بحران آب جدی است و این روزها همه در مورد آن صحبت میکنند، بپذیریم که برای فائقآمدن بر این مشکل، باید با نگرشی جدید و هوشمندانه، راهحلهایی متفاوت با آنچه تاکنون اندیشیدهایم و اجراء کردهایم، بیابیم و بکار بندیم.
در سال 2022 ، چابا کروشی[1]، رئیس هفتاد و هفتمین مجمع عمومی سازمان ملل متحد، در کنفرانس مطبوعاتی خود با موضوع آب، درمورد بحران آب اینگونه گزارش داد: امروز، سیارۀ ما با یک بحران بی سابقه در حوزه تأمین آب، مواجه است و پیش بینی میشود تقاضای جهانی برای آب شیرین تا سال 2030 ، تا 40 درصد از میزان عرضه آن، بیشتر شود.[2]
یوهان راکستروم[3]، مدیر مؤسسه تحقیقات تأثیرات آب و هوای پوتسدام و رئیس کمیسیون مشترک جهانی اقتصاد آب، در مصاحبه با گاردین موضوع بحران آب را اینگونه تبیین میکند: شواهد علمی نشان میدهد که ما با بحران آب روبرو هستیم. ما آب را درست مصرف نمیکنیم، آب را آلوده میکنیم و کل چرخه هیدرولوژیکی جهانی را تغییر میدهیم. این یک بحران است.[4]
هدررفت آب زیاد است، برای مثال؛ سیستم های آب شهری در کانادا به طور متوسط بیش از 13 درصد از آب تمیز خود را بین تصفیه و تحویل، به دلیل نشت، ترکیدگی و سایر مسائل از دست میدهند.
در کشور ما ، میزان هدررفت آب در شبکههای توزیع آب شهری و روستایی، حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد تخمین زده میشود. این بدان معناست که از هر ۱۰۰ لیتر آبی که وارد شبکههای توزیع میشود، حدود ۲۵ تا ۳۰ لیتر آن بدون استفاده، از دسترس خارج میشود.[5]
برای مثال؛ میزان آب بدون درآمد در استان خراسان شمالی، حدود 30 درصد است که از این میزان ۱۴ درصد هدر رفت واقعی و مابقی آن مصرف میشود، ولی مبلغی برای آن پرداخت نمیشود. مدیرعامل شرکت آب و فاضلاب خراسانشمالی، فرسودگی شبکه توزیع، کنتورهای خراب، انشعابات فرسوده و انشعابهای غیرمجاز را از عوامل هدر رفت آب عنوان میکند.[6]
استفاده از هوش مصنوعی
هوش مصنوعی نقشی فزاینده در مدیریت منابع آب ایفاء میکند و راه حلهای نوآورانهای را برای مقابله با چالشهای مرتبط با کمبود آب، آلودگی و مدیریت کارآمد در این حوزه، ارائه میدهد. در اینجا برخی از نقشهای کلیدی هوش مصنوعی در مدیریت منابع آب، آورده شده است:
پیشبینی و مدلسازی:
هوش مصنوعی میتواند الگوهای آب و هوایی، بارش، جریان رودخانهها و سطح آبهای زیرزمینی را با دقت بالایی پیشبینی کند. این اطلاعات برای تصمیمگیری آگاهانه در مورد تخصیص آب، برنامهریزی برای خشکسالی، سیل و مدیریت مخازن آب، ضروری است. مدلهای هوش مصنوعی میتوانند اثرات تغییرات آب و هوایی بر منابع آب را شبیهسازی کنند و به دانشمندان و سیاستگذاران کمک کنند تا برای آینده آماده شوند.
الگوریتمهای هوش مصنوعی، الگوهای مصرف آب را در کنار عوامل محیطی مانند آب و هوا، رشد جمعیت و توسعه شهری برای پیشبینی تقاضا، تحلیل میکنند. پیشبینیهای دقیق به سیاستگذاران این امکان را میدهد که تخصیص بهتر آب را برنامهریزی کنند و از کمبود آن جلوگیری کنند.
