المياه

أبنية – خاص

تتزايد الحاجة إلى إدارة ذكية للمياه داخل المياني، لا سيَّما في ظل التحديات البيئية المتزايدة وندرة الموارد المائية، أصبحت إدارة المياه الذكية ضرورة ملحة لضمان استدامة هذا المورد الحيوي. تعتمد إدارة المياه الذكية داخل المباني على دمج التكنولوجيا الحديثة مع الأنظمة الهندسية لتقليل الهدر، تحسين الكفاءة، وتوفير المياه بأفضل الطرق الممكنة.

مفهوم إدارة المياه الذكية

إدارة المياه الذكية تعني استخدام تقنيات مبتكرة وأتمتة الأنظمة المائية في المباني للتحكم في استهلاك المياه، إعادة تدويرها، وتحسين توزيعها. يتم ذلك باستخدام أنظمة متصلة تعتمد على أجهزة استشعار وإنترنت الأشياء (IoT) لجمع البيانات وتحليلها، ما يتيح التفاعل مع أنظمة المياه في الوقت الفعلي.

أهداف إدارة المياه الذكية

1. تقليل استهلاك المياه: عبر مراقبة الاستخدام ومنع الهدر.
2. إعادة التدوير: تحويل المياه المستهلكة (مثل المياه الرمادية) إلى موارد قابلة للاستخدام.
3. الكفاءة: تحسين أداء أنظمة المياه وتقليل تكاليف التشغيل.
4. الاستدامة البيئية: تقليل البصمة المائية والحفاظ على الموارد الطبيعية.

مكونات أنظمة المياه الذكية داخل المباني

1. أجهزة استشعار المياه

• تقيس معدل التدفق، ضغط المياه، ومستوى الاستهلاك.
• تكشف عن التسريبات تلقائيًا وتُرسل تنبيهات للمستخدمين.

2. أنظمة إعادة تدوير المياه

• تجميع المياه الرمادية (مثل مياه الأحواض والمغاسل) ومعالجتها لاستخدامها في الري أو التنظيف.
• أنظمة تجميع مياه الأمطار لتخزينها واستخدامها لاحقًا.

3. أتمتة الصنابير والمراحيض

• تركيب صنابير تعمل بالحساسات لتقليل هدر المياه.
• أنظمة ذكية للتحكم في كمية الماء المستخدمة في المراحيض.

4. إدارة البيانات وتحليلها

• استخدام برمجيات تحليل البيانات لمراقبة الأنماط وتقديم تقارير دورية للمستخدمين حول استهلاكهم.
• تطبيقات للمستخدمين تتيح التحكم عن بُعد في أنظمة المياه.

5. أنظمة التوزيع الذكية

• توزيع المياه بناءً على الاحتياجات الفعلية للمبنى، ما يمنع الفاقد الناتج عن ضخ المياه الزائد.

أنظمة الإدارة الذكية للمياه داخل المباني

1. شبكة أنابيب GIS (Geographic Information System)

يستخدم نظام شبكة أنابيب GIS تقنية نظم المعلومات الجغرافية لإدارة شبكات أنابيب المياه بشكل متكامل. يتيح هذا النظام عرض البيانات من خلال خرائط تفاعلية تحتوي على ميزات مثل التكبير، التجوال، ووضع العلامات الديناميكية. يتميز بقدرته على جمع وتحليل البيانات لتقديم صورة شاملة عن حالة شبكة الأنابيب وتوزيعها، مما يسهل عملية اتخاذ القرارات المتعلقة بالصيانة والإدارة.

يسهم النظام في تحسين كفاءة عمليات الصيانة من خلال تحديد الأعطال بسرعة ودقة، مما يقلل من وقت توقف الأنظمة. يساعد أيضًا في تقليل زمن الاستجابة لحوادث مثل تسرب المياه أو انفجار الأنابيب، مما يقلل من تأثيرها السلبي على المستخدمين والبيئة.

2. التحكم في قسم DMA (District Metered Area)

يعمل نظام التحكم في قسم DMA على تحليل تدفق المياه، توازن المياه، وفروقات الإنتاج والاستهلاك داخل المناطق المحددة. يتم تقسيم شبكة المياه إلى مناطق فرعية تعرف بـ DMA لتسهيل عملية المراقبة والتحكم في استهلاك المياه. هذا النظام يعتمد على جمع البيانات في الوقت الفعلي لتحديد المناطق التي تعاني من تسرب أو فاقد في المياه.

