آب از مهم‌ترین عوامل ضروری ادامه حیات در سیارهٔ زمین است. با این حال، از سال‌های گذشته تا کنون، اهمیت مدیریت این منبع مورد غفلت واقع شده است. با افزایش نگرانی‌ها از روند سریع و ناگهانی وقوع خشکسالی‌ها و سایر شرایط کم آبی در نقاط مختلف جهان، دانشمندان به دنبال شیوه‌های نوین جهت مدیریت منابع آب هستند. پژوهشگران دریافته‌اند که می‌بایست رویکرد نوینی را جهت طراحی و نگهداری سیستم‌های مدیریت منابع آب موجود اتخاذ نمایند.

در حال حاضر هوش مصنوعی به عنوان یکی از همین شیوه‌های نوین در مراحل ابتدایی رشد خود در مدیریت منابع آب است، که نمونه‌های اولیه کاربرد آن نوید بخش آیندهٔ روشن این فناوری است. کارشناسان هوش مصنوعی معتقدند این فناوری پتانسیل ایجاد تحولات گسترده در زمینه اقتصاد و بهره‌وری صنعت آب در مواقع افزایش تقاضای آب را دارا می‌باشد. اولین قدم در هر پروژهٔ هوش مصنوعی صنعت آب، ایجاد قوانینی در رابطه با نوع داده‌های جمع‌آوری‌شده است. به طور کلی کیفیت داده‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد یک سیستم هوش مصنوعی پویا است. هوش مصنوعی می‌تواند به روش‌های مختلفی تعریف شود، اساساً تجزیه و تحلیل پیشرفته داده‌ها توسط یک کامپیوتر بسیار بیشتر از آن چیزی است که انسان به تنهایی قادر به انجام آن است. هوش مصنوعی الگوها را در داده‌ها شناسایی نموده و به طور مداوم روابط بین متغیرها را شناسایی می‌کند. این فناوری همکاری بین انسان و ماشین را وارد مرحلهٔ جدیدی می کند، همچنین باعث می‌شود که نیروی متخصص بر روی فرآیندهایی با ارزش بالاتر متمرکز شوند و تجزیه و تحلیل‌های انجام‌شده توسط هوش مصنوعی را مورد بررسی قرار دهند.

در مبحث مدیریت منابع آب، قابلیت مواجهه با چالش‌های پیش رو با استفاده از هوش مصنوعی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. منابع آبی در سطح جهان با چالش‌های عمده‌ای از جمله: رشد فزونی جمعیت، تغییرات شدید الگوهای اقلیمی، و زیرساخت های فرسوده و ناکارآمد مواجه هستند. بر اساس گزارش یونسکو، پیش‌بینی می شود تا سال 2025 نزدیک به دو میلیارد نفر در جهان با کمبود مطلق آب مواجه شوند. از این رو مدیران سیستم‌های آب در حالی که با مشکلات اساسی جهت تامین هزینه تعمیرات سیستم‌ها و زیر ساخت‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند، با یک نبرد دائمی جهت کاهش این معضلات و رعایت استانداردهای دقیق در راستای محافظت از سلامت عمومی جامعه و محیط زیست روبرو هستند.

بر خلاف تصور عموم که گمان می کنند، آبی که هر روز از شبکه­‌های لوله کشی منازل عبور می‌کند، فقط یک آب معمولی است اما با یک نگاه واقع‌بینانه متوجه می‌شویم این آب حاوی اطلاعات بسیار ارزشمندی است که به‌طور متوالی در کنار آن جریان دارد. امروزه بسیاری از ناکارآمدی‌های سیستم‌های آبرسانی به صورت متوالی با استفاده از سیستم‌های تحلیلی مبتنی بر هوش مصنوعی مجهز به حسگرهای اینترنت اشیا[۱] بررسی می‌شود، که ترکیبی به اندازه کافی قدرتمند جهت پیگیری، پیش‌بینی، و پاسخگویی مستمر به سطوح تقاضای منابع آبی را ایجاد می‌نمایند.

