Thay đổi cơ sở hạ tầng cho một khí hậu thay đổi

Khi biến đổi khí hậu bắt đầu giáng xuống hành tinh, cơ sở hạ tầng của xã hội chúng ta sẽ phải trải qua một số thay đổi nghiêm trọng. Cơ sở hạ tầng bao gồm những thứ như phương pháp vận chuyển, cung cấp điện và nước, hệ thống thoát nước và chất thải. Tuy nhiên, vấn đề với biến đổi khí hậu là nó sẽ không ảnh hưởng đến bất kỳ địa điểm nào theo cùng một cách. Điều này có nghĩa là sẽ có rất nhiều phong cách khác nhau để đối phó với các vấn đề như hạn hán, mực nước biển dâng cao, lũ lụt, lốc xoáy, nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh và bão.

Trong suốt bài viết này, tôi sẽ đưa ra một cái nhìn tổng quan về các chiến lược khác nhau cho cơ sở hạ tầng chống chịu khí hậu trong tương lai của chúng ta. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng mỗi địa điểm riêng lẻ sẽ phải thực hiện các nghiên cứu về địa điểm cụ thể của riêng mình để tìm ra giải pháp tốt nhất cho nhu cầu của họ.

Di chuyển

Đường bộ. Chúng rất tốn kém để bảo trì như hiện tại, nhưng với thiệt hại gia tăng do lũ lụt, lượng mưa, nắng nóng và sương giá, việc bảo trì đường xá sẽ trở nên đắt đỏ hơn. Những con đường trải nhựa nơi lượng mưa và lũ lụt là một vấn đề sẽ phải vật lộn để xử lý tất cả lượng nước dư thừa. Vấn đề với các vật liệu chúng ta có bây giờ là, không giống như cảnh quan thiên nhiên, chúng hầu như không ngấm nước. Sau đó, chúng ta có thêm lượng nước không biết đổ đi đâu, cuối cùng làm ngập đường phố và thành phố. Lượng mưa tăng thêm cũng sẽ làm hỏng vạch kẻ đường trên những con đường trải nhựa và gây xói mòn nhiều hơn trên những con đường không trải nhựa. Các Báo cáo EPA rằng vấn đề này sẽ đặc biệt nghiêm trọng ở Hoa Kỳ trong khu vực Great Planes, có khả năng cần tới 3.5 tỷ đô la để sửa chữa vào năm 2100.

Ở những nơi có nhiệt độ cực cao đáng lo ngại hơn, nhiệt độ cao sẽ khiến đường trải nhựa bị nứt thường xuyên hơn và cần được bảo trì nhiều hơn. Vỉa hè cũng hấp thụ nhiều nhiệt hơn, biến các thành phố thành những điểm nóng cực kỳ gay gắt và nguy hiểm. Với suy nghĩ này, các địa điểm có nhiệt độ nóng hơn có thể bắt đầu sử dụng các hình thức “mặt đường mát mẻ".

Nếu chúng ta tiếp tục thải ra nhiều khí nhà kính như hiện nay, EPA dự đoán rằng đến năm 2100, chi phí thích ứng trên các con đường ở Hoa Kỳ có thể lên tới cao tới 10 tỷ USD. Con số ước tính này cũng không bao gồm thiệt hại thêm do mực nước biển dâng cao hoặc lũ lụt do bão, vì vậy con số này có thể còn cao hơn. Tuy nhiên, với nhiều quy định hơn về phát thải khí nhà kính, họ ước tính rằng chúng ta có thể tránh được 4.2 – 7.4 tỷ USD thiệt hại này.

Cầu và đường cao tốc. Hai hình thức cơ sở hạ tầng này sẽ cần thay đổi nhiều nhất ở các thành phố ven biển và mực nước biển thấp. Khi các cơn bão trở nên dữ dội hơn, các cây cầu và đường cao tốc có nguy cơ trở nên dễ bị tổn thương hơn do cả áp lực do gió và nước tác động thêm lên chúng, cũng như do tình trạng lão hóa nói chung.

