Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên có vai trò rất quan trọng đối với con người và môi trường. Ngoài việc là nguồn cung cấp nước uống và duy trì sinh hoạt cá nhân hàng ngày cho con người, nước còn được sử dụng nhiều trong các quy trình sản xuất. Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn về quản lý bền vững và sử dụng hiệu quả, tiết kiệm tài nguyên nước, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ mới vào quản lý, vận hành hệ thống cấp nước là nhu cầu ngày càng cấp thiết.

Nguồn: iris.who.int

Theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), số lượng nước tiêu thụ trung bình hàng ngày của mỗi người là khoảng trên 100 lít. Tùy theo từng quốc gia, đối tượng, mà mức tiêu thụ này có sự khác biệt. Ở khu vực Nam Mỹ, ví dụ La Paz, mức tiêu thụ 120 lít/người/ngày; Bogota tiêu thụ 168 lít/người/ngày; Santiago với 200 lít/người/ngày. Tại Việt Nam, các thành phố lớn có mức tiêu thụ trung bình 300-400 lít/người/ngày; thị xã mức tiêu thụ trung bình 200-270 lít/người/ngày; thị trấn có mức tiêu thụ trung bình 80-150 lít/người/ngày. Ở nông thôn, mức nước tiêu thụ trung bình thấp hơn, khoảng 40-60 lít/người/ngày. Căn cứ mức tiêu thụ nước trung bình sử dụng hàng ngày mà người ta thiết kế mạng lưới cấp, thoát nước thích hợp, tránh việc không đủ nguồn nước cấp (gây quá tải mạng lưới) hoặc lãng phí quá nhiều ngân sách để xây dựng hệ thống cấp, thoát nước quá lớn so với nhu cầu.

Để tối ưu hóa việc phân phối nước theo các khu vực, đảm bảo không lãng phí nước, vốn là vấn đề rất quan trọng trong bối cảnh dân số gia tăng và quá trình đô thị hóa. Tuy nhiên, việc quản lý, giám sát mức tiêu thụ nước ở nhiều nơi (trong đó có Việt Nam) nhằm kiểm soát, phân phối nguồn nước một cách hợp lý còn được thực hiện khá thủ công, qua việc ghi nhận chỉ số đồng hồ đo nước hàng tháng tại từng hộ gia đình. Yêu cầu thông tin về lượng nước tiêu thụ theo thời gian thực khó nắm bắt và không thể phát hiện kịp thời trong trường hợp có sự rò rỉ nước, khiến cho lãng phí nguồn tài nguyên và thiệt hại kinh tế đối với các chủ thể liên quan (hộ gia đình, các nhà sản xuất cũng như nhà cung cấp nước).

Để đáp ứng nhu cầu kiểm tra, giám sát tình hình sử dụng nước, đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về đồng hồ đo nước, tạo ra nhiều dạng đồng hồ đo, ví dụ như đồng hồ đo lưu lượng nước (dạng piston dao động, dạng đĩa định vị); đồng hồ đo vận tốc nước (dạng sử dụng đa tia, dạng turbine, dạng hỗn hợp); đồng hồ đo dạng điện từ, dạng sử dụng siêu âm. Theo số liệu tiếp cận được từ cơ sở dữ liệu WIPSGlobal, tính đến tháng 10/2023, có hơn 64.000 sáng chế liên quan đến đồng hồ nước. Trong đó, sáng chế đầu tiên đăng ký bảo hộ vào năm 1897, với tên gọi Water meter (sáng chế số US 0626647A), của tác giả George B. Basett, Công ty Buffalo New York (Mỹ), đề cập đến việc chế tạo đồng hồ đo nước dạng đĩa. Theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã có nhiều cải tiến, tạo ra các loại đồng hồ đo nước phù hợp hơn với nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Năm 1901, Kelly William H. và Tschinkel Alfred đã tạo ra đồng hồ đo lưu lượng nước dạng điện từ, hoạt động dựa theo định luật cảm ứng Faraday, được ứng dụng khá nhiều hiện nay. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và mạng internet, các nghiên cứu về đồng hồ đo nước, cũng như các hệ thống quản lý nước ứng dụng kết nối internet (IoT) ngày càng gia tăng, lượng sáng chế đăng ký bảo hộ cũng tăng gấp bội so với trước đây.

Tại Việt Nam, điều kiện hạ tầng tại các khu vực địa bàn không đồng đều, đặc biệt những nơi vùng núi, biển đảo (giao thông cách trở, hạ tầng viễn thông và các dịch vụ internet chưa được phổ biến,…), nên nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu các giải pháp công nghệ để đáp ứng yêu cầu quản lý tài nguyên nước phù hợp với địa lý và nhu cầu của người Việt.

