودهنگام نشتی، نگهداری بر پایه پیش‌بینی، پیش‌بینی تقاضا و کنترل تطبیقی فرایندهای توزیع و تصفیه از جمله مزایای این شبکه‌هاست. زیرساخت اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتال امکان شبیه‌سازی و پیش‌بینی عملکرد شبکه‌ها را فراهم و تاب‌آوری و حکمرانی تطبیقی را تقویت می‌کنند.

نمونه‌های جهانی نشان می‌دهند که این گذار عملی و قابل تحقق است. آمستردام با راهبرد چرخشی آب شامل جمع‌آوری آب باران، تصفیه غیرمتمرکز فاضلاب و استفاده از پساب برای آبیاری شهری، الگویی پیشرو ارائه کرده است. کپنهاگ با سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های هوشمند مدیریت رواناب توانسته خطر سیلاب را کاهش دهد و از آب باران برای مصارف غیرآشامیدنی بهره گیرد. در آمریکای شمالی، شهرهایی همچون تورنتو و سان‌فرانسیسکو با نصب کنتورهای هوشمند و سامانه‌های تشخیص نشتی، هدررفت آب را کاهش داده و تعمیر زیرساخت‌ها را اولویت‌بندی کرده‌اند. پلتفرم‌های دیجیتال نیز شهروندان را قادر ساخته‌اند مصرف خود را پایش کرده و رفتارشان را اصلاح کنند.

در کنار این اقدامات مبتنی بر فناوری، زیرساخت‌های آبی‌سبز همچون پارک‌ها، دریاچه‌ها و تالاب‌های شهری نقش مکمل را ایفا می‌کنند. این فضاها علاوه‌بر کارکرد تفریحی، در ذخیره رواناب، تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی و تصفیه طبیعی آب مؤثر هستند. استفاده از نقشه‌برداری دیجیتال و داده‌های باز به شهرها امکان می‌دهد این فضاهای چندمنظوره را شناسایی و بهینه مدیریت کنند. ادغام این زیرساخت‌ها با شبکه‌های هوشمند آب، امکان مدیریت یکپارچه منابع را فراهم می‌کند. چالش اصلی در این مسیر، نیاز به سرمایه‌گذاری بلندمدت و هماهنگی بین‌بخشی است، اما مزایای زیست‌محیطی و اجتماعی آن‌ها موجب شده است به یک اصل پایه در راهبردهای شهری پایدار تبدیل شوند.

شبکه‌های هوشمند آب و فاضلاب زمانی بیشترین کارایی را دارند که با سایر سیستم‌های شهری همچون انرژی، حمل‌ونقل و مدیریت پسماند یکپارچه شوند. برای مثال، استفاده از پساب تصفیه‌شده در کشاورزی شهری یا سیستم‌های سرمایشی چرخه منابع را تکمیل می‌کند. پلتفرم‌های دیجیتال نیز هماهنگی بین‌بخشی را تسهیل می‌کنند و پاسخ سریع به بحران‌ها و برنامه‌ریزی بلندمدت برای سازگاری با تغییرات اقلیمی را ممکن می‌سازند.

آمستردام؛ راهبرد چرخشی آب و بازچرخانی شهری

آمستردام به‌عنوان یکی از پیشگامان مدیریت چرخشی آب در اروپا، رویکردی جامع و سیستماتیک برای استفاده پایدار از منابع آبی به کار گرفته است. راهبرد چرخشی آب در آمستردام شامل جمع‌آوری آب باران از پشت‌بام‌ها و خیابان‌ها، ذخیره‌سازی آن در مخازن محلی و استفاده از سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز برای بازگرداندن آب به چرخه مصرف است. پساب تصفیه‌شده نیز در آبیاری پارک‌ها، فضاهای سبز و بعضی کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این فرایندها با کمک حسگرهای هوشمند و زیرساخت اینترنت اشیا به‌طور لحظه‌ای پایش می‌شوند تا کیفیت و حجم جریان آب کنترل شود. داده‌های به‌دست‌آمده در پلتفرم‌های شهری باز منتشر می‌شوند تا شهروندان و پژوهشگران بتوانند در مدیریت مصرف مشارکت کنند. این شفافیت و تعامل اجتماعی، آمستردام را به الگویی موفق در مدیریت پایدار و هوشمند منابع آب تبدیل کرده است.

