Cảm biến mực nước điện trở áp suất đã trở thành một phần không thể thiếu trong chiến lược quản lý nước toàn diện của Singapore, hỗ trợ quá trình chuyển đổi của quốc gia hướng tới “Mạng lưới nước thông minh”. Bài viết này khám phá các ứng dụng đa dạng của những cảm biến mạnh mẽ và chính xác này trong hệ thống cấp nước đô thị của Singapore, từ phòng chống lũ lụt đến quản lý hồ chứa và mạng lưới cấp nước thông minh. Là một công nghệ chuyển đổi áp suất nước thành tín hiệu điện thông qua các phần tử điện trở áp suất, các cảm biến này cung cấp cho Cơ quan Quản lý Tiện ích Công cộng Singapore (PUB) dữ liệu đáng tin cậy, thời gian thực để tối ưu hóa hoạt động, tăng cường khả năng phục hồi hệ thống và cải thiện việc cung cấp dịch vụ trong cơ sở hạ tầng cấp nước phức tạp của đất nước.
Giới thiệu về cảm biến áp suất điện trở trong ngành cấp nước của Singapore
Hành trình trở thành quốc gia dẫn đầu thế giới về quản lý nguồn nước của Singapore được thúc đẩy bởi nhu cầu cấp thiết. Là một quốc đảo nhỏ với nguồn tài nguyên nước tự nhiên hạn chế và dễ bị tổn thương trước tác động của biến đổi khí hậu như mưa lớn và mực nước biển dâng cao, Singapore đã đầu tư mạnh vào các công nghệ nước tiên tiến. Trong số đó, cảm biến mực nước điện trở áp suất đã nổi lên như một thành phần quan trọng của cơ sở hạ tầng giám sát nguồn nước quốc gia, mang lại độ tin cậy và độ chính xác vượt trội trong nhiều môi trường thủy sinh khác nhau.
Cảm biến áp suất điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý một số vật liệu thay đổi điện trở khi chịu tác động của ứng suất cơ học. Trong các ứng dụng đo mực nước, các cảm biến này đo áp suất thủy tĩnh do cột nước tạo ra, tỷ lệ thuận với chiều cao của cột nước. Mối quan hệ vật lý này cho phép xác định mực nước chính xác bất kể độ trong, độ đục của nước hay sự hiện diện của các chất rắn lơ lửng – những yếu tố thường gây khó khăn cho các công nghệ thay thế như cảm biến siêu âm hoặc quang học.
Cơ quan Quản lý Nước Quốc gia Singapore (PUB), đơn vị chịu trách nhiệm về nguồn nước, đã triển khai chiến lược các cảm biến áp suất điện trở trên nhiều lĩnh vực quản lý nước. Việc triển khai này nhằm giải quyết một số thách thức đặc thù của Singapore: nhu cầu dự báo lũ lụt chính xác trong điều kiện khí hậu nhiệt đới thường xuyên có mưa lớn, yêu cầu quản lý hồ chứa chính xác ở một quốc gia khan hiếm đất đai dẫn đến việc xây dựng nhiều hồ chứa đô thị, và nhu cầu về dữ liệu đáng tin cậy để vận hành mạng lưới cấp nước ngày càng phức tạp và liên kết chặt chẽ.
Câu chuyện về nguồn nước của Singapore là một câu chuyện chuyển đổi – từ khan hiếm nước sang an ninh nguồn nước. Bốn nguồn nước quốc gia (nước từ lưu vực địa phương, nước nhập khẩu, nước sạch và nước khử muối) đại diện cho một chiến lược cung cấp nước đa dạng, trong đó mỗi thành phần đều cần được giám sát cẩn thận. Cảm biến áp suất điện trở đóng góp vào chiến lược này bằng cách cung cấp dữ liệu chính xác, thời gian thực cần thiết để tối ưu hóa hoạt động trên cả bốn nguồn nước, đặc biệt là trong các hệ thống lưu vực địa phương hiện đang thu gom nước từ hai phần ba diện tích đất liền của Singapore.