يوفر النظام أداة فعالة لتقليل فاقد المياه الناتج عن التسرب غير المرئي. كما يسهم في تحسين إدارة الموارد المائية من خلال تقديم معلومات دقيقة عن استهلاك المياه وتوزيعها، مما يساعد في تحسين كفاءة الشبكة بشكل عام وتقليل الهدر.

3. نظام فحص شبكة خطوط الأنابيب

هذا النظام مصمم لتسهيل عملية تتبع حالة الفحص الدوري لشبكة الأنابيب. يعمل على تسجيل الحوادث المرتبطة بالأنابيب وإعداد تقارير تفصيلية عن حالة كل قسم منها. يمكن النظام من تقديم إحصائيات مرئية عن أميال الفحص وطرق التنفيذ، مما يساعد في تقديم صورة واضحة عن حالة الشبكة.

يساهم النظام في تبسيط إدارة أعمال الصيانة من خلال تنظيم وإدارة عمليات الفحص بشكل أكثر كفاءة. كما يعزز من سرعة ودقة اتخاذ القرارات المتعلقة بالأجزاء التي تحتاج إلى إصلاح، مما يقلل من التكاليف ويضمن استمرارية الخدمة.

4. جدولة الإنتاج

يشمل نظام جدولة الإنتاج إدارة كافة العمليات المتعلقة بإنتاج المياه، بدءًا من مصادرها مثل المياه الجوفية أو السطحية، وصولًا إلى المستخدم النهائي. يراقب هذا النظام محطات المعالجة، محطات ضخ المياه، وآبار المصادر لضمان جودة وكفاءة توزيع المياه.

يساعد في تحسين كفاءة توزيع المياه من خلال ضمان توازن الإنتاج والاستهلاك. يضمن أيضًا جودة مياه الشرب المقدمة للمستخدمين من خلال التحكم في عمليات المعالجة والتوزيع، مما يعزز الثقة في الخدمة ويقلل من التلوث.

5. نظام SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

يعمل نظام SCADA على جمع البيانات المتعلقة بشبكة المياه ومراقبتها في الوقت الفعلي باستخدام تقنيات السحابة. يتيح هذا النظام تحليل البيانات التشغيلية، وعرض ديناميكيات الشبكة مباشرة، مما يوفر صورة شاملة لحالة النظام وفعاليته.

يساعد في تحسين المراقبة المباشرة لشبكة الأنابيب من خلال توفير معلومات دقيقة في الوقت الفعلي. يقلل هذا النظام من التكاليف التشغيلية من خلال تمكين مراقبة دقيقة ومستمرة، مما يساهم في الكشف المبكر عن الأعطال وتحسين كفاءة الأداء.

6. نظام مراقبة جودة المياه

يعتمد نظام مراقبة جودة المياه على تقنية إنترنت الأشياء (IoT) لتحليل ومراقبة جودة المياه بشكل شامل. يتضمن النظام جمع بيانات عن تدفق المياه، الملوثات، والعوامل البيئية لتحليلها واتخاذ إجراءات تحسين الجودة.

ساهم في تحسين جودة المياه الموردة للمباني من خلال المراقبة المستمرة للكشف عن أي تغييرات غير مرغوبة. يساعد أيضًا في تقليل المخاطر الصحية المرتبطة بالمياه الملوثة، مما يعزز الثقة في نظام إمدادات المياه.

7. نظام رسوم الأعمال

نظام رسوم الأعمال هو نظام شامل لإدارة جميع العمليات المتعلقة بالفوترة والرسوم المترتبة على استهلاك المياه. يشمل إدارة العملاء، العدادات (مثل العدادات الذكية والمغناطيسية)، وقراءة الفواتير وتسويتها.

يحسن النظام شفافية عمليات الفوترة من خلال تقديم بيانات دقيقة عن الاستهلاك. كما يقلل من الأخطاء البشرية في احتساب الرسوم، مما يسهم في تعزيز رضا العملاء وتحقيق الكفاءة المالية.

ضرورة الحفاظ على المياه

أشارت دراسة حول نظام إدارة المياه الذكي القائم على إنترنت الأشياء، بعنوان “An IoT-Based Water Management System for Smart Cities” نحو ضرورة الحفاظ على المياه، لأنَّه أحد الاهتمامات الرئيسية في الوقت الحالي، حيث تتدهور الظروف البيئية بمعدل ينذر بالخطر. حيث تُعد المدن الذكية، على عكس الأنظمة التقليدية للعيش، في طليعة الابتكار من حيث الاتصال والتقدم التكنولوجي.