یکی از نوآوری‌های مهم، استفاده از دوقلوهای دیجیتال برای شبیه‌سازی چرخه آب شهری است. این مدل‌ها امکان پیش‌بینی رفتار سیستم در شرایط بحرانی همچون بارش‌های شدید یا خشکسالی را فراهم می‌کنند. اگرچه چالش اصلی آمستردام، تطبیق این فناوری‌ها با زیرساخت‌های قدیمی و هزینه‌های بالای نگهداری است، اما با سیاست‌های حمایتی و مشارکت فعال شهروندان، این شهر توانسته است الگویی موفق برای سایر شهرهای اروپایی ارائه دهد.

کپنهاگ؛ مدیریت هوشمند رواناب و کاهش خطر سیلاب

کپنهاگ با سرمایه‌گذاری گسترده در زیرساخت‌های هوشمند مدیریت رواناب، توانسته است خطر سیلاب‌های ناشی از بارش‌های شدید را کاهش دهد. این شهر از شبکه‌های زهکشی هوشمند استفاده می‌کند که در نقاط کلیدی آن حسگرهای اینترنت اشیا نصب شده است تا پارامترهایی همچون دبی جریان، سطح آب، سرعت جریان آب و فشار و کیفیت رواناب را به‌صورت لحظه‌ای اندازه‌گیری کنند. داده‌ها از طریق ارتباط بی‌سیم به مراکز کنترل منتقل و توسط سامانه‌های تحلیلی پردازش می‌شوند و به‌طور خودکار مسیرهای تخلیه را تنظیم می‌کنند.

شیرهای کنترل هوشمند و پمپ‌های خودکار می‌توانند جریان آب را به مخازن زیرزمینی و کانال‌های فرعی هدایت کنند تا از تجمع آب در خیابان‌ها جلوگیری شود. رواناب جمع‌آوری‌شده در مخازن زیرزمینی ذخیره می‌شود و سپس برای مصارف غیرآشامیدنی همچون آبیاری فضای سبز، شست‌وشوی خیابان‌ها و تغذیه تالاب‌های شهری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رویکرد علاوه بر کاهش خطر سیلاب، به صرفه‌جویی در مصرف آب شهر کمک می‌کند.

کپنهاگ از مدل‌های پیش‌بینی مبتنی بر داده‌های اقلیمی بهره می‌گیرد تا الگوهای بارش و سیلاب را شبیه‌سازی و رفتار شبکه زهکشی در شرایط مختلف بارش را بازسازی کند. مدل‌های شبیه‌سازی‌شده با ترکیب داده‌های حسگرها و پیش‌بینی‌های هواشناسی، امکان پیش‌بینی سیلاب و اقدامات پیشگیرانه را فراهم می‌سازند.

یکی از نوآوری‌های مهم این شهر، ادغام زیرساخت‌های آبی‌سبز با سیستم‌های هوشمند است؛ پارک‌ها و فضاهای سبز شهری به‌عنوان مخازن طبیعی رواناب عمل می‌کنند و با کمک فناوری‌های دیجیتال مدیریت می‌شوند. این فضاها با طراحی هوشمندانه و اتصال به شبکه زهکشی، بخشی از آب باران را جذب و به کاهش فشار بر سیستم‌های زیرزمینی کمک می‌کنند. چالش اصلی کپنهاگ، افزایش هزینه‌های نگهداری و نیاز به هماهنگی بین‌بخشی است و تاکنون توانسته با ترکیب فناوری، سیاست‌گذاری و مشارکت اجتماعی، با این چالش‌ها مقابله کند و الگویی پایدار برای مدیریت هوشمند آب ارائه دهد.

تورنتو؛ دیجیتالی‌سازی زیرساخت‌ها با کنتورهای هوشمند

تورنتو با چالش‌های جدی در زمینه فرسودگی زیرساخت‌های آب و افزایش تقاضا روبه‌رو است و همین موضوع این شهر را به سمت استفاده از فناوری‌های نوین برای مدیریت منابع آب سوق داده است. یکی از مهم‌ترین اقدامات تورنتو، نصب کنتورهای هوشمند است که امکان پایش مصرف آب را به‌صورت لحظه‌ای فراهم می‌کند. این کنتورها داده‌های دقیق مربوط به میزان مصرف را در بازه‌های زمانی کوتاه ثبت و از طریق شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم به مراکز کنترل منتقل می‌کنند. هرگونه تغییر غیرعادی در الگوی مصرف، همچون افزایش ناگهانی جریان ناشی از نشتی یا استفاده غیرمجاز، به‌سرعت شناسایی می‌شود.