Với những cây cầu cụ thể, mối nguy hiểm lớn nhất là thứ gọi là lùng sục. Đây là khi nước di chuyển nhanh dưới cầu cuốn trôi trầm tích hỗ trợ nền móng của nó. Với các vùng nước liên tục tăng lên do mưa nhiều hơn và mực nước biển dâng cao, tình trạng xói mòn sẽ tiếp tục trở nên tồi tệ hơn. Hai cách hiện tại mà EPA đề xuất để giúp giải quyết vấn đề này trong tương lai là bổ sung thêm đá và trầm tích để ổn định móng cầu và bổ sung thêm bê tông để củng cố cầu nói chung.

Phương tiện công cộng. Tiếp theo, hãy xem xét các phương tiện giao thông công cộng như xe buýt thành phố, tàu điện ngầm, xe lửa và tàu điện ngầm. Với hy vọng rằng chúng ta sẽ giảm lượng khí thải carbon, sẽ có nhiều người sử dụng phương tiện giao thông công cộng hơn. Trong các thành phố, sẽ có nhiều tuyến xe buýt hoặc đường sắt hơn để di chuyển, và tổng số lượng xe buýt và xe lửa sẽ tăng lên để có chỗ cho nhiều người hơn. Tuy nhiên, tương lai có một số khả năng đáng sợ đối với giao thông công cộng, đặc biệt là lũ lụt và nhiệt độ cực cao.

Với lũ lụt, đường hầm và giao thông ngầm cho đường sắt sẽ bị ảnh hưởng. Điều này có ý nghĩa bởi vì những nơi sẽ ngập đầu tiên là những nơi thấp nhất. Sau đó, thêm vào các đường dây điện mà các phương tiện giao thông như tàu điện ngầm và tàu điện ngầm sử dụng và chúng tôi có một mối nguy hiểm công cộng nhất định. Trên thực tế, chúng tôi đã bắt đầu thấy kiểu lũ lụt này ở những nơi như Thành phố New York, từ cơn bão Sandy, và nó chỉ trở nên tồi tệ hơn. Câu trả lời đối với những mối đe dọa này bao gồm những thay đổi về cơ sở hạ tầng như xây dựng lưới thông gió nâng cao để giảm nước mưa, xây dựng các tính năng bảo vệ như tường chắn và, ở một số nơi, di dời một số cơ sở hạ tầng giao thông của chúng ta đến những khu vực ít bị tổn thương hơn.

Đối với nhiệt độ cực cao, bạn đã bao giờ đi trên phương tiện công cộng của thành phố vào giờ cao điểm vào mùa hè chưa? Tôi sẽ cho bạn một gợi ý: nó không vui đâu. Ngay cả khi có điều hòa nhiệt độ (thường không có), với nhiều người chen chúc như cá mòi, thật khó để giảm nhiệt độ. Lượng nhiệt này có thể dẫn đến rất nhiều mối nguy hiểm thực sự, chẳng hạn như kiệt sức vì nóng đối với những người sử dụng phương tiện giao thông công cộng. Để giảm bớt vấn đề này, cơ sở hạ tầng sẽ phải có điều kiện ít chật chội hơn hoặc các hình thức điều hòa không khí tốt hơn.

Cuối cùng, nhiệt độ cực cao đã được biết là nguyên nhân gây ra đường ray vênh, còn được gọi là "nếp gấp nhiệt", dọc theo các tuyến đường sắt. Cả hai điều này đều làm chậm các chuyến tàu và yêu cầu sửa chữa bổ sung và tốn kém hơn cho việc vận chuyển.

Giao thông đường hàng không. Một trong những điều lớn nhất cần suy nghĩ về việc di chuyển bằng máy bay là toàn bộ hoạt động tương đối phụ thuộc vào thời tiết. Do đó, các máy bay sẽ phải trở nên có khả năng chống chọi tốt hơn với cả nắng nóng gay gắt và bão lớn. Các cân nhắc khác là đường băng máy bay thực tế, vì nhiều đường gần với mực nước biển và dễ bị ngập lụt. Triều cường sẽ khiến ngày càng nhiều đường băng không hoạt động được trong thời gian dài hơn. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi có thể bắt đầu nâng đường băng trên các cấu trúc cao hơn hoặc di dời nhiều sân bay lớn của chúng tôi. 

