المنافع البيئية لاستخدام أجهزة الاستشعار من مستوى غير القارة في حفظ المياه

4- خفض استخدام المواد الكيميائية والموارد

وفي محطات معالجة المياه، يتسم قياس المستوى الدقيق بأهمية حاسمة بالنسبة لجرعات المواد الكيميائية مثل الكلورين والكوغلات ومكيفات الصحة، ويؤدي الإفراط أو نقص في الاستخدام إلى النفايات والضرر البيئي المحتمل، وتوفر أجهزة الاستشعار غير المحتوية على الترددات بيانات دقيقة لحجم المياه اللازمة للتكييف الكيميائي الدقيق، مما يقلل من كمية المواد الكيميائية المفرج عنها في البيئة، ويقلل أيضاً من التكاليف التشغيلية ومن آثار الكربون المرتبطة بإنتاج المواد الكيميائية ونقلها.

وبالإضافة إلى ذلك، ونظراً لأن أجهزة الاستشعار غير المحتوية على أسلحة غير ملوثة لا تملك أجزاء متحركة تزول، فإنها تحتاج إلى استبدال أقل تواتراً وتوليد نفايات إلكترونية أقل من بدائل الاتصال، كما أن احتياجاتها الطويلة من الخدمات والصيانة أقل تقلل من التأثير البيئي للتصنيع والشحن والتخلص.

Real-World Applications Driving Environmental Impact

الزراعة

الزراعة هي أكبر مستخدم للمياه على الصعيد العالمي، ولا يمكن للمزارعين أن يطبقوا المياه إلا عندما وحيثما يلزم، فقد أظهرت الدراسات أن هذه الزراعة الدقيقة يمكن أن تقلل من استهلاك المياه من قبل 20-50% [FLT example]().

وتخسر المدن كميات هائلة من المياه لتسربها وعدم كفاءةها، كما أن أجهزة الاستشعار غير التابعة للمراقبات التي توضع في آبار واضحة، وخزانات مرتفعة، وخزانات التوزيع توفر خلفية البيانات لشبكات المياه الذكية، كما أن المدن مثل [الأنبوب الكثيفة]] Barcelona، إسبانيا ، و، تُدير تقلبات الموارد هذه(3).

وتستخدم الوكالات البيئية أجهزة استشعار من مستوى غير القارة لرصد الأنهار والبحيرات وآبار المياه الجوفية، وتدعم البيانات التنبؤ بالفيضانات وإدارة الجفاف وتقييمات التدفق الإيكولوجي، فعلى سبيل المثال، تستخدم الدراسة الاستقصائية الجيولوجية (USGS) أجهزة استشعار من مستوى الرادار في آلاف من قياسات المجاري على الصعيد الوطني، وتوفر بيانات حاسمة لإدارة موارد المياه دون إزعاج للحياة المائية.

مقارنة مع أجهزة الاستشعار على مستوى الاتصال التقليدي

ومن أجل تقدير المزايا البيئية بشكل كامل، يساعد على مقارنة أجهزة الاستشعار غير المتنازعة بثلاث تكنولوجيات مشتركة قائمة على الاتصال:

• Float shiftes and guages:] Mechanical floats can stick, corrode, or get fouled by debris. They require periodic clean and replacement, generating waste. They also provide only discrete level points, not continuous data, limiting leak detection capacity.
• مترجمو الإجهاد (خاطر): ] يجب أن تكون هذه أجهزة الاستشعار مُغَلَّمة، مما يجعلها عرضة للضغط الأحيائي والرواسب والهجوم الكيميائي، وهي تتطلب الكابلات وأنبوب التهوية التي يمكن أن تُتلفت، مما يؤدي إلى حدوث انجراف في القياس، وكثيرا ما تكون دورة الاستبدال قصيرة ومتزايدة الإلكترونية.
• Capacitance or conductivity probes:] Direct contact with water can lead to scaling, corrosion, or short circuits. they are unsuitable for wastewater or aggressive liquids and may require frequent recalibration and clean, consuming water and chemicals in the process.

وتتجنب أجهزة الاستشعار غير المحتوية على الترددات هذه تماما، فهي لا تزال نظيفة، وتحتاج إلى الصيانة تقريبا، وتعطي بيانات مستمرة خالية من الانجراف لسنوات، ونتيجة لذلك أقل نفايات مادية، وأقل استخداما للتنظيف، والأثر البيئي الأقل دورة الحياة.

التكامل مع نظم المياه الذكية وشبكة المياه

وتضاعفت الفوائد البيئية للمستشعرات غير المتناقلة عندما تدمج في برامج إدارة المياه الذكية الأوسع نطاقاً، وتتيح إمكانية نقل بيانات الاستشعار عن طريق الخلايا أو شبكة لوروا أو شبكات السواتل من أجل منابر التحليل القائمة على الغيوم، ويمكن أن تكشف خوارزميات التعلم عن وجود شذوذ، والتنبؤ بالطلب، وتضع جداول مضخات على النحو الأمثل.