در کنار این کنتورها، سامانه‌های تشخیص نشتی لحظه‌ای نیز در شبکه توزیع آب به کار گرفته شده است. این سامانه‌ها با استفاده از حسگرهای فشار و جریان، تغییرات کوچک و غیرعادی را در خطوط لوله ثبت می‌کنند و با کمک الگوریتم‌های تحلیل داده، محل دقیق نشتی را مشخص می‌کنند. داده‌های جمع‌آوری‌شده در یک پلتفرم مرکزی پردازش می‌شوند و نتایج به تیم‌های عملیاتی ارسال می‌شود تا تعمیرات به‌صورت هدفمند و اولویت‌بندی‌شده انجام شود. این رویکرد منجر به کاهش زمان واکنش به مشکلات شده و هزینه‌های ناشی از تعمیرات اضطراری و هدررفت آب را به حداقل رسانده است.

تورنتو همچنین از پلتفرم‌های دیجیتال شهروندی استفاده می‌کند که به کاربران امکان می‌دهد مصرف آب خود را پایش، هشدارهای مربوط به مصرف غیرعادی را دریافت و رفتارشان را اصلاح کنند. این روند فرهنگ صرفه‌جویی و مسئولیت‌پذیری را در میان شهروندان تقویت کرده است. یکی از نوآوری‌های مهم تورنتو، یکپارچه‌سازی مدیریت آب با سیستم‌های انرژی است؛ داده‌های مصرف آب و انرژی به‌صورت همزمان تحلیل می‌شوند تا بهره‌وری کلی شبکه افزایش پیدا کند. ترکیب این فناوری‌ها نه‌تنها هدررفت آب را کاهش داده، بلکه بهره‌وری انرژی در فرایندهای تصفیه و توزیع را نیز افزایش داده است. تورنتو با این اقدامات توانسته مدیریت منابع آب را از یک سیستم سنتی و واکنشی به یک سیستم هوشمند، پیش‌بین و کارآمد تبدیل کند.

سان‌فرانسیسکو: نوآوری در بازاستفاده پساب و مشارکت شهروندی

سان‌فرانسیسکو به‌دلیل بحران کم‌آبی و خشکسالی‌های مکرر کالیفرنیا، به‌طور جدی به سمت استفاده از فناوری‌های نوین در مدیریت منابع آب حرکت کرده است. این شهر با بهره‌گیری از سامانه‌های پیشرفته پایش کیفیت آب، توانسته است آلودگی‌های احتمالی را در لحظه شناسایی و هشدارهای فوری برای جلوگیری از ورود آب ناسالم به شبکه توزیع صادر کند. داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرهای نصب‌شده در خطوط لوله و تأسیسات تصفیه، به یک مرکز کنترل منتقل می‌شوند و با استفاده از الگوریتم‌های تحلیل داده و مدل‌های پیش‌بینی، وضعیت شبکه به‌طور مداوم ارزیابی می‌شود.

یکی از اقدامات مهم سان‌فرانسیسکو، استفاده گسترده از پساب تصفیه‌شده در مصارف صنعتی و کشاورزی شهری است. این اقدام فشار بر منابع آب آشامیدنی را کاهش داده و امکان بازچرخانی آب در چرخه‌های بسته شهری را فراهم کرده است. از سوی دیگر، این شهر از مدل‌های پیش‌بینی تقاضا استفاده می‌کند تا الگوهای مصرف آب را در شرایط مختلف شبیه‌سازی کند و بتواند مدیریت بهینه انجام دهد. این مدل‌ها به مدیران شهری کمک می‌کنند تا در زمان اوج مصرف یا شرایط بحرانی، تصمیمات دقیق‌تری بگیرند.

سان‌فرانسیسکو با ترکیب فناوری‌های هوشمند، بازچرخانی پساب و مشارکت فعال شهروندان توانسته است الگویی موفق برای مدیریت پایدار منابع آب ارائه دهد که نه‌تنها به کاهش هدررفت و افزایش بهره‌وری کمک کرده، بلکه تاب‌آوری شهری در برابر تغییرات اقلیمی و بحران کم‌آبی را نیز ارتقا داده است.