Vận tải đường biển. Các cảng và bến cảng cũng sẽ có thêm một số thay đổi do mực nước biển dâng cao và các cơn bão gia tăng trên các bờ biển. Một số cấu trúc có thể sẽ phải được nâng lên cao hơn hoặc gia cố thêm chỉ để chịu được mực nước biển dâng.

Năng lượng

Điều hòa không khí và sưởi ấm. Khi biến đổi khí hậu đưa nhiệt đến những thái cực mới, nhu cầu về điều hòa không khí sẽ tăng vọt. Nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là các thành phố, đang nóng lên đến nhiệt độ chết người nếu không có điều hòa. Theo Trung tâm Khí hậu và Năng lượng Solutions, “nhiệt độ cực cao là thảm họa thiên nhiên gây chết người nhiều nhất ở Hoa Kỳ, trung bình giết chết nhiều người hơn cả bão, sét, lốc xoáy, động đất và lũ lụt cộng lại.”

Thật không may, khi nhu cầu năng lượng này tăng lên, khả năng cung cấp năng lượng của chúng ta sẽ giảm xuống. Vì các phương pháp sản xuất năng lượng hiện tại của chúng ta là một trong những nguồn chính gây ra biến đổi khí hậu do con người gây ra, nên chúng ta đang bị mắc kẹt trong vòng luẩn quẩn sử dụng năng lượng này. Hy vọng của chúng tôi nằm ở việc tìm kiếm các nguồn sạch hơn để cung cấp nhiều hơn cho nhu cầu năng lượng của chúng tôi.

Đập nước. Ở hầu hết các nơi, mối đe dọa lớn nhất đối với các con đập trong tương lai là lũ lụt gia tăng và vỡ do bão. Trong khi thiếu nước do hạn hán có thể là một vấn đề ở một số nơi, một nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy cho thấy rằng “sự gia tăng thời gian hạn hán và khối lượng thiếu hụt [sẽ] không ảnh hưởng đến sản lượng điện hoặc vận hành hồ chứa.”

Mặt khác, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng với các cơn bão gia tăng, “xác suất thất bại thủy văn tổng thể của [a] đập sẽ tăng lên trong điều kiện khí hậu trong tương lai.” Điều này xảy ra khi các con đập bị quá tải bởi nước và tràn hoặc vỡ.

Ngoài ra, trong một bài giảng về ngày 4 tháng XNUMX thảo luận về sự dâng lên của mực nước biển, giáo sư luật William và Mary, Elizabeth Andrews, cho thấy những hiệu ứng này đã xảy ra. Để trích lời cô ấy, khi “Cơn bão Floyd tấn công [Tidewater, VA] vào tháng 1999 năm 13, XNUMX con đập đã bị vỡ và nhiều con đập khác bị hư hại, và kết quả là đạo luật an toàn đập của Virginia đã được sửa đổi.” Vì vậy, với những cơn bão ngày càng gia tăng, chúng ta sẽ phải đầu tư nhiều hơn nữa vào cơ sở hạ tầng an toàn đập.

Năng lượng xanh. Một vấn đề lớn khi nói về biến đổi khí hậu và năng lượng là việc chúng ta sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Chừng nào chúng ta còn tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch, chúng ta sẽ tiếp tục làm cho biến đổi khí hậu trở nên tồi tệ hơn.

Với suy nghĩ này, các nguồn năng lượng sạch, bền vững sẽ trở nên thiết yếu. Chúng sẽ bao gồm việc sử dụng gió, hệ mặt trờivà địa nhiệt cũng như các khái niệm mới giúp thu năng lượng hiệu quả hơn và dễ tiếp cận hơn, chẳng hạn như Năng Lượng Mặt TrờiCây XanhThực Vật thu hoạch cả năng lượng gió và mặt trời.