تشخیص نشت و مدیریت شبکههای انتقال و توزیع آب:
الگوریتمهای هوش مصنوعی میتوانند دادههای حسگرها را در شبکههای توزیع آب تجزیه و تحلیل کنند تا نشتها را به سرعت و با دقت شناسایی کنند. این امر به کاهش هدررفت آب و بهبود کارایی سیستم کمک میکند. تلفات پرهزینه آب در سیستم های آب شهری را می توان با استفاده از حسگرها و فناوری جدید هوش مصنوعی به میزان قابل توجهی کاهش داد. برای مثال، در دانشگاه واترلو فناوری ابداع شده است، که پتانسیل شناسایی نشتیهای کوچک در لولهها را دارد و از تکنیکهای پیچیده پردازش سیگنال و نرمافزار هوش مصنوعی برای شناسایی علائم آشکار نشتهایی که از طریق صدا در لولههای آب تشخیص داده میشوند، استفاده میکنند. محققان این دانشگاه اکنون در حال انجام آزمایشهای میدانی این روشها هستند، که نشتهایی به کوچکی 17 لیتر در دقیقه را، در آزمایشگاه تشخیص دادهاند[7].
همچنین با استفاده از هوش مصنوعی میتوان عملکرد پمپها، شیرها و سایر اجزای شبکه آب را بهینه کرد و مصرف انرژی و هزینههای عملیاتی را کاهش داده و این امر باعث تسهیل نگهداری پیشگیرانه میشود.
نظارت در لحظه بر مصرف مشترکین:
با ادغام هوش مصنوعی با حسگرهای اینترنت اشیاء، سیستمهای هوشمند میتوانند دادههای بلادرنگ مصرف آب را ارائه دهند. این موضوع به تشخیص مشکلات شبکه توزیع، مانند نشت (در لولهکشی داخلی) یا مصرف بیش از حد کمک میکند و اقدامات اصلاحی سریع را ممکن میسازد. کنتورهای هوشمند نصب شده در خانهها می توانند استفاده غیرمتعارف (براساس الگوهای مصرف منطقی[8]) را شناسایی کرده و استراتژی های اصلاحی را پیشنهاد یا اعمال کنند.
برای مثال، اگر یکی از لولههای داخلی منزل آسیب ببیند، با تشخیص بلادرنگ مصرف غیرمتعارف، با حضور مامورین شرکتهای توزیع آب، به مشترک اطلاعرسانی میشود و در صورت عدم پاسخگویی مشترک، آب منزل به صورت موقت قطع میشود و از واردآمدن خسارت به مشترک و همچنین هدررفت آب جلوگیری میشود.
نظارت بر کیفیت آب:
هوش مصنوعی میتواند دادههای حسگرها و تصاویر ماهوارهای را تجزیه و تحلیل کرده و بر کیفیت آب در رودخانهها، دریاچهها و مخازن نظارت کند. این امر به شناسایی منابع آلودگی و اتخاذ اقدامات اصلاحی کمک میکند. الگوریتمهای هوش مصنوعی میتوانند سطوح آلایندهها را پیشبینی کنند و هشدارهای زودهنگام را در مورد خطرات احتمالی ارائه دهند. همچنین ابزارهای هوش مصنوعی دادههای حسگرها را برای نظارت بر کیفیت آب مصرفی تجزیه و تحلیل میکنند. آنها آلودگی را بلادرنگ تشخیص می دهند و به مسئولین هشدار میدهند تا به سرعت به مسائل رسیدگی کنند و از سلامت آب مصرفی مردم، اطمینان حاصل کنند.
آبیاری و کشاورزی:
مدیریت هوشمند آبیاری: سیستمهای مجهز به هوش مصنوعی میتوانند براساس میزان رطوبت خاک، نوع محصول و شرایط جوی، زمان و مقدار دقیق آبیاری را مشخص کنند. این کار از آبیاری بیشازحد یا کم، جلوگیری میکند و باعث مصرف بهینه آب میشود. همچنین الگوریتمهای یادگیری ماشین میتوانند نیازهای آبی محصولات را پیشبینی کنند، به گونهای که کشاورزان بتوانند برنامهریزی دقیقتری برای آبیاری داشته باشند.
استفاده از تصاویر ماهوارهای: با تحلیل دادهها و تصاویر ماهوارهای توسط هوش مصنوعی میتوان وضعیت رشد محصول و سلامت زمین را ارزیابی نمود. این اطلاعات به کشاورزان کمک میکند تا تصمیمات بهتری در مورد آبیاری بگیرند.
