Chaque jour, le vaste système d'approvisionnement en eau des États-Unis fait face à une pression pour fournir de l'eau sûre. Maintenant, les scientifiques de l'Université du Vermont (UVM) ont inventé un nouvel outil utilisant l'IA pour aider les communautés à mieux prédire les menaces à leur approvisionnement.
De nouvelles recherches publiées aujourd'hui par les scientifiques du Vermont montrent comment un système informatique déjà existant – le modèle national de l'eau du gouvernement fédéral – peut être modifié, avec l'IA et les données en temps réel des capteurs, pour aller au-delà de la prévision du flux de flux – pour prédire également la qualité de l'eau.
« Ce nouvel outil peut être mis en œuvre à travers le pays et largement utilisé par des gens qui pourraient utiliser des prévisions de qualité de l'eau dans un certain nombre d'applications », a déclaré Andrew Schroth de l'UVM, chercheur principal de l'étude. « Avec la toute première application du modèle national de l'eau pour prédire la qualité de l'eau, nous avons ouvert une nouvelle fenêtre qui peut vraiment profiter au pays dans son ensemble. »
Pour tester l'outil dans des conditions du monde réel, les chercheurs se sont concentrés sur l'approvisionnement en eau de New York, un terrain d'essai idéal en raison du vaste réseau de capteurs de la ville qui surveillent l'écoulement de l'eau et les sédiments – et la nature épisodique du problème auxquelles l'alimentation en eau de New York est confrontée.
L'approvisionnement en eau de New York
Publier leurs résultats dans le Journal de l'American Water Resources Associationl'équipe a testé le nouvel outil dans le bassin versant d'Esopus Creek de l'État de New York dans les montagnes Catskill. Cette voie navigable s'écoule dans le réservoir d'Ashokan, qui fournit environ 40% de l'eau potable quotidienne de New York et fait partie du plus grand réseau d'approvisionnement en eau non filtré du pays.
Une préoccupation clé de la qualité de l'eau des réservoirs est la turbidité, une mesure de la clarté de l'eau affectée par les sédiments et autres matériaux dans la colonne d'eau. Lorsque certains niveaux sont dépassés, le NYC DEP doit limiter l'offre de ce réservoir, ce qui a un impact sur la gestion et les opérations de l'ensemble du réseau en aval. La capacité de prévoir des menaces de turbidité élevées est essentielle pour rationaliser les opérations d'approvisionnement en eau.
« Lorsque trop de sédiments entrent dans le réservoir pendant ou après les grandes tempêtes, New York doit limiter l'approvisionnement et modifier leurs opérations », explique Schroth, professeur agrégé de recherche au Département de géographie et de géographie de l'Université du Vermont.
Il note qu'Esopus Creek est sujet à une turbidité élevée en raison de grandes quantités de sédiments de grains fins des argiles glaciaires, des limons et des graviers dans la vallée. Lorsque les tempêtes se produisent, les berges des cours d'eau s'érodent, coupent dans les sédiments glaciaires et créant une nébulosité élevée qui peut persister pendant des mois, compliquant les prévisions et la gestion des réservoirs.
Applicabilité nationale
L'utilisation de New York comme cas de test travaille à appliquer le modèle national de l'eau au-delà des prévisions hydrologiques.
Selon le National Weather Service, « le modèle national de l'eau est un cadre de modélisation hydrologique qui simule et prévoit un débit de ruisseau sur les États-Unis continentaux ». Le modèle national de l'eau permet à quiconque d'accéder aux données, donnant aux utilisateurs la possibilité de voir comment les cours d'eau ou les ruisseaux sont affectés en cas de fortes précipitations, et si des inondations peuvent être attendues. Les chercheurs du CIROH à l'échelle nationale font progresser les applications innovantes du modèle pour améliorer la sensibilisation à la disponibilité et aux menaces de l'eau.
La recherche récemment publiée, dirigée par UVM Scientist, le Dr Andrew Schroth, et le scientifique de l'Université d'État de l'Utah, le Dr John Kemper, en collaboration avec l'ingénieur UVM, le Dr Kristen Underwood, le NYC Department of Environmental Protection (DEP), Dany Davis, et les scientifiques de l'US Geological Survey Scientists qui collectent des données sur les étagères de la fréquence des expositions de la fréquence des étagères. En tirant parti de la relation entre l'écoulement de l'eau et la concentration de sédiments, l'équipe a pu développer une prévision robuste des mesures de la qualité de l'eau.
Aux États-Unis, cet outil peut avoir des applications répandues, permettant des emplacements qui sont généralement confrontés à divers problèmes de qualité de l'eau pour mieux prédire les menaces. Si une usine de traitement de l'eau met en œuvre une surveillance de la qualité de l'eau, il a désormais le potentiel de capacité en temps réel à comprendre comment une tempête à venir affectera la qualité de l'eau, ce qui leur donne une plus grande prévisibilité dans les fermetures de l'opération des plantes.
De même, si une prolifération d'algues est prévue avec un début de la tempête, les autorités seront conscientes de cette menace de qualité de l'eau, fermant les plages pour les problèmes de santé publique. D'un point de vue agricole, les agriculteurs sauraient combien d'eau est prévu et ce qui serait mouillé, guidant leur utilisation de l'application d'engrais.
Kemper, originaire du Maryland et a récemment terminé une bourse post-doctorale à l'Université du Vermont avant un déménagement en Utah, reconnaît l'impact des travaux. « Transformer un outil de prévision du débit de cours d'eau en un outil de prévision de la qualité de l'eau outille la voie à des prévisions de plus en plus disponibles pour répondre aux besoins de la communauté », créant des prévisions de qualité de l'eau pour les communautés et informant des stratégies similaires pour gérer la turbidité dans les bassins du monde entier.
Le modèle établira un précédent pour étudier d'autres composants de la qualité de l'eau, s'étendant bien au-delà de New York. Le cadre développé par l'équipe a une applicabilité nationale, car elle peut être adaptée à l'échelle nationale, permettant aux opérateurs de plantes d'eau et à d'autres gestionnaires de se renseigner sur leur constituant de la qualité de l'eau, comme le phosphore, l'azote, le nitrate, la turbidité ou le chlorure. Ce nouveau modèle peut transformer la façon dont la qualité de l'eau peut être anticipée et gérée à travers le pays.
