مستشعرات مستوى المياه المقاومة للضغط في سنغافورة: تطبيقات عملية ودراسات حالة

أصبحت مستشعرات مستوى المياه المقاومة للضغط جزءًا لا يتجزأ من استراتيجية سنغافورة الشاملة لإدارة المياه، داعمةً بذلك انتقال البلاد نحو "شبكة مياه ذكية". تستكشف هذه المقالة التطبيقات المتنوعة لهذه المستشعرات القوية والدقيقة في أنظمة المياه الحضرية في سنغافورة، بدءًا من الوقاية من الفيضانات ووصولًا إلى إدارة الخزانات وشبكات المياه الذكية. وبصفتها تقنيةً تحوّل ضغط الماء إلى إشارات كهربائية من خلال عناصر مقاومة للضغط، تُزوّد هذه المستشعرات هيئة المرافق العامة في سنغافورة ببيانات موثوقة وآنية لتحسين العمليات، وتعزيز مرونة النظام، وتحسين تقديم الخدمات في البنية التحتية المائية المعقدة في البلاد.

مقدمة للاستشعار المقاوم للضغط في قطاع المياه في سنغافورة

لقد كانت الحاجة هي الدافع وراء رحلة سنغافورة نحو الريادة العالمية في إدارة المياه. وبصفتها دولة جزرية صغيرة ذات موارد مائية طبيعية محدودة وعرضة بشدة لتأثيرات تغير المناخ، مثل هطول الأمطار الغزيرة وارتفاع مستوى سطح البحر، استثمرت سنغافورة بكثافة في تقنيات المياه المبتكرة. ومن بين هذه التقنيات، برزت أجهزة استشعار مستوى المياه المقاومة للضغط كعنصر أساسي في البنية التحتية لرصد المياه في البلاد، حيث توفر موثوقية ودقة لا مثيل لهما في بيئات مائية متنوعة.

تعمل المستشعرات المقاومة للضغط على مبدأ أن بعض المواد تتغير مقاومتها الكهربائية عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي. في تطبيقات منسوب المياه، تقيس هذه المستشعرات الضغط الهيدروستاتيكي الذي يمارسه عمود من الماء، والذي يتناسب طرديًا مع ارتفاعه. تتيح هذه العلاقة الفيزيائية تحديدًا دقيقًا لمستوى الماء بغض النظر عن صفاء الماء أو عكارته أو وجود مواد صلبة عالقة، وهي عوامل غالبًا ما تُشكل تحديًا للتقنيات البديلة مثل المستشعرات فوق الصوتية أو البصرية.

قامت هيئة المرافق العامة (PUB)، وهي الهيئة الوطنية للمياه في سنغافورة، بنشر أجهزة استشعار مقاومة للضغط بشكل استراتيجي في مختلف مجالات إدارة المياه. وتعالج هذه النشرات العديد من التحديات الفريدة التي تواجهها سنغافورة، مثل الحاجة إلى تنبؤات دقيقة بالفيضانات في مناخ استوائي مُعرّض لهطول أمطار غزيرة، وضرورة إدارة دقيقة للخزانات في بلد يعاني من ندرة الأراضي، حيث تراكمت العديد من الخزانات الحضرية، والحاجة إلى بيانات موثوقة لتشغيل شبكة إمدادات مياه متزايدة التعقيد والترابط.

قصة سنغافورة في مجال المياه هي قصة تحول - من ندرة المياه إلى أمنها المائي. تُمثل الصنابير الوطنية الأربعة (مياه المستجمعات المحلية، والمياه المستوردة، وNEWater، والمياه المُحلاة) استراتيجيةً متنوعةً لإمدادات المياه، حيث يتطلب كل مكون مراقبةً دقيقة. تُسهم أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط في هذه الاستراتيجية من خلال توفير البيانات الدقيقة والفورية اللازمة لتحسين العمليات في الصنابير الأربعة، وخاصةً في أنظمة مستجمعات المياه المحلية التي تجمع الآن المياه من ثلثي مساحة سنغافورة.