Việc áp dụng công nghệ điện trở áp suất phù hợp với sáng kiến Quốc gia Thông minh rộng lớn hơn của Singapore, nhấn mạnh việc ra quyết định dựa trên dữ liệu trong tất cả các lĩnh vực. Trong quản lý nguồn nước, điều này có nghĩa là các cảm biến không chỉ cung cấp các phép đo mà còn tích hợp liền mạch với các nền tảng phân tích tiên tiến, cho phép bảo trì dự đoán, hệ thống điều khiển tự động và khả năng cảnh báo sớm. Độ bền của cảm biến điện trở áp suất - khả năng duy trì độ chính xác bất chấp sự bám bẩn sinh học, biến động nhiệt độ và triển khai lâu dài - khiến chúng đặc biệt phù hợp với môi trường nhiệt đới của Singapore và các tiêu chuẩn khắt khe của PUB về chất lượng dữ liệu và độ tin cậy của hệ thống.
Hệ thống giám sát và cảnh báo sớm lũ lụt
Khí hậu nhiệt đới của Singapore mang đến những trận mưa lớn có thể nhanh chóng làm quá tải hệ thống thoát nước, khiến việc giám sát lũ lụt hiệu quả trở nên thiết yếu đối với khả năng phục hồi đô thị. Ban Quản lý Tiện ích Công cộng (PUB) đã triển khai một mạng lưới rộng lớn các cảm biến mực nước điện trở áp suất như một phần của chiến lược quản lý rủi ro lũ lụt, tạo ra một trong những hệ thống cảnh báo lũ lụt đô thị tiên tiến nhất thế giới. Các cảm biến này cung cấp dữ liệu quan trọng cần thiết để dự đoán, giám sát và ứng phó với các sự kiện lũ lụt trên khắp cảnh quan đô thị dày đặc của hòn đảo.
Triển khai cảm biến tại các khu vực rủi ro cao
PUB đã lắp đặt các cảm biến áp suất điện trở một cách chiến lược tại khoảng 200 vị trí trọng yếu trên toàn mạng lưới thoát nước của Singapore, đặc biệt tập trung ở các khu vực trũng thấp và các điểm nóng lũ lụt trong quá khứ57. Các cảm biến này liên tục giám sát mực nước trong các kênh rạch, cống rãnh và sông ngòi, cung cấp dữ liệu thời gian thực cho hệ thống điều khiển trung tâm của PUB. Công nghệ áp suất điện trở được lựa chọn cho các ứng dụng này do độ tin cậy vượt trội của nó trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của Singapore - độ ẩm cao, mưa lớn thường xuyên và khả năng nước lũ chứa nhiều mảnh vụn có thể làm hỏng các loại cảm biến khác.
Các cảm biến này là một phần của hệ thống giám sát lũ lụt tích hợp, bao gồm radar đo lượng mưa, camera quan sát và các thiết bị giám sát chất lượng nước. Tuy nhiên, các cảm biến mực nước điện trở áp suất đóng vai trò là yếu tố nền tảng, cung cấp phép đo trực tiếp nhất về nguy cơ lũ lụt thực tế tại các vị trí cụ thể. Các phép đo của chúng đặc biệt có giá trị vì chúng ghi lại kết quả tổng hợp của tất cả các quá trình thủy văn thượng nguồn—cường độ mưa, đặc điểm dòng chảy lưu vực và hiệu suất hệ thống thoát nước—trong một thông số duy nhất, dễ hiểu: độ sâu của nước.
Cơ chế cảnh báo tự động
Hệ thống giám sát lũ lụt của Singapore sử dụng dữ liệu từ cảm biến áp suất điện trở để tạo ra các cảnh báo tự động thông qua nhiều kênh. Khi mực nước dâng lên đến các ngưỡng đã được xác định trước (thường ở mức 50%, 75%, 90% và 100% độ sâu nguy hiểm), hệ thống sẽ kích hoạt thông báo qua tin nhắn SMS, ứng dụng di động MyWaters và màn hình hiển thị trong phòng điều khiển của PUB7. Cách tiếp cận cảnh báo theo nhiều cấp độ này cho phép phản ứng theo từng mức độ, từ giám sát thường xuyên đến can thiệp khẩn cấp.
