Последний международный доклад об изменении климата рисует картину разрушения общества, если не произойдет резкого и быстрого сокращения выбросов парниковых газов.
Связанный контент
- С изменением климата, Вашингтон, округ Колумбия, будет чувствовать себя больше как Арканзас к 2080 году
Несмотря на то, что это первые годы, некоторые города и муниципалитеты начинают осознавать, что прошлые условия больше не могут служить разумным примером для будущего.
Это особенно верно для инфраструктуры страны. Автомагистрали, водоочистные сооружения и электросеть подвергаются все большему риску экстремальных погодных явлений и других последствий изменения климата.
Проблема заключается в том, что большинство инфраструктурных проектов, включая план активизации инфраструктуры администрации Трампа, обычно игнорируют риски изменения климата.
В нашей работе по исследованию устойчивости и инфраструктуры мы поощряем и начинаем переходить к проектированию искусственных инфраструктурных систем с учетом адаптивности.
Проектирование для прошлого
Инфраструктурные системы являются линией защиты от наводнений, жары, пожаров, ураганов и других стихийных бедствий. Градостроители и граждане часто предполагают, что то, что построено сегодня, продолжит функционировать перед лицом этих опасностей, что позволит продолжать предоставлять услуги и защищать нас, как они это делали в прошлом. Но эти системы разработаны на основе истории экстремальных событий.
Например, размеры насосов основаны на исторических событиях осадков. Линии электропередачи спроектированы в пределах того, сколько энергии они могут перемещать при сохранении безопасных условий эксплуатации относительно температур воздуха. Мосты предназначены для того, чтобы выдерживать определенные скорости потока в реках, которые они пересекают. Инфраструктура и окружающая среда тесно связаны.
Однако сейчас страна все чаще выходит за рамки этих исторических условий, и ожидается, что в стране будут наблюдаться более частые и интенсивные экстремальные погодные явления. Иными словами, из-за изменения климата природные системы теперь меняются быстрее, чем инфраструктура.
Как могут адаптироваться инфраструктурные системы? Сначала давайте рассмотрим причины, по которым инфраструктурные системы перестают работать в крайних случаях
- Опасность превышает проектные допуски. Это был случай наводнения между штатами 10 в Фениксе осенью 2014 года, когда интенсивность осадков превысила проектные условия.
- В это время в системе уменьшается дополнительная пропускная способность: когда что-то идет не так, у вас меньше возможностей управлять стрессором, например, перенаправлять потоки, будь то вода, электричество или даже трафик.
- Мы часто требуем максимальной отдачи от нашей инфраструктуры во время экстремальных событий, выдвигая системы в то время, когда имеется небольшая дополнительная емкость.
Постепенное изменение также создает серьезные проблемы, отчасти потому, что нет особого события, которое стимулировало бы призыв к действию. Этот тип ситуации может быть особенно проблематичным в контексте невыполненных работ по техническому обслуживанию и дефицита бюджета, которые в настоящее время мешают многим системам инфраструктуры. Будут ли города и поселки впадать в самоуспокоенность только для того, чтобы обнаружить, что их долговечная инфраструктура больше не работает так, как должна?
В настоящее время дефолт, по-видимому, обеспечивает финансирование, чтобы построить больше того, что мы имели за прошедшее столетие. Но управляющие инфраструктурой должны сделать шаг назад и спросить, что наши инфраструктурные системы должны сделать для нас в будущем.
Гибкий и гибкий дизайн
Принципиально новые подходы необходимы для решения проблем не только меняющегося климата, но и разрушительных технологий.
К ним относится растущая интеграция информационных и коммуникационных технологий, что повышает риск кибератак. Другие новые технологии включают автономные транспортные средства и беспилотные летательные аппараты, а также прерывистую возобновляемую энергию и аккумуляторы вместо традиционных энергосистем. Кроме того, технологии с цифровой связью существенно изменяют представление людей об окружающем нас мире. Подумайте, как наши мобильные устройства теперь могут перенаправлять нас таким образом, что мы не до конца понимаем, основываясь на нашем собственном поведении в пути и трафике по региону.