يتماشى اعتماد تقنية مقاومة الضغط مع مبادرة سنغافورة "الأمة الذكية" الأوسع نطاقًا، والتي تُركز على اتخاذ القرارات القائمة على البيانات في جميع القطاعات. في مجال إدارة المياه، يُترجم هذا إلى أجهزة استشعار لا تُقدم قياسات فحسب، بل تتكامل بسلاسة مع منصات التحليلات المتقدمة، مما يُتيح الصيانة التنبؤية، وأنظمة التحكم الآلي، وقدرات الإنذار المبكر. إن متانة أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط - قدرتها على الحفاظ على دقتها رغم التلوث الحيوي، وتقلبات درجات الحرارة، والانتشار طويل الأمد - تجعلها مُلائمة بشكل خاص للبيئة الاستوائية في سنغافورة ومعايير مجلس إدارة المياه (PUB) الصارمة لجودة البيانات وموثوقية النظام.

أنظمة مراقبة الفيضانات والإنذار المبكر

يؤدي مناخ سنغافورة الاستوائي إلى هطول أمطار غزيرة قد تُغرق شبكات الصرف بسرعة، مما يجعل رصد الفيضانات بدقة أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز مرونة المناطق الحضرية. وقد نفّذت هيئة المرافق العامة (PUB) شبكة واسعة من أجهزة استشعار مستوى المياه المقاومة للضغط كجزء من استراتيجيتها لإدارة مخاطر الفيضانات، مما أدى إلى إنشاء أحد أكثر أنظمة الإنذار بالفيضانات الحضرية تطورًا في العالم. توفر هذه الأجهزة البيانات الأساسية اللازمة للتنبؤ بالفيضانات ورصدها والاستجابة لها في جميع أنحاء المناطق الحضرية الكثيفة في الجزيرة.

نشر أجهزة الاستشعار في المناطق عالية الخطورة

قامت شركة PUB بتركيب مستشعرات مقاومة للضغط بشكل استراتيجي في حوالي 200 موقع رئيسي في شبكة الصرف الصحي في سنغافورة، مع التركيز بشكل خاص على المناطق المنخفضة والمناطق التي شهدت فيضانات متكررة57. تراقب هذه المستشعرات مستويات المياه في القنوات والمصارف والأنهار باستمرار، وتغذي أنظمة التحكم المركزية في PUB ببيانات آنية. وقد تم اختيار تقنية مقاومة الضغط لهذه التطبيقات نظرًا لموثوقيتها الاستثنائية في ظل الظروف البيئية الصعبة في سنغافورة - الرطوبة العالية، والأمطار الغزيرة المتكررة، واحتمالية تلوث مياه الفيضانات المحملة بالحطام بأنواع أخرى من المستشعرات.

تُشكّل المستشعرات جزءًا من نظام متكامل لرصد الفيضانات، يشمل رادارًا لرصد الأمطار، وكاميرات مراقبة تلفزيونية، وأجهزة مراقبة جودة المياه. ومع ذلك، تُشكّل مستشعرات مستوى المياه المقاومة للضغط العنصر الأساسي، حيث تُوفّر القياس الأكثر مباشرة لمخاطر الفيضانات الفعلية في مواقع مُحدّدة. وتُعدّ قياساتها قيّمة للغاية لأنها تُسجّل النتيجة المُتكاملة لجميع العمليات الهيدرولوجية في المنبع - كثافة هطول الأمطار، وخصائص جريان المياه السطحية، وأداء نظام الصرف - في مُعامل واحد سهل التفسير: عمق المياه.

آليات التنبيه الآلية

يستخدم نظام مراقبة الفيضانات في سنغافورة بيانات أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط لتوليد تنبيهات آلية عبر قنوات متعددة. عندما يرتفع منسوب المياه إلى عتبات محددة مسبقًا (عادةً عند 50%، 75%، 90%، و100% من الأعماق الحرجة)، يُصدر النظام إشعارات عبر الرسائل النصية القصيرة، وتطبيق MyWaters للجوال، وشاشات عرض غرفة التحكم الداخلية في الفيضانات. يتيح هذا النهج متعدد المستويات للتنبيه استجابات متدرجة، بدءًا من المراقبة الروتينية ووصولًا إلى التدخلات الطارئة.