Xây dựng

Quy định xây dựng. Những thay đổi về khí hậu và mực nước biển sẽ thúc đẩy chúng ta có những tòa nhà thích nghi tốt hơn. Việc chúng ta có nhận được những cải tiến cần thiết này để phòng ngừa hay phản ứng hay không là điều đáng nghi ngờ, nhưng cuối cùng thì điều đó cũng sẽ xảy ra. 

Ở những nơi có vấn đề về lũ lụt, sẽ có nhiều yêu cầu hơn đối với cơ sở hạ tầng được nâng cấp và khả năng chịu lũ. Điều này sẽ bao gồm bất kỳ công trình xây dựng mới nào trong tương lai, cũng như bảo trì các tòa nhà hiện tại của chúng tôi, để đảm bảo rằng cả hai đều có khả năng chống lũ lụt. Lũ lụt là một trong những thảm họa tốn kém nhất sau các trận động đất, vì vậy việc đảm bảo rằng các tòa nhà có nền móng vững chắc và được nâng lên trên mực nước lũ là rất quan trọng. Trên thực tế, sự gia tăng lũ lụt có thể khiến một số địa điểm vượt quá giới hạn cho việc xây dựng hoàn toàn. 

Đối với những nơi thiếu nước, các tòa nhà sẽ phải trở nên tiết kiệm nước hơn rất nhiều. Điều này có nghĩa là những thay đổi như nhà vệ sinh, vòi hoa sen và vòi có lưu lượng thấp. Ở một số khu vực, chúng ta thậm chí có thể phải nói lời tạm biệt với bồn tắm. Tôi biết. Điều này làm tôi khó chịu, quá.

Ngoài ra, các tòa nhà sẽ cần cách nhiệt và kiến ​​trúc tốt hơn để thúc đẩy hệ thống sưởi và làm mát hiệu quả. Như đã thảo luận trước đó, điều hòa không khí đang trở nên cần thiết hơn rất nhiều ở nhiều nơi, vì vậy đảm bảo rằng các tòa nhà giúp giảm bớt một số nhu cầu này sẽ là một sự trợ giúp rất lớn.

Cuối cùng, một sự đổi mới bắt đầu đến với các thành phố là những mái nhà màu xanh. Điều này có nghĩa là có vườn, cỏ hoặc một số dạng thực vật trên mái nhà của các tòa nhà. Bạn có thể hỏi mục đích của những khu vườn trên sân thượng là gì và ngạc nhiên khi biết rằng chúng thực sự có những lợi ích to lớn, bao gồm cách nhiệt và cách âm, hấp thụ mưa, cải thiện chất lượng không khí, giảm “đảo nhiệt”, tăng cường đa dạng sinh học và nói chung là đẹp. Những mái nhà xanh này cải thiện môi trường bên trong thành phố đến mức các thành phố sẽ bắt đầu yêu cầu chúng hoặc các tấm pin mặt trời cho mọi tòa nhà mới. San Francisco đã có Thực hiện điều này!

Bãi biển và bờ biển. Xây dựng ven biển ngày càng trở nên ít thực tế hơn. Mặc dù mọi người đều yêu thích một bất động sản bên bờ biển, nhưng với mực nước biển dâng cao, những địa điểm này sẽ không may là những địa điểm đầu tiên chìm trong nước. Có lẽ điều tích cực duy nhất về điều này là dành cho những người ở trong đất liền hơn một chút, bởi vì họ có thể sớm ở gần bãi biển hơn rất nhiều. Tuy nhiên, thực sự thì việc xây dựng gần biển sẽ phải dừng lại, bởi vì không có tòa nhà nào trong số đó có thể bền vững trước các cơn bão gia tăng và thủy triều dâng cao.

