اینترنت اشیا (IoT) و ایمنی سدها در عصر دیجیتال

فوریه 15, 2021 بلاگ آب و فاضلاب, تمام مقالات در:
Dam safety in the digital age:How IoT is transforming dam safety

اینترنت اشیا (IoT) و ایمنی سدها در عصر دیجیتال

در سراسر جهان سدها برای اهداف گوناگونی مانند مهار سیل، تولید برق، تامین آب و حتی فعالیت‌های تفریحی و ورزشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما به دلیل ماهیت سازه‌ای این تاسیسات، تامین ایمنی آن‌ها می‌تواند یک مشکل و نگرانی بزرگ باشد.

در این مقاله چگونگی اثربخشی اینترنت اشیا (IoT) بر برنامه‌های ایمنی سد که توسط اپراتور‌ها برای مقابله با ریسک‌های احتمالی اجرا می‌شود، بررسی خواهد شد.

در سال‌های اخیر تکنولوژی‌ حسگر‌ها پیشرفت زیادی کرده‌اند و به یک ابزار کارآمد برای مانیتورینگ و پایش ابعاد مختلف سلامتی سد تبدیل شده‌اند. روش‌های موثر برای اتصال و اتوماتیک کردن این سنسور‌ها بسیار هزینه‌بر و اجرای آن‌ها دشوار و محدود است.

اینترنت اشیا بسیاری از محدودیت‌های این تکنولوژی را برطرف کرده و پیاده‌سازی ابزار دقیق را به عنوان یکی از مولفه‌های اساسی برنامه مدیریت ریسک آسان‌ می‌کند.

اهمیت ایمنی سد

عموما به سدها‌ به عنوان سازه‌هایی که مستهلک نمی‌شوند نگاه می‌شود، اما اطلاعات گذشته نشان‌ می‌دهد که اثرات خراب بودن سدها پیش از شدید شدن مشکلات در نظر گرفته نمی‌شوند.

طبق داده‌های انجمن ایمنی سدهای دولتی امریکا، که اطلاعات مربوط به تمام سدهای این کشور را ثبت و ضبط می‌کند، می‌توان به اهمیت وجود پروتکل‌های ایمنی با کیفیت بالا پی برد.

  • بیش از 15000 سد در آمریکا، خطرناک قلمداد می‌شوند. این به معنی این است که در صورت بروز مشکل و شکست، خرابی‌های ناشی از آن منجر به از دست دادن زندگی‌های بسیاری از افراد می‌شود.
  • بخش بزرگی از افراد در این کشور، در نزدیکی حداقل یک سد زندگی می‌کنند.
  • 69 درصد سدها مربوط به بخش خصوصی است و ببیشتر مالکان این سدها، منابع مالی لازم برای تعمیرات و نگهداری سدها را ندارند.
  • تاثیر یک خرابی می‌تواند فاجعه‌بار باشد؛ در سال 1889، سد Johnstown شکست و باعث مرگ بیش از 2000 نفر شد. بعد از این اتفاق که به عنوان بدترین حادثه سد در تاریخ ایالات متحده ثبت شده است، در سال 2017 و پس از بارندگی‌های شدید سد Oroville سرریز کرد و در نتیجه این اتفاق 188000 نفر، منازل خود در منطقه پایین دستی سد را تخلیه کردند.

با درک خطراتی که شکستن یک سد می‌تواند برای مردم آن منطقه در پی داشته باشد؛ ضروری است که مدیران و بازرسان سازه‌های سد، ابزار و اقدامات موثر و پیشگیرانه‌ای را برای جلوگیری از ایجاد خطر برای مردم و محیط زیست بکار گیرند.

اینترنت اشیا (IoT) چگونه به ایمنی سد کمک می‌کند؟

برای درک تاثیر اینترنت اشیا (IoT) بر ایمنی سد، باید حالت‌های خرابی بالقوه‌ای که سازه‌ها با آن روبرو هستند و اینکه چگونه شبکه‌های حسگر می‌توانند با نظارت مستمر این مشکلات را کاهش دهند، بررسی شود. 

خرابی‌های سازه‌

نقص‌های بنیادی مانند استقرار و عدم ثبات شیب و یا آسیب ناشی از زلزله حدود 30 درصد از شکست‌های سازه‌ای سد را ایجاد می‌کنند. همچنین قدمت صدها نیز تاثیر بسزایی بر خرابی‌های ساخت و سازی دارد. اگرچه فرآیندهای ساخت و ساز برای استفاده از سدها در چندین دهه طراحی می‌شود، اما بسیاری از سد‌های موجود قدمت بالایی دارند. طبق گزارشات میانگین سنی سدها 56 سال است.

بنابراین بازرسی منظم از سازه‌ها برای تعیین و تایید ثبات سدها امری ضروری است. هرگونه نشانه تغییر رفتارهای سازه‌ها مانند ترک، نشت یا حرکات زیرسطحی باید شناسایی و نسبت به رفع آن‌ها واکنش نشان داده شود.

کمک اینترنت اشیا در هنگام بروز خرابی‌های سازه‌ای چیست؟

نصب سنسورهای دائمی روی هر اینچ مربع از یک سد امکان‌پذیر نیست، اما بازرسان ایمنی اکنون می‌توانند فراتر از شناسایی نقاط آسیب‌پذیر درحال توسعه در سازه بروند. تکنولوژی حسگرهای هوشمند و متصل به شبکه قادر به نظارت بر عملکرد ساختاری با دقت بسیار بالا است. 