تضمن الدقة العالية لأجهزة الاستشعار المقاومة للضغط (±0.1% من الحجم الكامل في العديد من المنشآت) أن تكون التنبيهات مبنية على قياسات دقيقة، مما يقلل من الإنذارات الكاذبة ويوفر وقت تحذير كافٍ. يمكن للسكان والشركات الاشتراك لتلقي تنبيهات لما يصل إلى ثلاثة مواقع استشعار محددة، مما يتيح تحذيرات فيضانات مخصصة للمناطق ذات الاهتمام الخاص. هذا المستوى من التخصيص ممكن فقط لأن أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط توفر بيانات موثوقة باستمرار يمكن لمكتب الإسكان العام والجمهور الوثوق بها.

التكامل مع البنية التحتية لمكافحة الفيضانات

بالإضافة إلى أنظمة الإنذار، تتحكم بيانات المستشعرات المقاومة للضغط مباشرةً بالبنية التحتية الآلية للتخفيف من آثار الفيضانات في عدة مواقع في أنحاء سنغافورة. في مناطق مثل شارع أورشارد، وهو حي تجاري شهد فيضانات عارمة عامي 2010 و2011، تُفعّل بيانات المستشعرات حواجز مؤقتة للفيضانات وتُفعّل مضخات قوية لتحويل مياه الفيضانات. 5 يُعدّ زمن الاستجابة السريع للمستشعرات (عادةً أقل من ثانية واحدة) بالغ الأهمية لهذه التطبيقات، إذ يسمح لأنظمة التحكم بالاستجابة قبل أن تشتد ظروف الفيضانات.

من التطبيقات البارزة برنامج "حماية الأقبية من الفيضانات" للمباني في المناطق المعرضة للفيضانات. هنا، تتصل أجهزة استشعار مقاومة للضغط مثبتة في مواقف السيارات تحت الأرض بأنظمة إنذار المباني، مقدمةً تحذيرات مباشرة لمديري المباني وسكانها عند تهديد مياه الفيضانات.5 يضمن الهيكل المتين لأجهزة الاستشعار تشغيلًا موثوقًا به حتى في حالة الغمر الجزئي، وهي نقطة ضعف شائعة في التقنيات الأقل تحملًا.

الأداء أثناء الأحداث الجوية القاسية

أثبتت شبكة الاستشعار المقاومة للضغط في سنغافورة فعاليتها خلال عدة ظواهر هطول أمطار غزيرة. على سبيل المثال، خلال عاصفة عام ٢٠١٨ التي هطلت فيها أمطار غزيرة بلغت حوالي ١٦٠ ملم في أربع ساعات - وهي من أشد ظواهر الأمطار في تاريخ سنغافورة - زودت شبكة الاستشعار هيئة الأرصاد الجوية السنغافورية (PUB) بتحديثات دقيقة عن مستويات المياه في جميع أنحاء الجزيرة. أتاحت هذه البيانات نشر فرق الاستجابة للفيضانات بشكل دقيق، وتواصلًا دقيقًا مع الجمهور حول المناطق الأكثر عرضة للخطر.

كما ساعد تحليل بيانات المستشعرات بعد الفيضانات هيئة تنظيم مياه الأنهار (PUB) على تحديد اختناقات أنظمة الصرف وتحسين استثمارات البنية التحتية المستقبلية. إن قدرة المستشعرات المقاومة للضغط على توفير قياسات دقيقة حتى في الظروف القاسية تجعلها قيّمة للغاية في هذه التحقيقات الجنائية، حيث تلتقط صورة كاملة لأحداث الفيضانات دون أي فجوات في البيانات خلال فترات ذروة التدفق.