đê chắn sóng. Khi nói đến Tường chắn sóng, chúng sẽ tiếp tục trở nên phổ biến hơn và được sử dụng quá mức trong nỗ lực đối phó với biến đổi khí hậu của chúng ta. Một bài viết từ Khoa học Mỹ dự đoán rằng “mọi quốc gia trên toàn thế giới sẽ xây dựng những bức tường để tự bảo vệ mình khỏi nước biển dâng trong vòng 90 năm, vì chi phí cho lũ lụt sẽ đắt hơn giá của các dự án bảo vệ”. Bây giờ, điều mà tôi không biết trước khi thực hiện một số nghiên cứu bổ sung là hình thức ngăn thủy triều dâng này có rất nhiều tác dụng. hủy hoại môi trường ven biển. Chúng có xu hướng làm xói mòn bờ biển trở nên tồi tệ hơn và làm xáo trộn các hình thức đối phó tự nhiên của bờ biển.

Một giải pháp thay thế mà chúng ta có thể bắt đầu thấy trên các đường bờ biển là thứ gọi là "bờ biển sống." đó là “cấu trúc dựa vào thiên nhiên,” chẳng hạn như đầm lầy, cồn cát, rừng ngập mặn hoặc rạn san hô có tác dụng giống như đê chắn sóng, nhưng cũng tạo môi trường sống cho chim biển và các sinh vật khác. Nếu may mắn tuân thủ các quy định về xây dựng, những phiên bản tường chắn sóng màu xanh lá cây này có thể trở thành yếu tố bảo vệ hàng đầu, đặc biệt là ở các khu vực ven biển có mái che như hệ thống sông, Vịnh Chesapeake và Ngũ Đại Hồ.

Kênh dẫn nước và hạ tầng xanh

Lớn lên ở California, hạn hán luôn là chủ đề bàn tán thường xuyên. Thật không may, đây là một vấn đề không trở nên tốt hơn với biến đổi khí hậu. Một giải pháp vẫn tiếp tục gây tranh cãi là cơ sở hạ tầng chuyển nước từ những nơi khác, chẳng hạn như Seattle hoặc Alaska. Tuy nhiên, một cái nhìn gần hơn cho thấy điều này là không thực tế. Thay vào đó, một dạng cơ sở hạ tầng tiết kiệm nước khác được gọi là “cơ sở hạ tầng xanh”. Điều này có nghĩa là sử dụng các cấu trúc như thùng chứa mưa để thu gom nước mưa về cơ bản và sử dụng nó cho những việc như xả nước trong nhà vệ sinh và tưới vườn hoặc nông nghiệp. Bằng cách sử dụng những kỹ thuật này, một nghiên cứu ước tính rằng California có thể tiết kiệm 4.5 nghìn tỷ gallon nước.

Một khía cạnh khác của cơ sở hạ tầng xanh kết hợp việc bổ sung nước ngầm thông qua việc có nhiều khu vực thành phố hấp thụ nước hơn. Điều này bao gồm vỉa hè dễ thấm hơn, vườn nước mưa được thiết kế đặc biệt để lấy thêm nước và đơn giản là có nhiều không gian trồng cây hơn xung quanh thành phố để nước mưa có thể ngấm vào nước ngầm. Phân tích đã đề cập trước đó ước tính rằng giá trị của việc bổ sung nước ngầm này ở một số khu vực nhất định sẽ là hơn $ 50 triệu.

Nước thải và chất thải

Nước thải. Rõ ràng là tôi đã để dành chủ đề hay nhất cho lần cuối. Thay đổi lớn nhất đối với cơ sở hạ tầng xử lý nước thải do biến đổi khí hậu sẽ làm cho các nhà máy xử lý hiệu quả hơn và toàn bộ hệ thống có khả năng chịu lũ tốt hơn. Ở những nơi bị lũ lụt, vấn đề hiện nay là hệ thống thoát nước thải không được thiết lập để hút nhiều nước. Điều này có nghĩa là khi lũ lụt xảy ra, nước thải sẽ được dẫn thẳng vào các con suối hoặc sông gần đó, hoặc nước lũ xâm nhập vào các đường ống thoát nước thải và chúng ta nhận được một thứ gọi là “tràn cống vệ sinh.” Cái tên này dễ giải thích, nhưng về cơ bản, đó là khi cống tràn qua dòng chảy và lan truyền nước thải thô, đậm đặc vào môi trường xung quanh. Bạn có thể có thể tưởng tượng các vấn đề đằng sau này. Nếu không, hãy nghĩ đến rất nhiều nguồn nước bị ô nhiễm và dẫn đến bệnh tật. Cơ sở hạ tầng trong tương lai sẽ phải tìm ra những cách mới để giải quyết tình trạng quá tải và theo dõi chặt chẽ hơn việc bảo trì.