فعلى سبيل المثال، يمكن لفائدة المياه أن تجمع بين البيانات المستمدة من عشرات أجهزة استشعار من مستوى الصهاريج غير المحتوية على مدافع التدفق ومجسات الضغط من أجل إيجاد توأم رقمي من شبكة التوزيع، ويمكن لهذا النموذج أن يحفّز السيناريوهات، مثل كسر الأنابيب أو ارتفاع الطلب، ويوصي بإدخال تعديلات على الصمامات للتقليل إلى أدنى حد من فقدان المياه، وقد تبين أن هذه النظم تقلل من المياه غير العائدة (الماء المفقودة إلى التسربات والسرقة) من 25 في المائة.

ويدعم هذا الإدماج أيضا حفظ المياه على مستوى المستهلك، إذ يوفر بيانات دقيقة وواقعية في أقارب الأسر المعيشية ونظم جمع مياه الأمطار، بل وحتى مجمعات السباحة، يمكن لمالكي المنازل تتبع الاستخدام وكشف التسربات في وقت مبكر، ويمكن أن يكون الأثر التراكمي على ملايين الأسر المعيشية كبيرا.

العائد الاقتصادي والبيئي للاستثمار

ولدى اعتماد أجهزة الاستشعار من مستوى غير المطابقة مسار بيئي قوي لأن المياه الموفرة هي الطاقة التي توفرها المواد الكيميائية التي تنقذ وحافظ على الموئل، فالكلفة الأولية لمستشعر رادار أعلى من مجرد تبديل عائم، ولكن التكلفة الإجمالية للملكية غالبا ما تكون أقل بسبب الحد الأدنى من الصيانة وطول العمر، وعندما تُدرج قيمة المياه الموفرة، تكون فترات الانتكاس التي تقل عن سنة واحدة شائعة في البيئات الزراعية والصناعية.

فعلى سبيل المثال، يمكن لبرج التبريد الكبير الذي يستخدم أجهزة استشعار غير ملوثة لمراقبة دقيقة للمياه المكياجية أن ينقذ ملايين الغالون سنويا، بتكلفة مائية تبلغ 0.005 دولار للغالون الواحد (معظم بلديات الولايات المتحدة)، مما يوفر 10 ملايين غالون يساوي 000 50 دولار في السنة، وقد تكلّف أجهزة الاستشعار نفسها 000 2 دولار - 000 5 دولار، مع تجاوز معدل العمر 10 سنوات، مما يدر وفورات في التكلفة.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من فوائدها، فإن أجهزة الاستشعار من مستوى غير المتنازع ليست رصاصة فضية، بل تتطلب خطا واضحا من البصر لسطح المياه، يمكن أن يعرقلها الرغاوي أو البخار أو التكثيف في بعض التطبيقات، ويمكن أن تعالج أجهزة الاستشعار من الرادار هذه الظروف على نحو أفضل من الأشعة فوق البنفسجية، ولكنها قد تكون أكثر تكلفة، ويجب النظر بعناية في ارتفاع الترسبات أو ارتفاع درجات الحرارة أو أشعة الصخور أو رطوبة الزائفة الأرضية.

وبالإضافة إلى ذلك، تتوقف الفوائد على السياق الأوسع للنظام، إذ لا يحفظ جهاز الاستشعار غير المتنازع على المياه إلا إذا لم يتم التصرف في البيانات، ولا بد من تحقيق تكامل سليم مع نظم المراقبة وتدريب الموظفين وثقافة إدارة المياه، كما يجب على المنظمات أن تنظر في أمن البيانات وموثوقيتها، ولا سيما بالنسبة للمستشعرات المترابطة باليو تي في الهياكل الأساسية الحيوية.

خاتمة

والفوائد البيئية لأجهزة الاستشعار من مستوى غير القارة واضحة: فهي تقلل من النفايات المائية عن طريق الكشف الدقيق عن التسرب، وتشجع على سحب المياه بصورة مستدامة وصحة النظام الإيكولوجي، وانخفاض استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة، وتخفض إلى أدنى حد استخدام المواد الكيميائية والموارد، واعتمادها استراتيجية منخفضة التكلفة نسبيا، وذات أثر كبير بالنسبة لأي مستخدم للمياه، من المزارعين إلى البلديات إلى النباتات الصناعية، وبما أن ندرة المياه في تزايدها في ظل تغير المناخ، فإن التكنولوجيات التي تتيح إمكانية المحافظة على الكائنات الحية.

وبالنسبة للمنظمات التي تسعى إلى تعزيز إدارتها البيئية، فإن الاستثمار في هذه أجهزة الاستشعار خطوة عملية نحو مستقبل أكثر استدامة للمياه، وهي، إلى جانب النظم الذكية والالتزام بالقرارات التي تحركها البيانات، توفر طريقاً لخفض آثار المياه التي لدينا بينما توفر المال وحماية الكوكب.