الناس في البلدان المتقدمة يديرون الصنبور وتدفقات مياه الشرب الآمنة ، وهي فائدة صحية كبيرة يميلون إلى أخذها كأمر مسلم به. وتعطل هذا الرضا عن النفس بشكل كبير العام الماضي عندما بدأ الأطفال في فلينت بولاية ميشيجان بإجراء اختبارات إيجابية للتسمم بالرصاص وتمت تتبع المصدر إلى مياه الصنبور. لكن لم يكن على فلينت أن يفاجئ أحد في الواقع ، لقد كان المتخصصون في صناعة المياه في حالة تأهب طوال سنوات. تم بناء جزء كبير من البنية التحتية للمياه في العالم المتقدم 70 to 100 years ago وتقترب من نهاية عمرها المفيد. تقول جمعية الأشغال المائية الأمريكية أننا دخلنا "عصر الاستبدال" ، الذي يتعين علينا فيه إعادة بناء "أنظمة المياه والصرف الصحي التي تركتها لنا الأجيال السابقة." معظم الأنابيب ، اعتماداً على موادها والبيئة التي يقيمون فيها ، عمر 60 إلى 95 سنوات. يمكن للمكونات الميكانيكية والكهربائية لمحطات المعالجة أن تخدم 15 إلى 25 سنوات. وبدون ترقيات فورية ، من المرجح أن نرى تدهورًا في جودة المياه ، مع وقوع المزيد من حوادث التسمم بالرصاص أو التسمم بالزرنيخ والتلوث البكتيري والفيروسي ، وزيادة أعداد التسريبات التي تعطل خدمة المياه وتؤدي إلى إصلاحات طارئة مكلفة.

في 2013 الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين أعطى الولايات المتحدة نظام مياه الشرب درجة من D. في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، تنفجر أنابيب المياه 240,000 في السنة ، أو حوالي واحد كل دقيقتين. في كل عام ، يتم فقدان أكثر من 32 مليار متر مكعب (41 مليار ياردة مكعبة) من المياه المعالجة للتسرب في جميع أنحاء العالم - ما يكفي من المياه لخدمة ما يقرب من 400 مليون شخص ، وفقا للبنك الدولي. وعلى الرغم من أن مياه الشرب في الولايات المتحدة لا تزال آمنة بشكل عام ، إلا أن التلوث بالبكتيريا أو الفيروسات يجعل الناس مرضى بانتظام. في 2011 - 2012 ، رأى الأمة 32 تفشي الأمراض المرتبطة بالمياه الشرب ، مما تسبب في 431 حالات المرض والوفيات 14وفقا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها.

رفع أكثر من 1 مليون ميل (1.6 مليون كيلومتر) من الشرب أنابيب المياه في الولايات المتحدة - إلى جانب البنية التحتية للمياه أخرى - وتوسيع النظم لتلبية احتياجات السكان المتزايدة من المتوقع أن تكلف أكثر من 1 تريليون $ الولايات المتحدة خلال الفترة القادمة سنوات 25 ، وفقا لل AWWA. على الرغم من أن الاستثمار المالي المطلوب هو محيرة للعقل، تأجيل ترقيات يمكن أن يعني تدهور نوعية المياه من تسرب الأنابيب أو مرافق المعالجة التي عفا عليها الزمن، انقطاع الخدمة وتكاليف أعلى من ذلك: انها أرخص بكثير لمنع تسرب من لإصلاح الأضرار الناجمة عن المياه بعد ذلك في المباني متعفن أو الطرق الملتوية.

لإجراء عمليات فرز مستهدفة ، تساعد التكنولوجيات الجديدة - أجهزة الاستشعار ، والعدادات الذكية ، ومنصات إدارة البيانات - مديري المياه على اتخاذ قرارات مستنيرة حول كيفية تخصيص الأموال الثمينة ومواجهة المشاكل.