Theo số liệu từ Cục Sở hữu trí tuệ, sáng chế đăng ký bảo hộ tại Việt Nam về đồng hồ nước tập trung nhiều về đồng hồ đo vận tốc nước và những cải tiến liên quan đến buồng đo, bộ phận hiển thị số và tổ hợp bánh răng giảm tốc, cho phép đọc chỉ số kết quả trên mặt hiển thị đồng hồ một cách dễ dàng. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại thực tế là công việc thống kê lượng nước sử dụng cần được nhân viên ghi nhận trực tiếp tại địa điểm gắn đồng hồ đo, dẫn đến khả năng số liệu chưa thực sự chính xác cả do các nguyên nhân khách quan lẫn chủ quan.

Gần đây, PGS.TS Lê Minh Phương cùng nhóm nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu điện tử công suất (Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM) đã nghiên cứu thành công giải pháp công nghệ cải tiến đồng hồ nước dạng cơ truyền thống thành đồng hồ nước dạng đồng hồ nước thông minh, cho phép theo dõi kết quả sử dụng nước mà không cần trực tiếp đến nơi đồng hồ nước được lắp đặt để đo đạc. Kết quả của đề tài nghiên cứu (do Sở Khoa học Công nghệ TP.HCM cấp kinh phí) này được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế số 31468, với tên gọi “Đồng hồ nước điện tử”. Đồng hồ này cho phép đo lưu lượng nước sinh hoạt một cách tự động; có khả năng chống trộm, phát cảnh báo khi đồng hồ bị can thiệp từ bên ngoài làm sai lệch chỉ số nước. Đồng hồ được tích hợp thuật toán tiết kiệm năng lượng, cho phép thời gian hoạt động của pin từ 3-5 năm. Ngoài ra, đồng hồ cũng cho phép đọc thông số từ xa qua mạng internet; thu thập và truyền hình ảnh về máy chủ,... tự động tính toán và gửi thông tin đến khách hàng.

Điểm nổi bật của đồng hồ đo nước điện tử này chính là việc phát triển các chức năng thông minh ngay trên các đồng hồ nước dạng cơ truyền thống, với các module sử dụng công nghệ truyền dữ liệu hiện đại, có khả năng đọc dữ liệu từ bộ phát xung được kết nối với đồng hồ cơ và truyền qua giao thức vô tuyến không dây, từ đó, góp phần giảm thiểu chi phí và phù hợp với điều kiện thực tế tại TP.HCM.

Sản phẩm đồng hồ nước điện tử được hoàn thiện với "Trung tâm" là bộ phận chuyển đổi dữ liệu từ sang dạng số tích hợp trên bo mạch (Nguồn: dost.hochiminhcity.gov.vn)

Đồng hồ nước điện tử không những cho phép giảm thiểu số lượng nhân viên thu thập dữ liệu thủ công, hạn chế sai sót, mà còn cung cấp cho khách hàng và doanh nghiệp cung cấp nước khả năng theo dõi nhanh, thống kê theo định kỳ về số lượng, lưu lượng, chất lượng nước; nhanh chóng phát hiện các sự cố rò rỉ, ngăn chặn lãng phí nước, ứng phó tốt với nguy cơ thiếu nước. Căn cứ vào việc phân tích các dữ liệu và theo dõi hiệu suất hệ thống cấp nước từ đồng hồ nước điện tử, các cơ quan quản lý có thể đưa ra những phương án thích hợp nhằm tối ưu hóa việc cung cấp và sử dụng nước theo từng khu vực cụ thể.

Việc áp dụng các công nghệ hiện đại để đo lường lượng nước sinh hoạt một cách chính xác sẽ giúp quản lý tốt tài nguyên nước và tối ưu hóa việc sử dụng, giảm thiểu lãng phí nước trong quá trình vận chuyển và phân phối, đồng thời bảo vệ nguồn nước tự nhiên. Đây là một công cụ hỗ trợ quan trọng trong việc xây dựng hệ thống quản lý nước bền vững, ứng phó tốt với các thách thức từ biến đổi khí hậu.

Vân Anh

--------------------------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] Anh Thư. Hệ thống đo lường nước thông minh. https://ipvietnam.gov.vn/vi_VN/web/guest/sang-che-viet/-/asset_publisher/XzSH8lY4WRq7/content/dong-ho-do-nuoc
[2] Chế tạo thành công thiết bị đo lường nước thông minh trên nền tảng đồng hồ cơ truyền thống, tích hợp quản lý tập trung IoT. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/che-tao-thanh-cong-thiet-bi-do-luong-nuoc-thong-minh-tren-nen-tang-dong-ho-co-truyen-thong-tich-hop-quan-ly-tap-trung-iot/
[3] TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình. Tiêu chuẩn thiết kế. http://www.vncold.vn/Modules/CMS/Upload/10/TieuChuanHoDap/TCXDVN_33_2006_P_18_03_08/TCXDVN_33_2006_P.pdf
[4] Exploring the Different Types of Water Meters. https://flowmetrics.com/exploring-types-water-meters/