Quản lý tài nguyên nước hiệu quả là đòi hỏi cấp bách, bởi nước là hữu hạn, môi trường nước ngày thêm ô nhiễm và nhu cầu sử dụng nước tăng cao. Với sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, nhiều công nghệ đã được ứng dụng trong lĩnh vực tài nguyên nước (TNN) để tiết kiệm và sử dụng bền vững TNN. Nghiên cứu và áp dụng công nghệ số trong quản lý TNN trên thế giới là một đòi hỏi không thể khác.

Mục tiêu toàn cầu trong quản lý nước sinh hoạt

TNN vốn gắn liền với phát triển kinh tế và xóa đói giảm nghèo; sự sẵn có của các nguồn nước và việc quản lý chúng là những yếu tố quyết định chiến lược tăng trưởng của một quốc gia. Trong số 17 Mục tiêu Phát triển bền vững của Liên hợp quốc, Mục tiêu Phát triển bền vững 6 (SDG 6) là nhằm đảm bảo sự sẵn có của nước, quản lý hiệu quả TNN và vệ sinh an toàn cho tất cả mọi người vào năm 2030. Mục tiêu cốt lõi này ảnh hưởng mật thiết đến nhiều mục tiêu khác.

Tuy nhiên, theo báo cáo Cập nhật tiến độ năm 2017 về Nước uống, Công trình vệ sinh và Vệ sinh cá nhân của WHO và UNICEF dự báo đến năm 2030, tình trạng khan hiếm nước sẽ khiến 700 triệu người phải di dời, thay đổi nơi sống. Báo cáo Cập nhật tiến độ 2021 về SDG 6 của UNWater, chỉ ra rằng cần nỗ lực để đạt được mục tiêu vào năm 2030.

 Về dịch vụ nước uống, để đạt được mục tiêu phổ cập tiếp cận với nguồn nước “được quản lý an toàn” sẽ đòi hỏi tốc độ tiến độ gấp bốn lần so với tốc độ hiện tại; Về công trình vệ sinh, để đạt được mục tiêu tiếp cận toàn diện với hệ thống vệ sinh “cơ bản”, yêu cầu tốc độ tăng gấp đôi so với tốc độ tiến độ hiện tại; Và để đạt được mục tiêu tiếp cận phổ biến đối với hệ thống vệ sinh “được quản lý an toàn”, yêu cầu tốc độ tăng gấp bốn lần so với tốc độ tiến độ hiện tại; Về vệ sinh cá nhân, để đạt được mục tiêu tiếp cận toàn diện với hệ thống vệ sinh cơ bản, yêu cầu tốc độ tăng gấp bốn lần so với tốc độ tiến độ hiện tại.

Để tăng tiến độ đòi hỏi phải tăng đáng kể mức đầu tư hiện tại vào các dịch vụ nước uống và dịch vụ vệ sinh. Các giải pháp truyền thống không còn đủ sức để giải quyết những thách thức này, nếu không có giải pháp, hành động nào phù hợp và mạnh mẽ hơn thì chắc chắn không thể đạt được SDG 6 vào 2030.

Sáng kiến Thế giới năm 2050 (TWI2050) do Viện Quốc tế về Phân tích hệ thống ứng dụng (IIASA) thực hiện nhằm mục đích cung cấp cơ sở khoa học cho Chương trình Nghị sự 2030 đã đưa ra 6 chuyển đổi quan trọng để đảm bảo tiến trình đạt được các Mục tiêu Phát triển bền vững TNN, trong đó có Cách mạng kỹ thuật số. Theo đó, Cách mạng kỹ thuật số là tập hợp của nhiều công nghệ tiên tiến có thể hỗ trợ đạt được các mục tiêu phát triển bền vững.

Khởi động ứng dụng công nghệ số trong TNN

Các công nghệ số đó là: Trí tuệ nhân tạo (AI); Internet vạn vật (IoT); Dữ liệu lớn (Big data); Blockchain; Drone; Thực tế ảo và tăng cường (VR/AR). Các công nghệ có thể liên kết với nhau, trở thành một hệ thống toàn diện phức hợp gồm các yếu tố liên kết và phụ thuộc với nhau.