Độ chính xác cao của các cảm biến áp điện trở (±0,1% toàn thang đo trong nhiều trường hợp lắp đặt) đảm bảo rằng các cảnh báo dựa trên các phép đo chính xác, giảm thiểu báo động sai trong khi vẫn cung cấp thời gian cảnh báo đầy đủ. Người dân và doanh nghiệp có thể đăng ký nhận cảnh báo cho tối đa ba vị trí cảm biến cụ thể, cho phép nhận cảnh báo lũ lụt được cá nhân hóa cho các khu vực cần quan tâm đặc biệt7. Mức độ tùy chỉnh này chỉ có thể thực hiện được vì các cảm biến áp điện trở cung cấp dữ liệu đáng tin cậy một cách nhất quán mà PUB và công chúng có thể tin tưởng.
Tích hợp với cơ sở hạ tầng kiểm soát lũ lụt
Ngoài các hệ thống cảnh báo, dữ liệu từ cảm biến áp suất điện trở còn trực tiếp điều khiển cơ sở hạ tầng giảm thiểu lũ lụt tự động tại nhiều địa điểm trên khắp Singapore. Tại các khu vực như Orchard Road—một khu mua sắm từng bị ngập lụt nghiêm trọng vào năm 2010 và 2011—dữ liệu cảm biến kích hoạt hoạt động của các rào chắn lũ tạm thời và vận hành các máy bơm mạnh mẽ để chuyển hướng nước lũ5. Thời gian phản hồi nhanh của cảm biến (thường dưới một giây) rất quan trọng đối với các ứng dụng này, cho phép các hệ thống điều khiển phản ứng trước khi tình trạng lũ lụt trở nên nghiêm trọng.
Một ứng dụng đáng chú ý là chương trình tầng hầm "chống lũ" cho các tòa nhà ở những khu vực dễ bị ngập lụt. Ở đây, các cảm biến áp suất điện trở được lắp đặt trong các bãi đậu xe ngầm kết nối với hệ thống báo động của tòa nhà, cung cấp cảnh báo trực tiếp cho người quản lý tòa nhà và người cư trú khi nước lũ đe dọa5. Cấu trúc chắc chắn của các cảm biến đảm bảo hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi bị ngập một phần, một điểm hỏng hóc thường gặp đối với các công nghệ kém bền hơn.
Hiệu suất trong các sự kiện thời tiết khắc nghiệt
Mạng lưới cảm biến áp suất điện trở của Singapore đã chứng minh giá trị của mình trong nhiều sự kiện mưa cực đoan. Ví dụ, trong trận bão năm 2018, khi lượng mưa đạt gần 160mm trong vòng bốn giờ – một trong những trận mưa lớn nhất trong lịch sử Singapore – mạng lưới cảm biến đã cung cấp cho PUB thông tin cập nhật từng phút về mực nước trên toàn đảo. Dữ liệu này cho phép triển khai các đội ứng phó lũ lụt một cách có mục tiêu và truyền đạt thông tin chính xác đến công chúng về những khu vực nào có nguy cơ cao nhất.
Phân tích dữ liệu cảm biến sau sự kiện cũng đã giúp PUB xác định các điểm nghẽn trong hệ thống thoát nước và tối ưu hóa các khoản đầu tư cơ sở hạ tầng trong tương lai. Khả năng cung cấp các phép đo chính xác ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt của các cảm biến áp suất điện trở khiến chúng đặc biệt có giá trị đối với các cuộc điều tra pháp y này, vì chúng ghi lại toàn bộ biểu đồ thủy văn của các sự kiện lũ lụt mà không có khoảng trống dữ liệu trong suốt dòng chảy đỉnh điểm.
Quản lý hồ chứa và trữ nước
Cách tiếp cận sáng tạo của Singapore trong việc trữ nước và quản lý hồ chứa phụ thuộc rất nhiều vào việc giám sát mực nước chính xác, trong đó các cảm biến áp suất điện trở đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo hiệu quả và an toàn cho các nguồn nước quan trọng này. Là một quốc đảo với nguồn nước tự nhiên hạn chế, Singapore đã chuyển đổi cảnh quan đô thị của mình để hoạt động như một khu vực thu gom nước, tạo ra một mạng lưới hồ chứa rộng lớn hiện đang thu gom nước từ hai phần ba diện tích đất liền của quốc gia. Việc quản lý các hồ chứa này đòi hỏi dữ liệu mực nước chính xác, theo thời gian thực - một yêu cầu được đáp ứng hoàn hảo bởi công nghệ cảm biến áp suất điện trở.