إدارة الخزانات وتخزين المياه

يعتمد نهج سنغافورة المبتكر في تخزين المياه وإدارة الخزانات بشكل كبير على الرصد الدقيق لمستوى المياه، حيث تلعب أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط دورًا محوريًا في ضمان كفاءة وسلامة هذه الموارد المائية الحيوية. وبصفتها دولة-مدينة جزرية ذات موارد مائية طبيعية محدودة، حوّلت سنغافورة مشهدها الحضري ليصبح منطقة تجميع مياه، مما أدى إلى إنشاء شبكة واسعة من الخزانات التي تجمع الآن المياه من ثلثي مساحة البلاد. وتتطلب إدارة هذه الخزانات بيانات دقيقة وآنية لمستوى المياه، وهو مطلب تلبيه تقنية أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط تمامًا.

مراقبة نظام خزان المارينا

يُجسّد خزان مارينا، أكثر مستجمعات المياه تحضرًا في سنغافورة، التطبيق المتطور لأجهزة الاستشعار المقاومة للضغط في مرافق تخزين المياه واسعة النطاق. وُضعت أجهزة استشعار متعددة في مواقع استراتيجية على أعماق ومواقع مختلفة في جميع أنحاء الخزان لمراقبة مستويات المياه الإجمالية، بالإضافة إلى تأثيرات الطبقات والتغيرات الموضعية. وتُعدّ هذه القياسات بالغة الأهمية لعدة جوانب تشغيلية:

• إدارة إمدادات المياه: تضمن بيانات المستوى الدقيقة معدلات سحب مثالية تحافظ على العرض مع تجنب السحب غير الضروري.
• التقاط مياه الأمطار: أثناء هطول الأمطار، تساعد أجهزة الاستشعار في تحديد كمية المياه الزائدة التي يمكن للخزان امتصاصها بأمان.
• التحكم في الملوحة: في سد المارينا، تعمل بيانات المستشعر على إعلام عمليات البوابة لمنع تسرب مياه البحر مع السماح بالتصريف المناسب.

صُممت مستشعرات الضغط المقاومة للضغط في خزان مارينا خصيصًا لتحمل ظروف المياه قليلة الملوحة، حيث تلتقي المياه العذبة بالبحر، باستخدام مواد مختارة لمقاومة التآكل في هذه البيئة الصعبة. يسمح هيكلها المتين بالعمل المتواصل مع الحد الأدنى من الصيانة، على الرغم من الغمر المستمر والتعرض لكيمياء المياه المتغيرة.

مراقبة خزانات التخزين اللامركزية

بالإضافة إلى الخزانات الرئيسية، تراقب أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط مستويات المياه في خزانات التخزين اللامركزية العديدة في سنغافورة، وهي بنية تحتية حيوية للحفاظ على ضغط المياه وتوفير احتياطيات الطوارئ في شبكة توزيع المياه بالجزيرة.37 وتوضح هذه التطبيقات تنوع استخدامات أجهزة الاستشعار:

• خزانات الأسطح الحضرية: في المباني الشاهقة، تضمن المستشعرات توفير إمدادات كافية من المياه إلى الطوابق العليا مع منع حدوث فيضان.
• خزانات الخدمة: تستخدم مرافق التخزين الوسيطة هذه بيانات الاستشعار لتحسين جداول الضخ واستخدام الطاقة.
• التخزين في حالات الطوارئ: يتم مراقبة الاحتياطيات الاستراتيجية التي يتم الاحتفاظ بها لحالات الجفاف أو فشل البنية التحتية بعناية للتأكد من جاهزيتها.

وقد قامت هيئة المياه في سنغافورة بتوحيد أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط لهذه التطبيقات بسبب أدائها المتسق عبر هندسة الخزانات المختلفة وقدرتها على التفاعل مباشرة مع أنظمة SCADA التي تعمل على أتمتة شبكة توزيع المياه في سنغافورة.

يمكننا أيضًا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ

1. عداد محمول لجودة المياه متعدد المعايير

2. نظام العوامات العائمة لجودة المياه متعددة المعايير

3. فرشاة التنظيف التلقائية لمستشعر المياه متعدد المعلمات

4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

لمزيد من مستشعر المياه معلومة،

يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

موقع الشركة:www.hondetechco.com

هاتف: +86-15210548582