Föränderlig infrastruktur för ett föränderligt klimat

När klimatförändringarna börjar slå ner på planeten, kommer vårt samhälles infrastruktur att behöva genomgå några allvarliga förändringar. Infrastruktur inkluderar saker som våra transportmetoder, el- och vattenförsörjning samt avlopps- och avfallssystem. Grejen med klimatförändringen är dock att den inte kommer att påverka någon enskild plats på samma sätt. Det betyder att det kommer att finnas många olika stilar för att hantera problem som torka, stigande havsnivåer, översvämningar, tromber, extrem värme eller kyla och stormar.

Genomgående i denna artikel kommer jag att ge en allmän översikt över olika strategier för vår framtida klimatbeständiga infrastruktur. Kom dock ihåg att varje enskild plats måste göra sina egna platsspecifika studier för att hitta de bästa lösningarna för deras behov.

Transport

Vägar. De är dyra att underhålla som de är, men med extra skador från översvämningar, nederbörd, värme och frost kommer underhållet av vägarna att bli mycket dyrare. Asfalterade vägar där nederbörd och översvämningar är ett problem kommer att kämpa för att hantera allt extra vatten. Problemet med materialen vi har nu är, till skillnad från naturliga landskap, att de knappt suger upp något vatten alls. Sedan har vi allt det här extra vattnet som inte vet vart det ska ta vägen, vilket i slutändan svämmar över gator och städer. Den tillkommande nederbörden kommer också att skada vägmarkeringar på asfalterade vägar och orsaka mer erosion på oasfalterade vägar. De EPA rapporterar att det här problemet skulle vara särskilt dramatiskt i USA i Great Planes-regionen, vilket potentiellt skulle kräva upp till 3.5 miljarder dollar i reparationer år 2100.

På platser där extrem värme är mer ett problem kommer höga temperaturer att göra att asfalterade vägar spricker oftare och behöver mer underhåll. Trottoarerna suger också upp mer värme och förvandlar städer till dessa superintensiva och farliga värmeplatser. Med detta i åtanke kan platser med varmare temperaturer börja använda former av "cool trottoar. "

Om vi ​​fortsätter att släppa ut lika mycket växthusgaser som vi gör för närvarande, beräknar EPA att år 2100 kan anpassningskostnaderna inom USA på vägar gå upp till så högt som 10 miljarder dollar. Denna uppskattning inkluderar inte heller ytterligare skador från höjning av havsnivån eller stormfloder, så den skulle sannolikt vara ännu högre. Men med mer reglering av utsläpp av växthusgaser uppskattar de att vi skulle kunna undvika 4.2–7.4 miljarder dollar av dessa skador.

Broar och motorvägar. Dessa två former av infrastruktur kommer att behöva mest förändring i kuststäder och städer med låg havsnivå. När stormarna blir mer intensiva riskerar broar och motorvägar att bli mer sårbara av både den påfrestning som extra vind och vatten utsätter dem för, såväl som av allmänt åldrande.

Med broar specifikt är den största faran något som kallas skura. Det är när snabbt rörligt vatten under bron sköljer bort sediment som stöder dess fundament. Med vattenmassor som ständigt växer av mer regn och stigande havsnivåer, kommer skuren bara att bli värre. Två aktuella sätt som EPA föreslår för att hjälpa till att bekämpa detta problem i framtiden är att lägga till mer stenar och sediment för att stabilisera brofundament och lägga till mer betong för att stärka broar i allmänhet.

Kollektivtrafik. Låt oss sedan överväga kollektivtrafik som stadsbussar, tunnelbanor, tåg och tunnelbanor. Med förhoppningen att vi ska minska våra koldioxidutsläpp kommer många fler att åka kollektivt. Inom städerna kommer det att finnas ett större antal buss- eller järnvägslinjer att ta sig runt, och den totala mängden bussar och tåg kommer att öka för att ge plats åt fler människor. Framtiden har dock ett antal skrämmande möjligheter för kollektivtrafik, särskilt från översvämningar och extrem värme.

