Het meest recente internationale rapport over klimaatverandering schetst een beeld van verstoring van de samenleving, tenzij de uitstoot van broeikasgassen drastisch en snel daalt.
gerelateerde inhoud
- Met klimaatverandering zal Washington, DC zich in 2080 meer als Arkansas voelen
Hoewel het vroege dagen zijn, beginnen sommige steden en gemeenten te erkennen dat de omstandigheden in het verleden niet langer als redelijke maatstaven voor de toekomst kunnen dienen.
Dit geldt met name voor de infrastructuur van het land. Snelwegen, waterzuiveringsinstallaties en het elektriciteitsnet lopen een groter risico voor extreme weersomstandigheden en andere effecten van een veranderend klimaat.
Het probleem is dat de meeste infrastructuurprojecten, inclusief het revitalisatieplan van de Trump-administratie, doorgaans de risico's van klimaatverandering negeren.
In ons onderzoek naar duurzaamheid en infrastructuur moedigen we aan en beginnen we te verschuiven naar het ontwerpen van kunstmatige infrastructuursystemen met aanpassingsvermogen in het achterhoofd.
Ontwerpen voor het verleden
Infrastructuursystemen zijn de voorste verdedigingslinie tegen overstromingen, hitte, bosbranden, orkanen en andere rampen. Stedenbouwkundigen en burgers gaan er vaak van uit dat wat vandaag wordt gebouwd, zal blijven functioneren in het licht van deze gevaren, waardoor diensten kunnen blijven doorgaan en ons beschermen zoals ze dat in het verleden hebben gedaan. Maar deze systemen zijn ontworpen op basis van geschiedenissen van extreme gebeurtenissen.
Pompen hebben bijvoorbeeld een grootte op basis van historische neerslaggebeurtenissen. Transmissielijnen zijn ontworpen binnen de grenzen van hoeveel vermogen ze kunnen verplaatsen met behoud van veilige bedrijfsomstandigheden met betrekking tot luchttemperaturen. Bruggen zijn ontworpen om bepaalde stroomsnelheden in de rivieren die ze oversteken te kunnen weerstaan. Infrastructuur en milieu zijn nauw met elkaar verbonden.
Nu overschrijdt het land echter vaker deze historische omstandigheden en wordt verwacht dat het vaker en intensere extreme weersomstandigheden zal zien. Anders gezegd, vanwege klimaatverandering veranderen natuurlijke systemen nu sneller dan infrastructuur.
Hoe kunnen infrastructuursystemen zich aanpassen? Laten we eerst eens kijken naar de redenen waarom infrastructuursystemen extreem falen:
- Het gevaar overschrijdt ontwerptoleranties. Dit was het geval bij de overstroming van de Interstate 10 in Phoenix in het najaar van 2014, waar de intensiteit van de regenval de ontwerpvoorwaarden overschreed.
- Gedurende deze tijden is er minder extra capaciteit in het systeem: wanneer er iets misgaat, zijn er minder opties voor het beheer van de stressor, zoals het omleiden van stromen, of het nu water, elektriciteit of zelfs verkeer is.
- We eisen vaak het meeste van onze infrastructuur tijdens extreme evenementen, waarbij we systemen pushen op een moment dat er weinig extra capaciteit is.
Geleidelijke verandering levert ook ernstige problemen op, deels omdat er geen onderscheidende gebeurtenis is die een oproep tot actie stimuleert. Dit soort situaties kan vooral lastig zijn in de context van onderhoudsachterstanden en begrotingstekorten die momenteel veel infrastructuursystemen teisteren. Zullen steden en dorpen worden gesust in zelfgenoegzaamheid om te ontdekken dat hun infrastructuur met een lange levensduur niet langer functioneert zoals zou moeten?
Momenteel lijkt de standaard het veiligstellen van financiering om meer te bouwen van wat we de afgelopen eeuw hebben gehad. Maar infrastructuurbeheerders moeten een stap terug doen en vragen wat onze infrastructuursystemen in de toekomst voor ons moeten doen.
Agile en flexibel door ontwerp
Fundamenteel zijn nieuwe benaderingen nodig om de uitdagingen van een veranderend klimaat, maar ook van ontwrichtende technologieën aan te gaan.
Deze omvatten een toenemende integratie van informatie- en communicatietechnologieën, wat het risico op cyberaanvallen verhoogt. Andere opkomende technologieën omvatten autonome voertuigen en drones evenals intermitterende hernieuwbare energie en batterijopslag in plaats van conventionele energiesystemen. Digitaal verbonden technologieën veranderen ook fundamenteel de kennis van individuen over de wereld om ons heen: overweeg hoe onze mobiele apparaten ons nu kunnen omleiden op een manier die we niet volledig begrijpen op basis van ons eigen reisgedrag en verkeer in een regio.