"نحن نبشّر إدارة الأصول. لا تستبدل فقط x يقول تومي هولمز ، المدير التشريعي لـ (AWWA) ، إن نسبة الأنابيب في السنة "قم بإجراء تحليل للنظام الخاص بك واختر أي 2 في المائة من الأنابيب تحتاج إلى استبدال ، بدلاً من التركيز فقط على منطقة جغرافية. تريد استبدال الأنابيب على وشك الفشل أولاً ".

ترسانة ارسنال

المساعدة في اتخاذ هذه القرارات الاستراتيجية هي عدادات المياه ، التي تسير على التكنولوجيا المتقدمة. بدأت المدن في تركيب العدادات الذكية في منازل العملاء والشركات لقياس استخدام المياه. نظرًا لأن البنية التحتية المتقدمة للمتر (المعروفة في مجال العمل باسم AMI) يمكنها نقل البيانات حول المياه المستهلكة عبر التكنولوجيا اللاسلكية إلى المكاتب المركزية في الوقت الفعلي ، يمكنها أن "تخبرك أكثر بكثير من مجرد استخدام المياه" ، كما يقول كين تومسون ، نائب مدير قسم الذكاء. حلول المياه ل CH2Mوهي شركة هندسية عالمية مقرها في ولاية كولورادو تساعد البلديات في التخطيط لترقيات البنية التحتية للمياه ، واختيار التقنيات ودمج المعدات في نظام إدارة واحد. يقول طومسون أن عدادات AMI يمكن أن تجد تسريبات على ممتلكات العميل من خلال اكتشاف أنماط استخدام غير معتادة. ويمكنهم أيضًا التخلص من انقطاع خطوط الأنابيب أسفل الشارع ، مما يؤدي إلى شفط المياه وجلب المياه من منازل المقيمين. يقول طومسون: "إذا رأيت مجموعة مع مشكلة ارتجاع ، فمن المحتمل أن يكون هناك انقطاع في خط الأنابيب في هذا الشارع". باستخدام هذه البيانات ، يمكن للمديرين حساب موقع الفاصل وإصلاحه على الفور قبل أن يدمر المنازل والطرق المجاورة.

تعتبر المستشعرات عنصراً رئيسياً آخر في البنية التحتية الحديثة للمياه ، وتستخدم للكشف عن كل من التسربات والتلوث. يمر الماء مباشرة فوق المستشعر ، المصمم لقياس الخصائص الكيميائية المحددة للمياه. يتم وضع المستشعر في علبة أسطوانية ، عادة ما تكون مصنوعة من المعدن أو البلاستيك و 8 إلى 12 بوصة طويلة ، والتي يمكن أن تعلق مباشرة في الأنبوب. تحتوي الاسطوانة أيضًا على إلكترونيات لجمع البيانات والاتصالات. بالنسبة لأنظمة إدارة المياه ، تستخدم CH2M عادة ثلاثة أنواع من أجهزة الاستشعار ، كما يقول Thompson. تتمتع مياه الشرب بملف كيميائي معياري ، لذلك تم تصميم أجهزة الاستشعار لتحديد الانحرافات ، بدلاً من اختبار الملوثات الفردية. إذا كانت أجهزة الاستشعار تشير إلى انحراف ، فإن ذلك ينبه مديري المياه على اختبار المياه لتحديد سبب التغيير وما إذا كان ضارًا بالصحة العامة.

"هناك مئات الآلاف من المركبات ،" يقول طومسون. "لا يمكنك النظر إلى كل شيء".

يقول تومسون إن أجهزة الاستشعار التي يستخدمها عملاء CH2M تكلف عادةً بضعة آلاف من الدولارات. وقد تستخدم أداة أكبر مثل تلك التي تعمل في دالاس ، تكساس ، أجهزة 10 إلى 20 ، كما يقول ، في حين أن خدمة صغيرة تخدم بضعة آلاف من الأشخاص "قد تفلت من واحد أو اثنين".