Giám sát hệ thống hồ chứa Marina
Hồ chứa Marina, lưu vực đô thị hóa nhất của Singapore, là một ví dụ điển hình cho việc ứng dụng tinh vi các cảm biến áp suất điện trở trong các công trình trữ nước quy mô lớn. Nhiều cảm biến được bố trí chiến lược ở các độ sâu và vị trí khác nhau trong toàn bộ hồ chứa để theo dõi không chỉ mực nước tổng thể mà còn cả các hiệu ứng phân tầng và các biến đổi cục bộ3. Những phép đo này rất quan trọng đối với một số khía cạnh vận hành:
- Quản lý nguồn cung cấp nước: Dữ liệu mực nước chính xác đảm bảo tốc độ lấy nước tối ưu, duy trì nguồn cung cấp đồng thời tránh tình trạng cạn kiệt nước không cần thiết.
- Thu gom nước mưa: Trong các sự kiện mưa, các cảm biến giúp xác định lượng nước chảy tràn bổ sung mà hồ chứa có thể hấp thụ một cách an toàn.
- Kiểm soát độ mặn: Tại đập Marina Barrage, dữ liệu từ cảm biến cung cấp thông tin cho hoạt động của các cửa van để ngăn chặn sự xâm nhập của nước biển đồng thời cho phép xả nước ở mức độ phù hợp.
Các cảm biến áp suất điện trở trong hồ chứa Marina được thiết kế đặc biệt để chịu được điều kiện nước lợ nơi nước ngọt gặp nước biển, với các vật liệu được lựa chọn để chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt này. Cấu trúc chắc chắn của chúng cho phép hoạt động liên tục với bảo trì tối thiểu, bất chấp việc thường xuyên ngâm trong nước và tiếp xúc với các thành phần hóa học khác nhau của nước.
Giám sát bể chứa phân tán
Ngoài các hồ chứa lớn, cảm biến áp suất điện trở còn giám sát mực nước trong nhiều bể chứa phân tán của Singapore - cơ sở hạ tầng quan trọng để duy trì áp suất nước và dự trữ khẩn cấp trong toàn bộ mạng lưới phân phối nước của đảo37. Những ứng dụng này chứng minh tính linh hoạt của các cảm biến:
- Bể chứa nước trên mái nhà đô thị: Trong các tòa nhà cao tầng, cảm biến đảm bảo cung cấp đủ nước cho các tầng trên đồng thời ngăn ngừa tràn nước.
- Hồ chứa trung gian: Các công trình chứa trung gian này sử dụng dữ liệu cảm biến để tối ưu hóa lịch bơm và mức tiêu thụ năng lượng.
- Kho dự trữ khẩn cấp: Các kho dự trữ chiến lược được duy trì để đối phó với các tình huống hạn hán hoặc sự cố cơ sở hạ tầng được theo dõi cẩn thận để đảm bảo sẵn sàng hoạt động.
PUB đã tiêu chuẩn hóa các cảm biến áp suất điện trở cho các ứng dụng này nhờ hiệu suất ổn định của chúng trên các hình dạng bể chứa khác nhau và khả năng giao tiếp trực tiếp với các hệ thống SCADA tự động hóa mạng lưới phân phối nước của Singapore.
Chúng tôi cũng có thể cung cấp nhiều giải pháp khác nhau cho
1. Máy đo cầm tay đa thông số chất lượng nước
2. Hệ thống phao nổi để đo chất lượng nước đa thông số
3. Bàn chải làm sạch tự động cho cảm biến nước đa thông số
4. Bộ máy chủ và mô-đun phần mềm không dây hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS /4G/WIFI/LORA/LORAWAN
Để biết thêm về cảm biến nước thông tin,
Vui lòng liên hệ Công ty TNHH Công nghệ Honde.
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty:www.hondetechco.com
Điện thoại: +86-15210548582
Thời gian đăng bài: 27/06/2025