Med översvämningar kommer tunnlar och underjordiska transporter för järnvägar att bli lidande. Detta är vettigt eftersom de platser som kommer att översvämmas först är de lägsta grunderna. Lägg sedan till de elektriska ledningar som transportmetoder som tunnelbana och tunnelbanor använder och vi har en klar allmän fara. Faktum är att vi redan har börjat se den här typen av översvämningar på platser som New York City, från orkanen Sandy, och det blir bara värre. Responser till dessa hot inkluderar infrastrukturförändringar som att bygga upphöjda ventilationsgaller för att minska dagvatten, bygga skyddsfunktioner som stödmurar och, på vissa ställen, att flytta en del av vår transportinfrastruktur till mindre sårbara områden.

När det gäller extrem värme, har du någonsin åkt kollektivtrafik i staden under rusningstid på sommaren? Jag ska ge dig ett tips: det är inte kul. Även om det finns luftkonditionering (det finns det ofta inte), med så många människor inpackade som sardiner, är det svårt att hålla nere temperaturen. Denna mängd värme kan leda till många verkliga faror, som värmeutmattning för människor som åker kollektivt. För att minska detta problem måste infrastrukturen antingen ha mindre packade förhållanden eller bättre former av luftkonditionering.

Slutligen har extrem värme varit känd för att orsaka spännade skenor, även känd som "värme kinks", längs järnvägslinjer. Dessa både saktar ner tågen och kräver ytterligare och dyrare reparationer för transporter.

Flygtransport. En av de största sakerna att tänka på när det gäller flygresor är att hela verksamheten är relativt väderberoende. På grund av detta kommer flygplan att behöva bli mer motståndskraftiga mot både intensiv värme och svåra stormar. Andra överväganden är själva flygplansbanorna, eftersom många är nära havsnivån och sårbara för översvämningar. Stormfloder kommer att göra fler och fler landningsbanor otillgängliga under längre perioder. För att lösa detta kan vi börja antingen höja landningsbanor på högre strukturer eller flytta många av våra stora flygplatser. 

Sjötransport. Hamnar och hamnar kommer också att se några extra förändringar på grund av de stigande haven och de ökade stormarna vid kusterna. Vissa av strukturerna kommer sannolikt att behöva höjas högre eller befästas mer bara för att tolerera höjningen av havsnivån.

Energi

Luftkonditionering och uppvärmning. När klimatförändringarna tar värmen till nya ytterligheter kommer behovet av luftkonditionering att skjuta i höjden. Platser runt om i världen, särskilt städer, värms upp till dödliga temperaturer utan luftkonditionering. Enligt Centrum för klimat och energilösningar, "extrem värme är den mest dödliga naturkatastrofen i USA, och dödar i genomsnitt fler människor än orkaner, blixtar, tornados, jordbävningar och översvämningar tillsammans."

Tyvärr, eftersom efterfrågan på energi ökar, minskar vår förmåga att tillhandahålla energi. Eftersom våra nuvarande metoder för att producera energi är en av huvudkällorna till klimatförändringar orsakade av människor, håller vi på att fastna i denna onda cirkel av energianvändning. Vårt hopp ligger i att leta efter renare källor för att tillgodose mer av våra energibehov.

Dammar. På de flesta håll är det största hotet mot dammar i framtiden ökade översvämningar och brott från stormar. Medan ett bristande vattenflöde från torka kan vara ett problem på vissa ställen, visar en studie från Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet visade att "ökningen i torkans varaktighet och underskottsvolym [skulle] inte påverka kraftproduktionen eller reservoardriften."

Å andra sidan visade studien också att med ökade stormar "kommer den totala hydrologiska felsannolikheten för [en] damm att öka i det framtida klimatet." Detta händer när dammar blir överbelastade av vatten och antingen svämmar över eller går sönder.

Dessutom, i en föreläsning om 4:e oktober William och Mary diskuterade havsnivåns höjning, professor i juridik, Elizabeth Andrews, visar att dessa effekter redan inträffar. För att citera henne, när "orkanen Floyd träffade [Tidewater, VA] i september 1999, bröts 13 dammar och många fler skadades, och som ett resultat ändrades Virginia Dam Safety Act." Med ökande stormar kommer vi alltså att behöva lägga mycket mer på dammsäkerhetsinfrastruktur.

Grön energi. En stor fråga när vi pratar om klimatförändringar och energi är vår användning av fossila bränslen. Så länge vi fortsätter att bränna fossila bränslen kommer vi att fortsätta att göra klimatförändringarna värre.

Med detta i åtanke kommer rena, hållbara energikällor att bli viktiga. Dessa kommer att omfatta användning vind, sol-och geotermisk källor, samt nya koncept för att göra energiavskiljning mer effektiv och tillgänglig, som t.ex SolarBotanic grönt träd som skördar både vind- och solenergi.