در حال حاضر از سیستم‌های تحلیلی به عنوان مؤثرترین و کارآمد‌ترین روش‌های مدیریت منابع آب یاد می‌شوند. از سیستم‌های تحلیلی مبتنی بر هوش مصنوعی که به صورت گسترده به عنوان «مدیریت هوشمند منابع آب[۲]» یا «آب دیجیتال[۳] (آبی است که با تجزیه و تحلیل داده‌ها، مدل‌های رگرسیون و الگوریتم‌های احتمالی مدیریت می‌شود)» عنوان می‌شوند، هوش مصنوعی را در بطن شیوهٔ نوظهوری جهت مدیریت منابع آب قرار می‌دهد. این سیستم‌های تحلیلی، اطلاعات اولیه و هر عاملی که در سراسر سیستم جریان دارند را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهند، در عین حال عناصر یادگیری ماشینی[۴] امکان ارائهٔ بهترین پاسخ‌ به محیط پیرامونی را فراهم می‌نمایند. در حال حاضر از هوش مصنوعی جهت مدیریت بی‌وقفه و همه‌جانبه خدمات شهری (آب، برق، یرساخت‌های آبی و …) استفاده بی شماری می‌شود. از مزایای دیگر این ابزار می‌توان به یکپارچگی و پایداری، امکان به‌روزرسانی جهت تطبیق با شرایط خاص و در نهایت مقرون به صرفه بودن اشاره نمود.

نتایج پژوهش‌هایی که توسط Silo.AI و Ramboll صورت گرفته است، نشان می دهد که پروژه‌های آزمایشی پتانسیل استفاده از رویکرد هوش مصنوعی را اثبات نموده‌اند. آن‌ها در این پروژه‌های آزمایشی از زیرساخت‌های اینترنت اشیاء جهت کنترل بهینه عملیات روزانه آب، ارزیابی، و جلوگیری از حوادث احتمالی استفاده نمودند. در نهایت عنوان نمودند، با ایجاد و استفاده از سیستم‌های هوش مصنوعی امکان تجزیه و تحلیل داده‌ها فراهم می‌شود که متعاقباً اپراتورهای انسانی در این مورد آزاد شده تا بر فرآیندهای شناختی مانند اعتبارسنجی و پایش تجزیه و تحلیل‌های هوش مصنوعی تمرکز نمایند. همچنین به تازگی شرکت آب استرالیا ملبورن‌واتر نتایج پژوهش‌های خود در رابطه با کاربرد هوش مصنوعی جهت عملیات تصفیه و تأمین آب را منتشر کرده است که نشان می‌دهد چطور با استفاده از هوش مصنوعی و بدون نیاز به اپراتور انسانی، استفاده بهینه از پمپ‌ها و دستگاه‌های مورداستفاده در فرآیند تصفیه و تأمین آب را کالیبره کرده‌اند. آنها اذعان نمودند که کاربرد هوش مصنوعی باعث صرفه‌جویی در هزینه انرژی به میزان 20 درصد در شرکت مادر، شده است.

هوش مصنوعی علاوه بر کاربرد در زمینهٔ ارزیابی دقیق منابع آبی و تامین تقاضای آب، به ابزاری ضروری جهت جلوگیری از هدر رفت آب تبدیل شده است. مسئلهٔ هدررفت آب در کشورهایی که دچار تنش آبی هستند؛ از جمله بسیاری از مناطق خاورمیانه و شمال آفریقا که در آن فقط 60 درصد از کل جمعیت دسترسی کافی به آب آشامیدنی سالم و بهداشتی را دارند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. با هر لیتر آبی که در اثر نشتی، ترکیدگی لوله و سایر خرابی‌های شبکه لوله‌کشی هدر می‌رود، می‌توان جان یک انسان را نجات داد و یا شرایط زندگی او را بهبود بخشید.

در جهان کنونی مسئلهٔ هدر رفت آب از سطح منطقه‌­ای و ملی فراتر رفته و به یک چالش جهانی تبدیل شده است. گزارشات نشان می‌دهند که در ایالات متحده روزانه 7 میلیارد گالن آب آشامیدنی هدر می‌رود. با عنایت به لزوم کاهش چنین اتلاف شدیدی، هوش مصنوعی به طور گسترده‌تری جهت تجزیه و تحلیل جریان‌های آبی در مواقع بحرانی، ارسال هشدارها، و غیر فعال نمودن سیستم‌ها به صورت خودکار در هر زمانی که با نشتی و تخریب مواجه شد، استفاده می‌شود. این رویکرد از هدر رفت آب جلوگیری نموده و باعث صرفه جویی در هزینه‌های عملیاتی می‌شود، بدین صورت که در کسری از زمان به تغییرات ایجاد شده در سیستم واکنش نشان می‌دهد.

هوش مصنوعی در قلب استفاده کارآمد از آب در مزارع نسل بعدی است. بر اساس گزارش بانک جهانی، حدودا 70 درصد از منابع آبی در سطح جهان در بخش کشاورزی مصرف می‌شوند، این امر بخش کشاورزی را بزرگ‌ترین مصرف‌کنندهٔ آب تبدیل نموده است. حتی قابل توجه‌تر، گزارش‌های سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد[۵] نشان می‌دهد که حدودا 60 درصد از کل آب مورداستفاده در بخش کشاورزی هدر می‌رود، به عبارتی بخش کشاورزی باعث هدررفت 42 درصد از کل برداشت‌های آب در سراسر جهان می‌شود.