في جامعة ماكماستر في هاملتون بأونتاريو ، يعمل الباحثون على نهج مختلف لتقنية استشعار الماء - وهو أرخص بكثير. يقول غاي يوي تونغ ، المدير التنفيذي لمكتب اتصال الصناعة في McMaster ، إن الباحثين في الجامعة يعملون على إنتاج أجهزة استشعار تكلف حوالي 10 من دولارات الولايات المتحدة.

Rيحقق الباحثون esearchers هذا السعر الدراماتيكي عن طريق تصغير أجهزة الاستشعار (لنحو حجم بذرة السمسم) واستخدام المواد منخفضة التكلفة وطرق التصنيع. "انها مثل تصنيع أجهزة الاستشعار باستخدام طابعة نافثة للحبر في مقابل التصنيع عالي التخصص ، "يقول Yuyitung. "إنهم يقللون المكونات بحيث يمكن إنتاجها بكميات كبيرة".

قام كل من أستاذ الهندسة ماكماستر جمال دين وفريقه ، بما في ذلك زملائه أعضاء هيئة التدريس الهندسة راجا غوش ورافي Selvaganapathy ، أجهزة استشعار كيميائية يمكنها اكتشاف الكلور ودرجة الحموضة في مياه الشرب. على أعلى المواد الأساسية ، يمكنهم تطبيق واجهات كيميائية مختلفة بحيث يمكن للمستشعرات اختبار مجموعة متنوعة من مشكلات التلوث. في المستقبل ، قد يجعل هذا الابتكار في أجهزة الاستشعار من الوصول إلى هذه التقنيات أسهل ، خاصة بالنسبة لمرافق المياه الصغيرة. في الولايات المتحدة ، تخدم 84.5 في المائة من شبكات المياه المجتمعية أقل من 3,300.

ولأن أجهزة الاستشعار رخيصة ويمكنها الاتصال لاسلكيًا ، يمكن استخدامها أيضًا للمساعدة في ضمان مياه الشرب الآمنة في المجتمعات الصغيرة والنائية التي لم ترتبط بعد بنظام البلديات لمعالجة المياه ، مثل مجتمعات الأمم الأولى في القرى الشمالية أو الريفية في كندا في الهند. هناك حاجة إلى بنية تحتية جديدة للمياه لتلبية احتياجات تزايد عدد السكان في جميع أنحاء العالم ، ولكن حتى قبل بنائها ، يمكن أن تستفيد المجتمعات من التقنيات التي تقيس جودة مياهها. قد يستخدم الأشخاص الذين يعيشون خارج شبكة المياه أجهزة الاستشعار لاختبار بحيراتهم أو مجاريهم أو بئرهم لتحديد ما إذا كان الزرنيخ الذي يحدث بشكل طبيعي في مياههم أو أبقاره قد انفجر مؤخراً في مجرى النهر.

إدارة النظم

يوفر البرنامج أداة تكنولوجية أخرى لتحديد أولويات ترقيات البنية التحتية لإمدادات المياه البلدية. اثنين من اللاعبين الكبار هم مايكروسوفت سيتي نكست و المدن الذكية IBMالتي تحلل البيانات من العدادات الذكية وأجهزة الاستشعار وغيرها من المصادر لتحديد التسربات الناشئة والتلوث.

يستخدم نظام المتنزهات في مقاطعة ميامي - دايد ، والذي يستخدم أكثر من 300 مليون جالون (1.14 مليار لتر) من المياه سنوياً ، منصة IBM للكشف عن المخالفات في استهلاك المياه وإرسال مديري الحدائق لفحصها. يقول جاك كارديز ، مدير مقاطعة ميامي دايد ، والمتنزهات ، والترفيه ، وإدارة الفضاء المفتوح: "إننا ننقذ فعليًا أشهرًا في العثور على هذه الإصلاحات والرد عليها". ويتوقع القسم توفير 7 إلى 12 بالمائة في فاتورة المياه السنوية التي تبلغ قيمتها 4 مليون دولار أمريكي.