سیستمهای خودکار آبیاری: سیستمهای خودکار و هوشمند آبیاری که توسط هوش مصنوعی کنترل میشوند، امکان نظارت و کنترل از راه دور آبیاری را، فراهم میکنند. این امر به صرفهجویی در میزان آب مصرفی، زمان و انرژی منجر میشود.
مدیریت خشکسالی و سیل:
با استفاده از هوش مصنوعی میتوان با پیش بینی دقیق میزان بارش و یا وقوع سیل، خسارات ناشی از این پدیدههای طبیعی را به حداقل رساند.
آگاهی و مشارکت عمومی
سکّوهای مبتنی بر هوش مصنوعی[9] میتوانند از طریق بازیسازی (Gamification) (که گاهی هم به بازیآفرینی ترجمه میشود) به عنوان دانش طراحی تغییر رفتار Behavioral Design)) و تحلیل رفتاری (Behavior analysis) ؛ به شیوهای کارآمد و مؤثر، مدیریت مصرف و صرفهجویی در مصرف آب را، به افراد آموزش دهند. این آموزشها، در سطوح فردی و جمعی، افراد جامعه را، به مصرف مسئولانه آب ترغیب میکنند.
سازگاری با تغییرات اقلیمی
هوش مصنوعی با تحلیل دادههای آب و هوا و مدلسازی تأثیر تغییرات اقلیمی بر منابع و مصارف آب، تغییرات آتی در الگوهای بارش، دما، تبخیر و سایر عوامل مؤثر بر منابع آب را پیشبینی کرده، سناریوهای مختلف تغییرات اقلیمی را شبیهسازی نموده و تأثیرات آنها را بر منابع آب مانند رودخانهها، دریاچهها، سفرههای آب زیرزمینی و همچنین مصارف آب در بخشهای مختلف (کشاورزی، صنعت و خانگی) ارزیابی میکند. همچنین با شناسایی نقاط ضعف و آسیبپذیریهای سیستمهای مدیریت منابع آب در اثر تغییرات اقلیمی (شامل کاهش منابع آب، افزایش خطر سیل، تغییر کیفیت آب و افزایش تقاضای آب) و شناسایی مناطق حساستر به تغییرات اقلیمی، اولویتهای مدیریت منابع آب را در این مناطق را تعیین کند و در طراحی و اجرای استراتژیهایی برای مدیریت پایدار منابع، به ما کمک کند با این تغییرات اقلیمی سازگار شویم.
همچنین هوش مصنوعی میتواند با شناسایی و ارزیابی منابع آب جایگزین، مانند آبهای بازیافتی و آبهای شور، به مدیریت منابع آب شیرین، در شرایط تحت تأثیر تغییرات اقلیمی، به ما کمک نماید.
[2] https://www.weforum.org/stories/2023/03/global-freshwater-demand-will-exceed-supply-40-by-2030-experts-warn/?hl=en-US#:~:text=Freshwater
[4] https://www.theguardian.com/environment/2023/mar/17/global-fresh-water-demand-outstrip-supply-by-2030
[5] https://www.isna.ir/news/1403062415085/%D9%87%D8%AF%D8%B1%D8%B1%D9%81%D8%AA-%D8%A2%D8%A8-%D8%AF%D8%B1-%D8%A7%DB%8C%D8%B1%D8%A7%D9%86-%DA%86%D9%82%D8%AF%D8%B1-%D8%A7%D8%B3%D8%AA
[6] https://barghab.ir/%D8%B5%D8%B1%D9%81%D9%87-%D8%AC%D9%88%DB%8C%DB%8C-%D8%AF%D8%B1-%D9%85%D8%B5%D8%B1%D9%81-%D8%A2%D8%A8-%D8%A7%D9%88%D9%84%DB%8C%D9%86-%DA%AF%D8%A7%D9%85-%D8%AF%D8%B1-%D8%AC%D9%87%D8%AA-%D8%AA%D9%88/
[7] https://uwaterloo.ca/news/news/ai-could-help-cities-better-detect-water-leaks
[8] rational water consumption patterns
[9] Artificial intelligence platforms