 Theo Tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế (OECD), hệ thống AI là: “một hệ thống dựa trên máy móc có thể thực hiện một số mục tiêu nhất định do con người xác định, đưa ra dự đoán, đề xuất hoặc quyết định ảnh hưởng đến môi trường thực hoặc ảo. Hệ thống AI được thiết kế để hoạt động với nhiều mức độ tự chủ khác nhau. Các hệ thống AI thường xuyên có xu hướng bắt chước hành vi thông minh tự nhiên của con người và được phát triển để giải quyết các vấn đề cụ thể tốt hơn con người. AI có khả năng ảnh hưởng đến tất cả các bộ phận của nền kinh tế và biến đổi phương thức làm việc, sinh sống của con người.

AI là một công nghệ quan trọng và cơ bản trong thời kỳ công nghiệp 4.0. Số lượng những ứng dụng AI đã tăng lên trong những năm gần đây nhờ những tiến bộ về năng lực tính toán, điện toán đám mây và khả năng tiếp cận cơ sở dữ liệu ngày càng tang, cùng với các công cụ phân tích phức tạp. Trong lĩnh vực TNN, các quá trình thủy văn có thể được coi là một quá trình phi tuyến tính trong tự nhiên. Theo đó, một số biến số như dòng chảy và lượng mưa ở các địa điểm khác nhau có các tham số khác nhau phụ thuộc vào thời gian.

Do đó, cần phải mô tả, diễn giải và phân tích các quá trình phi tuyến tính này. Khi các thuật toán và thông số của AI được xây dựng một cách thích hợp để lập mô hình. Mô hình được tạo ra sẽ mang lại hiệu quả kinh tế, rút ngắn thời gian và đưa ra kết quả chính xác hơn. Đây là một trong những lợi thế quan trọng nhất của AI.

Hơn nữa, độ chính xác và chức năng của một mô hình có thể được kiểm soát bằng các tập dữ liệu được lưu trữ. Một trong những điểm quan trọng là người điều khiển mô hình cần có khả năng xác định mối quan hệ trong các quá trình thủy văn và ảnh hưởng của các thông số, đồng thời có thể chọn hoặc thay đổi các thông số, chức năng, số lặp, thuật toán của mô hình trong trường hợp biến đổi. Trong bối cảnh đó, các nghiên cứu sử dụng kỹ thuật AI liên quan đến TNN đã nhấn mạnh tầm quan trọng của vấn đề này.

 Internet vạn vật (IoT) và dữ liệu lớn (Big data). Internet vạn vật (IoT) đề cập đến mạng lưới các thiết bị và đối tượng được kết nối với internet đang phát triển nhanh chóng. Các thiết bị, đối tượng này được đưa vào hộ gia đình, chúng có thể cùng nhau thực hiện công việc cụ thể trên môi trường khác nhau.

 Các thiết bị này được kết nối với các máy tính mạnh trong “đám mây” nhằm hỗ trợ giao tiếp giữa người với vật và giữa vật thể với đối tượng. Việc áp dụng IoT trên quy mô lớn sẽ tạo ra một lượng lớn dữ liệu. Tuy nhiên, bởi kích thước, sự đa dạng và tốc độ tạo lập là hạn chế, nên việc phân tích lượng lớn dữ liệu trên bằng các công nghệ truyền thống sẽ không thực tế. Do đó, sự ra đời của công nghệ dữ liệu lớn (Big data) sẽ hỗ trợ đưa ra những kết quả có độ tin cậy cao và những thông tin đa dạng hơn từ dữ liệu cơ bản, dần dần giúp thay thế các kỹ thuật thu thập, xử lý dữ liệu truyền thống.

Việc triển khai IoT và Big data, có khả năng tác động sâu sắc đến nhiều lĩnh vực, cũng như mở ra các cơ hội và ứng dụng hoàn toàn mới, liên quan đến quản lý nước. IoT có thể tối đa hóa việc sử dụng nước hiệu quả thông qua các giải pháp mới về cải thiện quản lý nước. Các dự án về nước thường khá phức tạp, vì nhiều thành phố phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng cũ. Do đó, việc sử dụng IoT có thể hỗ trợ các thành phố giảm chi phí vận hành liên quan đến xây dựng và bảo trì. Mục tiêu của IoT và Big data trong TNN là thúc đẩy tiếp cận tích hợp và toàn diện dựa trên IoT đối với số lượng, chất lượng nước và giám sát môi trường bằng cách đưa ra những phương pháp dựa trên cơ sở khoa học công nghệ và đổi mới sáng tạo hướng tới quản lý bền vững TNN.

Trung tâm Truyền thông tài nguyên và môi trường