Bygg

Byggnadsbestämmelser. Förändringar i klimat och havsnivå kommer att pressa oss att få bättre anpassade byggnader. Huruvida vi får dessa nödvändiga förbättringar som förebyggande eller som en reaktion är tveksamt, men det måste ske så småningom. 

På platser där översvämning är frågan kommer det att ställas fler krav på upphöjd infrastruktur och översvämningstolerant styrka. Detta kommer att inkludera all nybyggnation i framtiden, samt underhåll av våra nuvarande byggnader, för att säkerställa att båda är översvämningssäkra. Översvämningar är en av de dyraste katastroferna efter jordbävningar, så att se till att byggnader har en stark grund och höjs över översvämningsgränsen är avgörande. Faktum är att ökningen av översvämningar kan göra att vissa platser är uteslutna för att bygga helt. 

När det gäller platser med brist på vatten måste byggnader bli mycket mer vatteneffektiva. Detta innebär förändringar som lågflödes toaletter, duschar och kranar. I vissa områden kan vi till och med behöva säga adjö till bad. Jag vet. Detta upprör mig också.

Dessutom kommer byggnader att behöva bättre isolering och arkitektur för att främja effektiv uppvärmning och kylning. Som diskuterats tidigare blir luftkonditionering mycket mer nödvändig på många ställen, så att se till att byggnaderna hjälper till att lindra en del av denna efterfrågan kommer att vara en stor hjälp.

Äntligen, en innovation som börjar komma in i städer gröna tak. Det innebär att ha trädgårdar, gräs eller någon form av växter på hustaken. Du kanske frågar vad poängen med takträdgårdar är och bli förvånad över att veta att de faktiskt har enorma fördelar, inklusive att isolera temperatur och ljud, absorbera regn, förbättra luftkvaliteten, minska "värmeöar", lägga till biologisk mångfald och bara generellt sett vara vacker. Dessa gröna tak förbättrar innerstadsmiljöer så mycket att städer kommer att börja kräva antingen dem eller solpaneler för varje ny byggnad. San Francisco har redan gjort detta!

Stränder och kuster. Kustbyggandet blir allt mindre praktiskt. Även om alla älskar en strandfastighet, med stigande havsnivåer, kommer dessa platser tyvärr att vara de första som hamnar under vatten. Det enda positiva med detta skulle kanske vara för människor lite mer inåt landet, eftersom de snart kan vara mycket närmare stranden. Verkligen men, byggandet nära havet kommer att behöva stoppas, eftersom ingen av dessa byggnader kommer att vara hållbara med ökade stormar och stigande tidvatten.

Seawalls. När det kommer till Seawalls kommer de att fortsätta att bli vanligare och överanvända i vårt försök att hantera klimatförändringarna. En artikel från Scientific American förutspår att "varje land över hela världen kommer att bygga murar för att försvara sig från stigande hav inom 90 år, eftersom kostnaden för översvämningar kommer att bli dyrare än priset för skyddsprojekt." Nu, vad jag inte visste innan jag gjorde lite extra forskning är att den här formen av att förhindra stigande tidvatten gör mycket skador på kustmiljön. De tenderar att göra kusterosion värre och förstöra kustens naturliga former av klarning.

Ett alternativ som vi kan börja se vid kusten är något som kallas "levande strandlinjer." Dessa är "naturbaserade strukturer", som kärr, sanddyner, mangrove eller korallrev som gör samma saker som strandvallar, men som också ger sjöfåglar och andra djur en livsmiljö. Med lite tur i byggreglerna kan dessa gröna versioner av strandvallar bli en ledande skyddande aktör, särskilt i skyddade kustområden som flodsystem, Chesapeake Bay och de stora sjöarna.

Vattenkanaler och grön infrastruktur

Efter att ha vuxit upp i Kalifornien har torka alltid varit ett ständigt samtalsämne. Tyvärr är detta ett problem som inte blir bättre med klimatförändringarna. En lösning som hela tiden kastas in i debatten är infrastruktur som överför vatten från andra platser, som t.ex Seattle eller Alaska. Men en närmare titt visar att detta inte är praktiskt. Istället är en annan form av vattenbesparande infrastruktur något som kallas "grön infrastruktur." Detta innebär att man använder strukturer som regntunnor för att i huvudsak skörda regnvatten och använda det för saker som att spola toaletter och vattna trädgårdar eller jordbruk. Genom att använda dessa tekniker uppskattade en studie att Kalifornien kunde spara 4.5 biljoner liter vatten.