آمار شرح داده شده حاکی از ناکارآمدی و ناپایداری سیستم های مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی می باشند که نیاز مبرمی به تغییر و تحول گسترده دارند، در حال حاضر این ناکارآمدی و ناپایداری سیستم باعث افزایش به کارگیری تکنیک های کشاورزی هوشمند با استفاده از هوش مصنوعی شده اند. از این رو در طی سالیان پیش رو طیف وسیعی از سیستم‌ها و تکنیک ها جهت ایجاد مزارع دیجیتال با یکدیگر ادغام می‌شوند که از حداقل میزان آب جهت تولید محصول استفاده نموده و مقادیر هدر رفت آب را تقریبا به صفر می رسانند. تکنیک های مدرن مبتنی بر هوش مصنوعی عبارت اند از:

تخمین میزان ذخایر آبی در آینده با استفاده از هوش مصنوعی

گزارشات منتشر شده توسط PWC در دسامبر 2021، نشان می دهد که در صورت استفاده صحیح از هوش مصنوعی در چهار بخش کلیدی کشاورزی، آب، انرژی و حمل‌ونقل می‌توان آیندهٔ بسیار پایدارتری برای بشریت فراهم نمود. همچنین بر اساس مدل‌های تحقیقاتی این گزارش، استفاده از هوش مصنوعی در مدیریت منابع آب، در کنار بخش‌های انرژی، کشاورزی و حمل‌ونقل، می‌تواند اقتصاد جهانی را تا 2/5 تریلیون دلار بهبود بخشد و کاهشی 4 درصدی را در میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای[۷] تا سال 2030 داشته باشد. کشورهای پیش‌گام در این زمینه مانند استرالیا، کانادا و ژاپن معتقدند علی‌رغم ترس از از دست رفتن برخی مشاغل توسط هوش مصنوعی، این فناوری می‌تواند 2/38 میلیون شغل جدید در سراسر جهان ایجاد کند و افراد ماهر بسیاری را به این سمت سوق دهد.

بدیهی است که نیاز مبرم به حل چالش‌های مرتبط با آب (کمبود آب، آلودگی، هدر رفت و …) همراه با اصلاح و پایدار سازی محیط زیست جهانی مشترک، از طریق تلاش‌های مستمر، منجر به پذیرش گسترده تکنیک‌های هوش مصنوعی در زمینه‌های مبتنی بر آب خواهد شد. بسیاری از پژوهشگران و متخصصان معتقدند اگر این روند به‌کارگیری هوش مصنوعی در مدیریت منابع آب، ادامه یابد ممکن است به سرعت نحوه تأمین و مصرف آب دست‌خوش تغییرات مثبت شود، که به‌نوبه خود می‌تواند خطوط تامین آب ایمن و پایدار را در سراسر جهان، حتی برای افرادی که در مناطقی با کمبود شدید آب زندگی می‌کنند فراهم نماید، البته که دستیابی به این هدف تعهد به یک چشم‌انداز جهانی پایدار در بلندمدت را می‌طلبد. تمامی این موارد بدان معنی است که ما الزاما می‌بایست فراتر از خود فناوری فکر کنیم تا به بینش عمیق در رابطه با پیامدهای کاربرد هوش مصنوعی بر جامعه و محیط زیست دست یابیم.

در حال حاضر نگرانی عمدهٔ­ متخصصان هوش مصنوعی این است که چگونه هوش مصنوعی به عنوان یک فناوری نوین به طور بالقوه می‌تواند باعث توزیع عادلانهٔ منابع آبی و به‌کارگیری نیروی کار شود. قبل از به‌کارگیری هوش مصنوعی جهت ارائه خدمات ضروری مانند تأمین آب، نیاز به پرداختن به این مسائل اخلاقی کاملا” ضروری است. به عنوان مثال، یکی از روش های انجام این کار، گنجاندن اصول توزیع عادلانهٔ آب در الگوریتم‌هایی مانند توزیع برابر یا حداقل دسترسی به آب در هر خانوار است. ثانیاً، با استفاده از منابع و نرم‌­افزارهای متعدد اطلاعاتی مانند GIS و سرشماری افراد جامعه، سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند شاخص‌های دسترسی به این منابع را تعریف نماید که مجموعهٔ بزرگتری از متغیرها را جهت تصمیم‌گیری در اختیار گرفته­ که از نظر اقتصادی باصرفه و این فناوری را از نظر اجتماعی مسئول می‌سازد.