دقت و عملکرد خوب سنسورهای هوشمند ، بسیار بالاتر از انجام دستی عملیات نظارت توسط کارکنان است و همچنین هزینه سنسورهای هوشمند بسیار کم‌تر است.

خرابی‌های هیدرولیکی

پرشدن بیش از حد ظرفیت یک سد اغلب پیش‌درآمد خرابی سد است. آمارها نشان می‌دهند که بیش از حد پرشدن سد و مسدود بودن کانال‌ها سرریز، نشت یا نشست تاج سد تقریبا 34 درصد از کل خرابی‌های سدهای ایالات متحده را تشکیل می‌دهد.

بارندگی‌ها عامل اصلی خرابی هیدرولیکی هستند. بارش باران، ذوب شدن برف و سایر عوامل محیطی می‌توانند منجر به ورود بیش از حد آب‌ به مخزن سد شوند؛ که در طی این فرآیند باید میزان سطح آب سد و جریان وروی مدیریت شود.

در چنین موارد بازرسان نه تنها باید به الگوری آب و هوایی در نزدکی سد توجه کنند، بلکه باید اثرات الگوی آب و هوایی بر کل حوزه آبخیزداری را کنترل کنند؛ همچنین باید با سیستم‌های بالادستی سد برای مدیریت صحیح میزان ورودی، ظرفیت مخزن و میزان خروجی، هماهنگی‌های لازم را انجام دهند. 

در برخی مناطق باید شرایط زیستگاه‌های آبزیان را نیز در این هماهنگی‌ها در نظر گرفت که این مورد خود به پیچیدگی مسائل می‌افزاید.

این نگرانی‌های عملیاتی همراه با تغییرات آب و هوایی که باعث بدتر شدن شرایط جوی و خشکسالی طولانی‌تر می‌شود، مجموعه‌ای از چالش‌ها را برای اپراتورهای سدسازی در دنیا افزایش می‌دهد.

یکی دیگر از مشکلات این است که خود آب می‌تواند یکی از خورنده‌ترین عناصر در مورد سنگ، خاک، فلز و بتن باشد.

وجود آب در سراسر سد یک امر مشهود است، اما مناطقی وجود دارند که نباید در این مناطق آب وجود داشته باشد تا گر در نقطه‌ای از سد نشتی یا خرابی شناسایی شد، اقدامات فوری باری جلوگیزی از وقوع فجایع صورت گیرد.

کمک اینترنت اشیا در مورد خرابی هیدرولیکی

دریچه‌های تنظیم، لوله‌ها و مجاری سر ریز سد می‌توانند موجب خرابی سد و طغیان آب در بالادست و پایین دست سد شوند. طبق آمار حدود 36 درصد شکست‌های سد مربوط به خرابی‌های مکانیکی است.

سرریزها و سازه‌های خروجی سد از عناصر مهم هر سدی هستند و اگر به درستی اداه شوند، به اپراتورها امکان مدیریت مخزن را می‌دهند تا از جمع شدن مقادیر زیاد آب جلوگیری شود.

در طول زمان، ورودی یا خروجی به این ساختارها می‌توانند مسدود شوند و این خطری جدی برای ایمنی سد ایجاد می‌کند. 

علت مسدودی ساختارهای سد عموما رسوب یا بقایای مواد موجود در محیط زیست است. به طور معمول اگر مجرای سرریز به درستی کار نکند و یا دارای آب راکد برای دوره‌های طولانی مدت باشد، این زیرساخت‌ها سریع‌تر خورده می‌شوند و این منجر به خطر بیشتر و امکان شکست بالاتر سد است. در نتیجه ضروری است که این انسداد سریع‌تر رفع شود.

علاوه براین عوامل، هرچه زیرساخت‌ها سد بیشتر عمر کنند، نیاز است که بازرسی‌ها سختگیرانه‌تر و مداوم‌تر انجام شود. در مکان‌های دور از دسترس، بازرسی و نظارت بر ایمنی سد برعهده نیروهای سد و مدیریت آن است. برای حل این مشکل نیز اینترنت اشیا می‌تواند کمک‌رسان باشد.

اینترنت اشیا چگونه به پیشگیری از خرابی‌های مکانیکی کمک می‌کند؟

توانایی ثبت و آنالیز داده‌های متشکل از سنجش راه دور و شبکه سنسورهای تعبیه شده در نقاط مختلف داخل و اطراف سدها، کارکنان سد را قادر می‌سازد تا بازرسی‌های مجازی را در فرکانس مشخصی انجام دهند و یا در صورت نیاز به مشکلات شناسایی شده در صدد رفع این نیاز از راه دور  برآیند.

استفاده از این تکنولوژی قابلیت شناسایی به موقع مشکلات و کاهش خطراتی که ایمنی سد را تهدید می‌کنند، دارد. کاهش هزینه‌ها و افزایش عمر موثر زیرساخت‌های آبی نیز از مزایای استفاده از اینترنت اشیا و تشخیص به موقع خرابی‌ها است.

کلام پایانی...

تکنولوژی می‌تواند به میزان زیادی به مدیریت نگهداری سدها کمک کند. در مورد سد‌ها اکثرا هزینه نقش مهمی در تصمیم‌گیری برای مدیریت دارد. استفاده از تکنولوژی سنسور‌های مربوط به اینترنت اشیا، عملیات ایمن‌سازی زیرساخت‌ها و عمر مفید سازه‌های آبی را افزایش ‌می‌دهد.

دیدگاه خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *