Tuorein kansainvälinen ilmastomuutosta käsittelevä raportti antaa kuvan häiriöistä yhteiskunnassa, ellei kasvihuonekaasupäästöjä vähennetä rajusti ja nopeasti.
Asiaan liittyvä sisältö
- Ilmastomuutoksen myötä Washington DC tuntuu enemmän kuin Arkansas vuoteen 2080 mennessä
Vaikka on aikaista, jotkut kaupungit ja kunnat ovat alkaneet ymmärtää, että aiemmat olosuhteet eivät voi enää toimia kohtuullisina välityspalvelimina tulevaisuudelle.
Tämä pätee erityisesti maan infrastruktuuriin. Moottoritiet, vedenkäsittelylaitokset ja sähköverkko ovat kasvavassa vaarassa äärimmäisiin sääilmiöihin ja muihin ilmastonmuutoksen vaikutuksiin.
Ongelmana on, että suurin osa infrastruktuurihankkeista, mukaan lukien Trumpin hallinnon infrastruktuurin elvyttämissuunnitelma, tyypillisesti jättää huomiotta ilmastonmuutoksen riskit.
Kestävyyttä ja infrastruktuuria tutkivassa työssämme rohkaisemme ja olemme siirtymässä kohti ihmisen luomien infrastruktuurijärjestelmien suunnittelua mukauttamiskykyä ajatellen.
Suunnittelu menneisyyteen
Infrastruktuurijärjestelmät ovat etulinjassa tulvia, kuumuutta, tulipaloja, hurrikaaneja ja muita katastrofeja vastaan. Kaupunkisuunnittelijat ja kansalaiset olettavat usein, että nykyinen rakennus jatkaa toimintaansa näiden vaarojen varalta, jolloin palvelut voivat jatkua ja suojata meitä, kuten he ovat aiemmin tehneet. Mutta nämä järjestelmät on suunniteltu äärimmäisten tapahtumien historiaan perustuen.
Esimerkiksi pumput on mitoitettu historiallisten sademäärien perusteella. Voimansiirtolinjat suunnitellaan rajoitetusti siitä, kuinka paljon tehoa ne voivat liikkua säilyttäen samalla turvalliset käyttöolosuhteet suhteessa ilman lämpötilaan. Sillat on suunniteltu kestämään tietyt virtausnopeudet ylitettävissä joissa. Infrastruktuuri ja ympäristö ovat läheisessä yhteydessä toisiinsa.
Nyt kuitenkin maa ylittää useammin nämä historialliset olosuhteet, ja sen odotetaan näkevän useammin ja voimakkaampia äärimmäisiä säätapahtumia. Toisin sanoen, ilmastomuutoksen vuoksi luonnolliset järjestelmät muuttuvat nyt nopeammin kuin infrastruktuuri.
Kuinka infrastruktuurijärjestelmät voivat mukautua? Aluksi tarkastellaan syitä, miksi infrastruktuurijärjestelmät epäonnistuvat äärimmäisyyksissä:
- Vaara ylittää suunnitellut toleranssit. Näin tapahtui Interstate 10: n tulvissa Phoenixissa syksyllä 2014, jolloin sateen voimakkuus ylitti suunnitteluolosuhteet.
- Näinä aikoina järjestelmässä on vähemmän ylimääräistä kapasiteettia: Kun jokin menee pieleen, on vähemmän vaihtoehtoja stressorin hallitsemiseksi, kuten virtausten uudelleenohjaus, olipa kyse sitten vedestä, sähköstä tai jopa liikenteestä.
- Vaadimme usein eniten infrastruktuuristamme äärimmäisten tapahtumien aikana työntämällä järjestelmiä aikaan, jolloin lisäkapasiteettia on vähän.
Asteittainen muutos aiheuttaa myös vakavia ongelmia, osittain siksi, että ei ole mitään erityistä tapahtumaa, joka kannustaisi toimiin. Tämäntyyppiset tilanteet voivat olla erityisen hankalia ylläpitosuunnitelmien ja budjettivajeiden yhteydessä, jotka nykyisin rikkovat monia infrastruktuurijärjestelmiä. Voidaanko kaupungit tyytyä itsetyytyväisyyteen vain havaitakseen, että niiden pitkäaikainen infrastruktuuri ei enää toimi niin kuin pitäisi?
Oletusasetus näyttää tällä hetkellä olevan rahoituksen turvaaminen rakentamaan enemmän siitä, mitä meillä on ollut kuluneen vuosisadan aikana. Infrastruktuurin hallintojen tulisi kuitenkin astua taaksepäin ja kysyä, mitä infrastruktuurijärjestelmiemme on tehtävä tulevaisuuden hyväksi.
Ketterä ja joustava rakenteeltaan
Periaatteessa uusia lähestymistapoja tarvitaan vastaamaan muuttuvan ilmaston, mutta myös häiritsevän tekniikan haasteisiin.
Näihin sisältyy tieto- ja viestintätekniikan lisääntynyt integrointi, mikä lisää kyberhyökkäysten riskiä. Muita nousevia tekniikoita ovat autonomiset ajoneuvot ja droonit sekä ajoittainen uusiutuvan energian ja akkujen varastointi tavanomaisten energiajärjestelmien sijasta. Myös digitaalisesti kytketyt tekniikat muuttavat pohjimmiltaan yksilöiden tuntemusta ympäröivästä maailmasta: Mieti, miten mobiililaitteemme voivat nyt reitittää meidät uudelleen tavoilla, joita emme ymmärrä täysin omien matkakäyttäytymisidemme ja alueen alueen liikenteen perusteella.
Silti nykyisissä infrastruktuurisuunnittelum paradigmeissamme korostetaan suuria keskitettyjä järjestelmiä, joiden on tarkoitus kestää vuosikymmeniä ja jotka kestävät ympäristövaikutukset ennalta valitulla riskitasolla. Ongelmana on, että riskitaso on nyt epävarma, koska ilmasto muuttuu, joskus tavoilla, joita ei kovin ymmärretä. Sinänsä ääritapahtumien ennusteet voivat olla hiukan tai paljon huonompia.
Tämän epävarmuuden vuoksi ketteryyden ja joustavuuden tulisi olla keskeinen osa infrastruktuurisuunnitteluamme. Tutkimuksessamme olemme nähneet kuinka monet kaupungit ovat omaksuneet periaatteita näiden tavoitteiden saavuttamiseksi jo ja niiden tarjoamia etuja.
Kuala Lumpurin älykäs tunneli on suunniteltu täydentämään kaupungin sadevesiviemärijärjestelmää. (David Boey, CC BY) Kuala Lampurissa liikennetunnelit voivat siirtyä sadevesien hallintaan voimakkaiden sateiden aikana, esimerkki monitoiminnallisuudesta.
Kansalaispohjaiset älypuhelinteknologiat alkavat tarjota reaaliaikaisia oivalluksia Yhdysvalloissa. Esimerkiksi CrowdHydrology-projekti käyttää kansalaisten toimittamia tulvatietoja, joita rajoitetut perinteiset anturit eivät voi kerätä.
Infrastruktuurisuunnittelijoiden ja johtajien joukot Yhdysvalloissa, kuten New Yorkissa, Portlandissa, Miamissa ja Kaakkois-Floridassa ja Chicagossa, vaaditaan nyt suunnittelemaan tätä epävarmaa tulevaisuutta - prosessia, jota kutsutaan tiekarttaksi. Esimerkiksi Miami on kehittänyt 500 miljoonan dollarin suunnitelman infrastruktuurin päivittämiseksi, mukaan lukien uuden pumppauskapasiteetin asentaminen ja teiden nostaminen riskialttiiden merenrantapaikkojen suojelemiseksi.
Nämä taidot vastaavat joustavuusperusteista ajattelua ja siirtävät maata pois oletuslähestymistavoistamme yksinkertaisesti rakentaa isompia, vahvempia tai tarpeettomia.
Epävarmuuden suunnittelu
Koska vaaroihin liittyy nyt enemmän epävarmuutta, riskien sietokyvyn tulisi olla tulevaisuudessa keskeinen osa infrastruktuurin suunnittelua ja käyttöä. Joustavuus tarkoittaa, että järjestelmät kestävät ääriolosuhteet ja palautuvat nopeasti toimintaan.
Microgrid-tekniikka mahdollistaa yksittäisten rakennusten toiminnan laajemman sähkökatkon tapauksessa ja on yksi tapa tehdä sähköjärjestelmästä joustavampaa. (Amy Vaughn / Yhdysvaltain energiaministeriö, CC BY-ND) Tämä tarkoittaa, että infrastruktuurisuunnittelijat eivät voi yksinkertaisesti muuttaa suunnitteluparametritsa - esimerkiksi rakentamalla kestämään 1000 vuoden tapahtuma 100 vuoden tapahtuman sijasta. Vaikka voisimmekin ennustaa tarkasti, millaisten näiden uusien riskitasojen tulisi olla tulevalle vuosisadalle, onko teknisesti, taloudellisesti tai poliittisesti mahdollista rakentaa nämä vankeammat järjestelmät?
Siksi tarvitaan joustavuuteen perustuvia lähestymistapoja, jotka korostavat sopeutumiskykyä. Tavanomaiset lähestymistavat korostavat kestävyyttä, kuten rakennetaan taso, joka kestää tietyn määrän merenpinnan nousua. Nämä lähestymistavat ovat välttämättömiä, mutta riskien epävarmuuden vuoksi tarvitsemme muita strategioita arsenaalissamme.
Esimerkiksi tarjoamalla infrastruktuuripalveluita vaihtoehtoisin keinoin, kun ensisijainen infrastruktuurimme epäonnistuu, kuten esimerkiksi mikroverkkojen käyttöönotto hurrikaanien edessä. Tai suunnittelijat voivat suunnitella infrastruktuurijärjestelmiä siten, että niiden epäonnistumisen seurauksena vaikutukset ihmisten elämään ja talouteen minimoidaan.
Tämä on äskettäin Alankomaissa käyttöön otettu käytäntö, jossa Reinin suistojoen sallitaan tulva, mutta ihmisten ei sallita asua tulva-alueella ja viljelijöille maksetaan korvauksia, kun heidän sadonsa menetetään.
Epävarmuus on uusi normaali, ja luotettavuus riippuu paikannusinfrastruktuurista toimimaan ja mukautumaan tähän epävarmuuteen. Jos maa sitoutuu jatkamaan viime vuosisadan infrastruktuurin rakentamista, voimme jatkossakin odottaa näiden kriittisten järjestelmien vikoja ja niihin liittyviä menetyksiä.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Mikhail Chester, siviili-, ympäristö- ja kestävän tekniikan apulaisprofessori, Arizonan osavaltion yliopisto; Braden Allenby, presidentin professori ja Lincoln-tekniikan ja etiikan professori, Kestävän tekniikan ja rakennetun ympäristön koulussa, Ira A. Fulton -tekniikan koulut, Arizona State University; ja Samuel Markolf, tutkijatohtori, kaupunkien kestävyyden kestävyyden tutkimusverkosto, Arizonan osavaltion yliopisto
