水不足に対してIIoTはどのように役立つか
水不足は世界的な脅威となりつつあります。人口の増加、水の偏在、気候変動が水資源を枯渇させているのです。IIoTは水資源をモニタリングして水不足に取り組むための新たな扉を開きます。
水不足は非現実的な問題のように思えます。雨から、地球の70％以上を覆っている海まで、水はいたるところに存在します。しかし、なぜ水が不足していると考えられているのでしょうか？地球の大部分は大量の海水で覆われていますが、淡水は地球上の水のわずか2.5％に過ぎず、その半分は氷床や氷河に閉じ込められています。
国連は、水は需要が高まっている有限の資源であると説明しています。早ければ2025年までに、世界の人口の半分が水不足に直面する地域に住むようになる可能性があります。気候変動が水不足の脅威を高める中、私たちには水資源を将来の世代のために探査し確保するための解決策が必要です。
幸いなことに、テクノロジーとデジタル化の進歩により、淡水資源を管理する機会が生まれています。センサ、インテリジェントメーター、産業用 IoT (IIoT) の助けを借りて、水利に関する正確でリアルタイムのデータが利用可能になり、水を節約するための統合された水システムを構築できるようになりました。
解決策を検討する前に、まず水不足の定義と概念を解説します。
水不足とは？
水不足は、標準的な水需要を満たすだけの淡水資源を利用できる手段が不足していることと定義されます。これは、物理的な理由と経済的な理由に分類できます。物理的水不足は、水需要を満たすための淡水資源の不足を指し、経済的水不足は、インフラ、資金、または技術が不十分なために人々が十分な水資源を利用できない場合に発生します。
両者は多くの場合、同じ地域で同時に発生します。たとえば、人口の多い乾燥した国（乾燥しすぎている国）で最小限の降雨が効率的に回収できない場合、水の価格は上昇し、特定のグループの人々には水資源を利用できない状態が続きます。
もちろん、深刻な水不足は最悪のシナリオとみなされます。現在、約25カ国が深刻な水不足に苦しんでいると言われており、近い将来、多くの国が水不足に見舞われるリスクがあると言われています。
なぜこの問題が深刻化しているのでしょうか?
水不足は新しい脅威ではありません。何世紀も前から存在していました。しかし、水不足は多くの場合、国家的、あるいは世界的な問題ではなく、地域的な問題と考えられていました。今日、国連は水不足の脅威を地域的なものから世界的なものへと拡大しています。水不足の主な原因は次のとおりです。
- 人口増加と水の浪費
- 汚染
- 不十分なデータと不十分な統合水管理
- 干ばつ
人口増加と水の浪費：世界の人口は飛躍的に増加しています。８１億人が淡水の利用を必要としており、その需要は高まっています。さらに、人口は偏在して世界に分布しているため、人口密度の高い地域では地域の水道網にさらに負担がかかります。このため、特に淡水の需要が高まる夏場は、水の供給に問題が生じることが多く、都市部では水が不足してしまいます。
そして、より大きな問題は、この水が実際にどのように使用されているかです。水道網が整備されている多くの国では、人々は贅沢に慣れてしまい、飲料水をトイレの水洗、車の洗車、芝生の水やり、プールに使用しています。トイレは家庭での主要な水の使い道の一つであり、古いトイレは1回の水洗で27リットルも水を使用します。こういった水の浪費により、都市部では給水制限を実施することさえあります。
汚染：水質と水不足は密接な関係にあります。淡水の水源が汚染されると、消費の可用性と品質にも悪影響が及びます。ユネスコが2017年に発表した報告書によると、世界の廃水の80％以上が何の処理もされずに環境に戻されています。これは私たちの健康を脅かすだけでなく、生態系に長期的な影響を及ぼします。一旦汚染された水域を浄化するのは、非常に困難で費用もかかります。これは、汚染物質が川や湖の底、地下水貯留層に浸透する可能性があるためです。水が適切に処理されないと、水を媒介とする感染症が発生することもあります。
不十分なデータと統合水管理：今日、水質監視には、多くの水質パラメータに加え、水や堆積物、水生生物、その他の生物学的要因に対する人間 (人為的) の影響も含まれています。ただし、予測を正確にモデル化するには、長期的で十分なデータが必要です。米国のいくつかの州では、1900年以降、河川の水量データの収集を開始していますが、そのデータは、極端な事象も脈絡なく平均値に含めているため、不確実性が高くなっています。たとえば、コロラド川の水量測定は、非常に雨の多い時期に収集されたため、1920年の利用可能な水量が過大評価されました。現在、川の水は枯渇しており、周辺地域は水不足の危険にさらされています。
水不足のリスクが高い国の中には、さまざまな水量パラメータの長期データが不十分なことが多く、予測モデルの精度が低くなっています。国連は、データの不足が総合的な管理不足につながり、将来その国が水不足の影響を受けやすくなる可能性があると説明しています。
干ばつ：干ばつは新しい現象ではなく、普段よりも乾燥した状態が続く期間です。雨不足により水のバランスが崩れ、その結果、水不足、河川水量の減少、地下水と土壌水分の枯渇を引き起こします。干ばつは変動が激しく、人為的な温暖化によって引き起こされた可能性のある事象とランダムな事象を区別するのが難しいため、監視が困難です。しかし、気温の上昇は干ばつ状態を激化・長期化させ、過剰な蒸発やもちろん消費によって水域を枯渇させます。皮肉なことに、大気中の水分が増加すると、他の地域でも雨が降るようになり、ある地域で蒸発した水分がすべて他の地域に移ってしまうという連鎖効果が生じます。
どうすれば回復力を高めることができるでしょうか?