قامت الفكرة الرئيسية للدراسة على استخدام التكنولوجيا المتاحة لتسهيل الحياة مع تقليل الضرر البيئي. كما أنَّه سيكون نظام إدارة المياه القائم على إنترنت الأشياء (IoT) وتحليلات البيانات (DA) بمثابة أساس لتنفيذ هذا المفهوم وإجراء أبحاث مستقبلية حول كيفية استخدام البيانات وإنترنت الأشياء لتحقيق ذلك.

اقترحت الدراسة المنشورة ضمن كتاب “Water Security and Sustainability” عام 2021، والصادر عن سلسلة “محاضرات في الهندسة المدنية” بدولة سنغافورة، نظامًا قائمًا على إنترنت الأشياء وتحليلات البيانات لإدارة وتوزيع المياه، والذي يسهم – بدوره – في التوزيع الأمثل للمياه بناءً على استهلاك المستخدم على مستوى الحيازات السكنية. فلا يقتصر النظام المقترح على الحد من إساءة استخدام المياه، بل يساعد أيضًا في تخزين بيانات الاستخدام لتحليلها ولأغراض تخطيط المدن على مستوى أوسع.

فوائد إدارة المياه الذكية داخل المباني

1. تقليل التكاليف: خفض فواتير المياه والطاقة المستخدمة في ضخها ومعالجتها.
2. الكشف المبكر عن المشاكل: منع تسريبات المياه وتوفير تكلفة الإصلاحات الباهظة.
3. تحسين الراحة وجودة الحياة: تقديم خدمات مائية عالية الكفاءة وسهلة الاستخدام.
4. حماية البيئة: المساهمة في تقليل استنزاف الموارد المائية وتقليل الانبعاثات الكربونية الناتجة عن معالجة المياه.

كيفية تنفيذ نماذج إدارة المياه الذكية داخل المباني

• المباني السكنية الذكية

تتميز المباني السكنية الذكية بشقق مجهزة بأنظمة إدارة مياه متطورة يمكن التحكم فيها عن بُعد عبر تطبيقات مخصصة للهواتف الذكية. تتيح هذه الأنظمة للسكان مراقبة استهلاك المياه، كشف التسربات بشكل فوري، وضبط أنماط الاستخدام بما يتناسب مع احتياجاتهم اليومية، مما يسهم في تقليل الهدر وتحسين الكفاءة المائية.

• المباني التجارية

تعتمد المباني التجارية مثل مراكز التسوق والمكاتب على أنظمة استشعار متطورة للكشف عن تسرب المياه بشكل فوري وإصلاحها بكفاءة. كما تُدمج هذه الأنظمة مع تقنيات إعادة استخدام المياه الرمادية، مما يساعد في تقليل استهلاك المياه وتقليل التكاليف التشغيلية، مع الحفاظ على استدامة العمليات اليومية.

• المستشفيات والمدارس

تُستخدم أنظمة إدارة المياه الذكية في المستشفيات والمدارس لضمان توفير المياه النظيفة والآمنة مع الحد من الاستهلاك الزائد. تعتمد هذه الأنظمة على تقنيات متقدمة للتحكم في تدفق المياه وضمان توزيعها بكفاءة، مما يعزز صحة المستخدمين ويحقق توفيرًا مستدامًا في الموارد المائية.

التحديات والحلول

1. التكلفة الأولية المرتفعة: يمكن التغلب عليها عبر تقديم حوافز حكومية وتشجيع استخدام التقنيات المستدامة.
2. الوعي المنخفض بأهمية الأنظمة الذكية: يقابله إطلاق حملات توعية ودورات تدريبية لتعريف المستخدمين بأهمية وكفاءة هذه الأنظمة.
3. متطلبات الصيانة الدورية: تطوير خدمات صيانة منخفضة التكلفة وسهلة التنفيذ لضمان كفاءة الأنظمة على المدى الطويل.

ختامًا تبقى الإدارة الذكية للمياه، منظومة فائقة التطوير، تعتمد بشكل أساس على دمج تني الحفاظ على الموارد المائي مع التقنية الهندسية، بما يخلق تناغما وتوأمة، تسعى نحو مستقبل مُستدام ومنطقي في مستقبل يواجه التحدِّيات بحلول كفؤ.