كما يوفر CH2M مرافق المياه مع منصة إدارة الأنظمة التي تساعد المشغلين على أن يكونوا سباقين في حل المشكلات ، بدلاً من رد الفعل ، كما يقول تومسون. في 2013 ، بتمويل من وكالة حماية البيئة الأمريكية ، قامت CH2M بتثبيت أنظمة المراقبة والاستجابة في فيلادلفيا ونيويورك ودالاس وسان فرانسيسكو. على الرغم من أن هذه الأنظمة قد صممت لحماية مياه الشرب من الأخطاء ، إلا أن المدن تستخدمها لإدارة جودة مياه الشرب ، كما يقول طومسون. وقد أكمل CH2M حوالي 12 نظامًا كبيرًا للمياه في الولايات المتحدة وآلاف الأنظمة ذات الأحجام المختلفة في جميع أنحاء العالم ، كما يقول.

إن القوة الحقيقية لمنصات البيانات تجمع في موقع واحد تيارات مختلفة من المعلومات - معدلات تدفق المياه ، وحالة البنية التحتية ، ونوعية المياه - التي كانت سامة في السابق.

يقول مايكل سوليفان ، مدير المبيعات بشركة IBM Smarter Water Management ، أن مثل هذه الأنظمة قد تكون قد حددت خطر الرصاص في Flint بسرعة أكبر. "جزء من المشكلة مع فلينت لم يكن هناك رؤية حقيقية" ، كما يقول. "كانت هناك جيوب من المعلومات ، ولكن المشكلة لم تظهر في الواقع حتى أبعد بكثير على طول الخط".

إن "معاملة المواطنين مثل المستشعر" ، كما يقول سوليفان ، تحظى بشعبية خاصة في البلدان النامية.يمكن لمنصات البيانات مثل IBM و CH2M دمج معلومات بارزة أخرى أيضًا ، مثل المواد وعمر الأنابيب في منطقة معينة ومتوسط ​​العمر المتوقع في البيئات المحلية. ويمكنهم أيضًا الإبلاغ عن المشكلات في وقت قريب تقريبًا عندما تتجاوز مكالمات العملاء حول التسريبات أو جودة المياه المتغيرة في منطقة معينة حدًا أساسيًا.

الاعتماد على عيون العملاء على الأرض ليس جديدًا. 1993 Cryptosporidium parvum تفشي المرض في ميلووكي أن مرض 400,000 تم الإبلاغ عنه في البداية عندما اتصلت إحدى الصيدليات المحلية بمسؤولي الصحة العامة ، قائلة أنه لا يمكن إبقاء إيموديوم في المخزون ، حسب قول طومسون.

إن التغذية الراجعة البشرية مهمة بشكل خاص للأنظمة التي ليس لديها بعد أمتار ذكية أو أجهزة استشعار. إن "معاملة المواطنين مثل المستشعر" ، كما يقول سوليفان ، تحظى بشعبية خاصة في البلدان النامية. في جنوب أفريقيا ، اختبر الأشخاص تطبيقًا برعاية IBM يسمى WaterWatchers التي سمحت لهم بالإبلاغ عن قضايا مثل التسرب أو التلوث أو سد العوائق عبر هواتفهم المحمولة ، كما يقول سوليفان.

سؤال التمويل

في حين أن التكنولوجيا الذكية يمكن أن تساعد مرافق المياه على اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً حول أين تنفق دولارات الاستثمار الرأسمالية ، مما يوفر على الأرجح الأموال بشكل عام ، ما زالت هناك مسألة أين يمكن الحصول على الـ 1 تريليون دولار الذي تتوقعه AWWA سنحتاج إلى إصلاح البنية التحتية المتعثرة لمياه الشرب في الولايات المتحدة. خلال ربع القرن القادم.