Тем не менее, наши нынешние парадигмы проектирования инфраструктуры делают упор на больших централизованных системах, рассчитанных на десятилетия и способных противостоять опасностям для окружающей среды до заранее выбранного уровня риска. Проблема в том, что уровень риска в настоящее время не определен, потому что климат меняется, иногда не совсем понятным образом. Таким образом, прогнозы экстремальных событий могут быть немного или намного хуже.
Учитывая эту неопределенность, гибкость и гибкость должны быть в центре нашей инфраструктуры. В нашем исследовании мы увидели, как ряд городов уже приняли принципы для достижения этих целей, и преимущества, которые они предоставляют.
«Умный» туннель в Куала-Лумпуре предназначен для дополнения городской ливневой канализации. (Дэвид Бои, CC BY) В Куала-Лампуре транспортные туннели могут переходить к управлению ливневыми водами во время интенсивных осадков, что является примером многофункциональности.
По всей стране гражданские технологии смартфонов начинают предоставлять информацию в режиме реального времени. Например, проект CrowdHydrology использует данные о наводнениях, предоставленные гражданами, которые ограниченные традиционные датчики не могут собрать.
Разработчики и управляющие инфраструктурой в ряде мест в США, включая Нью-Йорк, Портленд, Майами и Юго-Восточную Флориду и Чикаго, теперь должны планировать это неопределенное будущее - процесс, называемый дорожной картой. Например, Майами разработал план стоимостью 500 млн. Долл. США для модернизации инфраструктуры, включая установку новых насосных мощностей и строительство дорог для защиты находящейся под угрозой собственности на берегу океана.
Эти компетенции согласуются с мышлением, основанным на устойчивости, и отвлекают страну от наших стандартных подходов - просто строить больше, сильнее или избыточнее.
Планирование на неопределенность
Поскольку в настоящее время существует большая неопределенность в отношении опасностей, устойчивость, а не риск, должна стать основой для проектирования и эксплуатации инфраструктуры в будущем. Устойчивость означает, что системы могут выдерживать экстремальные погодные явления и быстро возвращаться в эксплуатацию.
Технология Microgrid позволяет отдельным зданиям работать в случае более широкого отключения электроэнергии и является одним из способов повышения устойчивости электросистемы. (Эми Вон / Министерство энергетики США, CC BY-ND) Это означает, что специалисты по планированию инфраструктуры не могут просто изменить свои параметры проектирования - например, здание должно выдерживать 1000-летнее событие вместо 100-летнего. Даже если бы мы могли точно предсказать, какими должны быть эти новые уровни риска на предстоящее столетие, возможно ли это технически, финансово или политически для создания этих более надежных систем?
Именно поэтому необходимы основанные на устойчивости подходы, которые подчеркивают способность к адаптации. Традиционные подходы подчеркивают надежность, например, строительство дамбы, способной выдерживать определенное повышение уровня моря. Эти подходы необходимы, но, учитывая неопределенность риска, нам нужны другие стратегии в нашем арсенале.
Например, предоставление инфраструктурных услуг альтернативными способами, когда наша основная инфраструктура выходит из строя, например, развертывание микросетей перед ураганом. Или планировщики могут спроектировать инфраструктурные системы таким образом, чтобы в случае отказа последствия для жизни человека и экономики были сведены к минимуму.
Это практика, недавно внедренная в Нидерландах, где рекам дельты Рейна разрешается затоплять, но людям не разрешается жить в пойме, а фермерам выплачивается компенсация в случае потери урожая.
Неопределенность - это новая норма, а надежность зависит от того, как инфраструктура позиционируется для работы и адаптируется к этой неопределенности. Если страна продолжит брать на себя обязательства по созданию инфраструктуры прошлого столетия, мы можем продолжать ожидать отказов этих критических систем и потерь, которые сопровождают их.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Михаил Честер, доцент кафедры гражданского, экологического и устойчивого развития, Университет штата Аризона; Брэден Алленби, профессор президента и профессор Линкольна по технике и этике, Школа устойчивой инженерии и искусственной среды, Школы инженерии Ира А. Фултона, Университет штата Аризона; и Самуэль Маркольф, научный сотрудник, докторская степень, Сеть исследований устойчивости городов к экстремальным явлениям, Университет штата Аризона