Toch benadrukken onze huidige paradigma's voor infrastructuurontwerp grote gecentraliseerde systemen die tientallen jaren meegaan en die milieugevaren kunnen weerstaan tot een vooraf gekozen risiconiveau. Het probleem is dat het risiconiveau nu onzeker is omdat het klimaat verandert, soms op manieren die niet zo goed worden begrepen. Als zodanig kunnen voorspellingen voor extreme gebeurtenissen een beetje of veel erger zijn.
Gezien deze onzekerheid moeten flexibiliteit en flexibiliteit centraal staan in ons infrastructuurontwerp. In ons onderzoek hebben we gezien hoe een aantal steden principes hebben aangenomen om deze doelen al te bevorderen en de voordelen die ze bieden.
Een 'slimme' tunnel in Kuala Lumpur is ontworpen om het regenwaterafvoersysteem van de stad aan te vullen. (David Boey, CC BY) In Kuala Lampur kunnen verkeerstunnels overstappen op regenwaterbeheer tijdens intense neerslaggebeurtenissen, een voorbeeld van multifunctionaliteit.
In de VS beginnen burgergebaseerde smartphonetechnologieën realtime inzichten te bieden. Het CrowdHydrology-project gebruikt bijvoorbeeld overstromingsgegevens die door burgers zijn ingediend en die de beperkte conventionele sensoren niet kunnen verzamelen.
Infrastructuurontwerpers en -beheerders op een aantal Amerikaanse locaties, waaronder New York, Portland, Miami en Zuidoost-Florida en Chicago, moeten nu plannen maken voor deze onzekere toekomst - een proces dat roadmapping wordt genoemd. Miami heeft bijvoorbeeld een plan van US $ 500 miljoen ontwikkeld om de infrastructuur te upgraden, inclusief het installeren van nieuwe pompcapaciteit en het verhogen van wegen om onroerend goed aan de oceaan te beschermen.
Deze competenties komen overeen met op veerkracht gebaseerd denken en halen het land weg van onze standaardbenaderingen om simpelweg groter, sterker of overbodig te bouwen.
Planning voor onzekerheid
Omdat er nu meer onzekerheid is met betrekking tot gevaren, zou veerkracht in plaats van risico in de toekomst centraal moeten staan bij het ontwerp en de exploitatie van de infrastructuur. Veerkracht betekent dat systemen extreme weersomstandigheden kunnen weerstaan en snel weer in bedrijf kunnen worden genomen.
Microgrid-technologie stelt individuele gebouwen in staat om te werken in het geval van een bredere stroomuitval en is een manier om het elektriciteitssysteem veerkrachtiger te maken. (Amy Vaughn / Amerikaans ministerie van Energie, CC BY-ND) Dit betekent dat infrastructuurplanners niet eenvoudig hun ontwerpparameter kunnen wijzigen, bijvoorbeeld om een evenement van 1000 jaar in plaats van een evenement van 100 jaar te weerstaan. Zelfs als we nauwkeurig konden voorspellen wat deze nieuwe risiconiveaus voor de komende eeuw zouden moeten zijn, is het technisch, financieel of politiek haalbaar om deze robuustere systemen te bouwen?
Daarom zijn op veerkracht gebaseerde benaderingen nodig die het aanpassingsvermogen benadrukken. Conventionele benaderingen benadrukken robuustheid, zoals het bouwen van een dijk die een zekere mate van zeespiegelstijging kan weerstaan. Deze benaderingen zijn noodzakelijk, maar gezien de onzekerheid in risico's hebben we andere strategieën nodig in ons arsenaal.
Bijvoorbeeld het aanbieden van infrastructuurdiensten via alternatieve middelen wanneer onze primaire infrastructuur uitvalt, zoals het inzetten van microgrids voor orkanen. Of planners kunnen infrastructuursystemen zo ontwerpen dat wanneer ze falen, de gevolgen voor het menselijk leven en de economie worden geminimaliseerd.
Dit is een praktijk die onlangs in Nederland is geïmplementeerd, waar de Rijndelta-rivieren mogen overstromen, maar mensen niet in de uiterwaarden mogen wonen en boeren worden gecompenseerd als hun gewassen verloren gaan.
Onzekerheid is het nieuwe normaal en betrouwbaarheid hangt af van de positionering van infrastructuur om in te werken en zich aan deze onzekerheid aan te passen. Als het land zich blijft inzetten voor de bouw van de infrastructuur van de vorige eeuw, kunnen we fouten van deze kritieke systemen en de daarmee gepaard gaande verliezen blijven verwachten.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Mikhail Chester, universitair hoofddocent civiele, milieu- en duurzame engineering, Arizona State University; Braden Allenby, President's Professor en Lincoln Professor of Engineering and Ethics, School of Sustainable Engineering and the Built Environment, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Arizona State University; en Samuel Markolf, Postdoctoraal onderzoeksmedewerker, Urban Resilience to Extremes Sustainability Research Network, Arizona State University