Mặt khác, ở những nơi bị hạn hán, có một số khái niệm khác nổi xung quanh hệ thống nước thải. Một là sử dụng ít nước hơn hoàn toàn trong hệ thống để sử dụng lượng nước dư thừa đó cho các nhu cầu khác. Tuy nhiên, sau đó chúng ta phải lo lắng về nồng độ nước thải, làm thế nào chúng ta có thể xử lý thành công và mức độ nguy hại của nước thải tập trung đó đối với cơ sở hạ tầng. Một khái niệm khác mà chúng ta có thể bắt đầu thử nghiệm là tái sử dụng nước sau khi xử lý, làm cho chất lượng của nước được lọc trở nên quan trọng hơn.

nước bão. Tôi đã nói khá nhiều về các vấn đề đằng sau nước bão và lũ lụt, vì vậy tôi sẽ cố gắng không lặp lại quá nhiều. Trong một bài giảng về “Khôi phục Vịnh Chesapeake vào năm 2025: Chúng ta có đang đi đúng hướng không?”, luật sư cấp cao của Tổ chức Vịnh Chesapeake, Peggy Sanner, đưa ra vấn đề ô nhiễm dòng chảy từ nước mưa, nói rằng đó là “một trong những lĩnh vực gây ô nhiễm lớn nhất”. Sanner giải thích rằng một giải pháp lớn cho ô nhiễm nước mưa đi cùng với cách chúng ta có thể giảm lũ lụt; nghĩa là có nhiều đất hơn có thể hút nước. Cô ấy nói, “Một khi nó ngấm vào đất, dòng chảy đó sẽ chảy chậm lại, nguội đi, làm sạch và sau đó thường chảy vào đường thủy qua nước ngầm.” Tuy nhiên, bà thừa nhận rằng việc áp dụng các hình thức cơ sở hạ tầng mới này thường rất tốn kém và mất nhiều thời gian. Điều này có nghĩa là, nếu chúng ta may mắn, có thể chúng ta sẽ thấy điều này nhiều hơn trong 15 đến 25 năm tới.

Chất thải. Cuối cùng, chúng tôi có chất thải chung của bạn. Sự thay đổi lớn nhất với bộ phận này của xã hội hy vọng sẽ làm giảm nó. Khi chúng ta xem xét các số liệu thống kê, các cơ sở xử lý chất thải như bãi chôn lấp, lò đốt rác, phân trộn và thậm chí tự tái chế gây ra tới XNUMX% lượng khí thải nhà kính ở Hoa Kỳ. Con số này có vẻ không nhiều, nhưng một khi bạn kết hợp nó với cách mà tất cả những thứ đó bị đưa vào thùng rác (sản xuất, vận chuyển và tái chế), thì con số này xấp xỉ 42% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính của Hoa Kỳ.

Với mức độ ảnh hưởng lớn như vậy, không có cách nào chúng ta có thể duy trì lượng chất thải này mà không làm cho biến đổi khí hậu trở nên tồi tệ hơn. Ngay cả khi thu hẹp tầm nhìn của chúng tôi và chỉ xem xét các tác động đối với cơ sở hạ tầng, thì điều đó dường như đã đủ tồi tệ. Hy vọng rằng bằng cách áp dụng vô số giải pháp và thực tiễn nói trên, nhân loại có thể bắt đầu tạo ra một loại tác động khác: một tác động tốt hơn.