En annan aspekt av grön infrastruktur innefattar att ladda grundvattnet genom att ha fler stadsområden som absorberar vatten. Detta inkluderar mer genomsläppliga trottoarer, regnvattenträdgårdar speciellt utformade för att ta in extra vatten och helt enkelt ha mer växtutrymme runt staden så att regnvatten kan tränga in i grundvattnet. Den tidigare nämnda analysen uppskattade att värdet av denna grundvattenpåfyllning i vissa områden skulle bli över $ 50 miljoner.

Avlopp och avfall

Avlopp. Jag sparade det bästa ämnet till sist, så klart. Den största förändringen av avloppsinfrastrukturen till följd av klimatförändringarna kommer att göra reningsverk mer effektiva och hela systemet mer översvämningstolerant. På platser med översvämning är problemet just nu att avloppssystemen inte är inrättade för att ta in mycket vatten. Det betyder att när en översvämning inträffar leds avloppsvatten rakt in i närliggande bäckar eller floder, eller så infiltrerar översvämningsvatten avloppsrör och vi får något som kallas "sanitära avloppsspill.” Namnet är självförklarande, men det är i grunden när kloakerna rinner över och sprider koncentrerat, råavloppsvatten till den omgivande miljön. Du kan förmodligen föreställa dig problematiken bakom detta. Om inte, tänk i linje med en hel del vattenföroreningar och resulterande sjukdom. Framtida infrastruktur måste hitta nya sätt att hantera översvämning och hålla ett närmare öga på underhållet.

Å andra sidan, på orter med torka, finns det flera andra begrepp som flyter omkring kring avloppssystemet. Man använder mindre vatten i systemet helt, för att använda det extra vattnet för andra behov. Men då måste vi oroa oss för avloppskoncentrationen, hur vi framgångsrikt kan behandla det och hur skadligt det koncentrerade avloppsvattnet kommer att vara på infrastrukturen. Ett annat koncept vi kan börja leka med är att återanvända vatten efter behandling, vilket gör kvaliteten på det filtrerade vattnet ännu viktigare.

Stormvatten. Jag har redan pratat hyfsat mycket om frågorna bakom dagvatten och översvämningar, så jag ska försöka att inte upprepa mig för mycket. I en föreläsning om "Återställa Chesapeake Bay 2025: Är vi på rätt spår?”, Chesapeake Bay Foundations senior advokat, Peggy Sanner, tog upp frågan om avrinningsföroreningar från dagvatten och sa att det är "en av de största föroreningssektorerna." Sanner förklarar att en stor lösning för dagvattenföroreningar går tillsammans med hur vi kan minska översvämningar; det vill säga ha mer mark som kan ta upp vatten. Hon säger, "När det väl har infiltrerats i jorden, saktar det avrinning ner, kyls av och rensar upp och kommer sedan ofta in i vattenvägen genom grundvattnet." Hon medger dock att det brukar vara riktigt dyrt och ta lång tid att sätta igång dessa nya former av infrastruktur. Det betyder att om vi har tur kanske vi kommer att se mer av detta under de kommande 15 till 25 åren.

Avfall. Äntligen har vi ditt allmänna avfall. Den största förändringen med denna del av samhället är förhoppningsvis att minska den. När vi tittar på statistiken orsakar avfallsanläggningar som deponier, förbränningsugnar, komposter och till och med återvinning på egen hand upp till fem procent av utsläppen av växthusgaser i USA. Det här kanske inte verkar så mycket, men när man väl kombinerar det med hur allt det där kom att hamna i papperskorgen (produktion, transport och återvinning) uppgår det till ungefär 42 procent av USA:s utsläpp av växthusgaser.

Med så stor inverkan finns det inget sätt att vi kommer att kunna hålla uppe denna mängd avfall utan att göra klimatförändringen mycket värre. Även om vi begränsar vår syn och tittar på effekterna på enbart infrastruktur, verkar det redan illa nog. Förhoppningsvis, genom att införa en mängd av de ovan nämnda lösningarna och metoderna på plats, kan mänskligheten börja göra en annan sorts inverkan: en till det bättre.