各国が回復力を高めるには、政府は枯渇した地下水貯留層に頼るのではなく、自国の地域の生態学的、物理的、季節的な傾向を全般的に理解し、適切な水管理システムに投資する必要があります。したがって、さまざまな地理的な地域で水に関する詳細な定量的データを蓄積するとともに、さまざまな利害関係者を考慮する必要があります。信頼できる情報の提供と利害関係者への配慮がなければ、政策決定は水の誤った管理につながりかねません。
モロッコのアンティアトラス山脈では、飲料水が不足し、干ばつに悩まされています。この地域は海岸沿いにあるため、雨は少ないものの、霧が多く発生します。地元のコミュニティは、水源として井戸などの従来の方法に頼るのではなく、自然環境から霧水を収集し、干ばつに対抗するために霧捕集装置フォグ・キャッチャーを設置しました。
Endress+Hauserなどの多くのエンジニアリングおよびテクノロジー企業は、企業の社会的な責任の一環として持続可能な社会に貢献することを目指しており、さまざまな業界に持続可能なソリューションを提供しています。Endress+Hauserでは、計測機器と定評のある IIoTエコシステムNetilionにより、水資源の自動計測や制御を実現しています。
もちろん、当社のソリューションは目的により様々です。たとえば、当社のソリューションの1つは、香港で海水をトイレの水洗に使用できるようにするための測定技術を提供しています。濁度は重要な品質基準の1つであるため、濁度センサ (Turbimax CUS52D) で正確で安定した再現性のある濁度値を保証するとともに、その他の水質パラメータ (遊離塩素、溶存酸素、pH 値) も測定します。このソリューションにより、香港では飲料水の消費量を20%削減することができます。特に都市部での水需要の増加は、水不足を招く主な原因になるため、これらのソリューションは、飲料水の将来の供給量の確保を可能とするものです。
IIoT がどのように役立つのか
上記のソリューションは、将来予測される水不足の対処に最適です。ただし、水域を正確に監視するには、特定のパラメータと複数の技術を統合する一方で、風雨にさらされたり、現場へのアクセスが悪かったりするなど、特有の課題が伴う場合もあります。IIoTは、水資源を監視して水不足に対処するための新たな扉を開きます。
当社の IIoT エコシステムであるNetilionは、監視対象の水域から貴重な情報をスマートフォンやタブレットなどのデバイスに直接送信することで、現実世界とデジタル世界を結び付けます。Liquiline(水質分析測定用変換器) およびEdge Deviceと組み合わせることで、水質パラメータを監視するさまざまな計測データを転送し、クラウドベースの監視システムに統合できます。Netilion Valueを使用すると、遠隔地の測定ポイントの水質パラメータ情報に継続的にアクセスできます。また、大幅な水量の減少が測定されると、通知アラームでお知らせします。
当社の IIoT エコシステムは、水道管の漏水検知にも使用できます。さまざまな給水施設は、遠隔地の貯水池から配管を通じて地域に水を供給しています。ただし、距離が長く、場所が離れていると、たとえば配管の破れや漏水を検知するのに長い時間がかかることがあります。WirelessHARTプロトコル(SWA70) を備えた当社の流量計(Promag W 800) は、遠隔地やアクセスが困難な測定ポイント向けに特別に設計されています。ワイヤレスゲートウェイ（SWG70）とエッジ デバイスを組み合わせることで、収集された流量計測値をクラウドベースの監視システムNetilionに転送できます。これにより、迅速な漏水検知が可能となり、位置情報付きのアラーム信号が偏差を検出する装置に送信され、漏水を防ぐための措置が容易になります。
Netilion Healthや Netilion Libraryなどの他のデジタルサービスも、水質監視の効率と健全性を向上させることができます。Netilion Health 、機器のHeartbeat検証により、設置されたデバイスの透明性と信頼性を高めます。これにより、プロセスを中断することなくメンテナンスや校正周期が最適化され、定量的データの継続的な収集を保証します。Netilion Libraryは、ドキュメントを整理し、適切な水管理システムの設計と維持に特に重要な関連情報にアクセスできるようにするファイル管理サービスです。
Netilion は、上記のサービス以外にも多くの機能を提供しており、さまざまな目的で使用できます。今すぐ無料でアカウントを開設してみてはいかがでしょうか？
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