في الولايات المتحدة ، أنفقت الحكومات الفيدرالية والولائية والمحلية 109 مليار دولار أمريكي على البنية التحتية للمياه (بما في ذلك مرافق تزويد المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي وكذلك معالجة مياه الشرب وتسليمها) في 2014 ، وفقا لمكتب الميزانية في الكونغرس. وكان ثلث ذلك فقط - أي نحو 10 مليار دولار أمريكي - مخصص للاستثمارات الرأسمالية مثل الأنابيب الجديدة أو مرافق معالجة مياه الشرب المحدثة.

تأتي هذه الدولارات في المقام الأول من رسوم المياه المحلية ، والسندات البلدية المعفاة من الضرائب ، والصندوق المتجدد لدولة المياه النظيفة التابع لوكالة حماية البيئة ، $ 863 مليون في المنح إلى الولايات لمرافق مياه الشرب في السنة المالية 2016. أنشأ الكونغرس برنامج قروض جديد منخفض الفائدة في 2014 لكنه لم يخصص المال بعد لذلك.

هذه الأموال من المال ليست كافية. للوصول إلى استثمار 1 تريليون دولار ، ستحتاج الولايات المتحدة إلى إنفاق متوسط ​​400 مليار دولار أمريكي سنويًا. إن مبلغ 36 مليار دولار أمريكي للاستثمارات الرأسمالية أقل بكثير.

في نهاية المطاف ، من المرجح أن يضطر العملاء إلى دفع المزيد مقابل المياه ، لذلك فإن المرافق لديها بدورها الأموال التي تحتاجها لتحل محل البنية التحتية القديمة. الاستثمار الخاص عبر الشراكات بين القطاعين العام والخاص هو الطريق المحتمل لبلديات تكافح ، وفقا لشركة الخدمات المهنية متعددة الجنسيات EY، على الرغم من اثنين من العقبات الكبيرة. لقد تحاشت الشركات عادة من استثمارات البنية التحتية للمياه لأن قطاع المياه منظم بشكل كبير ومحافظ على التغيير لأن صحة الناس مهددة. ولطالما كان الناشطون في مجال حقوق الإنسان قلقين من أن إشراك الشركات في توصيل المياه سيؤدي إلى ارتفاع الأسعار بالنسبة للفقراء ، وهي حالة لا يمكن تحملها عندما تكون المياه حرجة للحياة. ومع ذلك ، اتخذ الاتجاه نحو الاستثمار الخاص في توصيل المياه خطوة إلى الأمام في مارس 22 ، اليوم العالمي للمياه ، عندما أعلنت قمة المياه في البيت الأبيض أن أكثر من شركات 150 تلتزم بـ 4 مليار دولار من الأموال الخاصة لتحسين البنية التحتية للمياه في الولايات المتحدة.

في نهاية المطاف ، من المرجح أن العملاء لديهم دفع المزيد مقابل الماء لذلك فإن المرافق لديها بدورها الأموال التي تحتاجها لتحل محل البنية التحتية القديمة. ووفقًا لـ AWWA ، يدفع معظم الأمريكيين أقل من $ 3.75 مقابل كل 1,000 جالونات من المياه يتم تسليمها إلى صنابيرهم. يقول تومي هولمز ، المدير التشريعي لـ AWWA ، إن ذلك يقلل بشكل كبير من مياه الشرب الآمنة. "الناس لديهم هذه الفكرة لأن الماء هو شيء يحدث بشكل طبيعي من السماء ، لا ينبغي أن يكون مكلفًا" ، كما يقول. "لكن الطبيعة الأم لا تجمع الماء ، وعلاجه وتسليمه عبر الأنابيب. الناس يفعلون ذلك ، وهم بحاجة إلى أن يتقاضون رواتبهم ".