Casestudie tyder på tørkemiddel – hold infrastrukturen hurtig, billig, og under kontrol

Hvis du bor i den udviklede verden, sikkert vand er normalt kun en vandhane-sving væk. Og stadigvæk, global opvarmning, tørkeforhold, og befolkningstilvækst i de kommende årtier kan ændre det, indleder en æra med usikker adgang til vand.

Nu har et MIT-baseret forskerhold evalueret disse potentielle problemer og, baseret på et casestudie i Australien, foreslog en alternativ tilgang til vandplanlægning. I et nyt papir, forskerne finder, at der ofte er stærke argumenter for at bygge relativt beskedne, trinvise tilføjelser til vandinfrastruktur i avancerede lande, snarere end dyre større projekter, som måske kun sjældent er nødvendige.

Mere specifikt, undersøgelsen ser på byen Melbourne, hvor en 12-årig tørke fra 1997 til 2009 førte til opførelsen af ​​et anlæg på 5 milliarder dollars, det victorianske afsaltningsanlæg. Det blev godkendt i 2007 og åbnede i 2012 - på et tidspunkt, hvor tørken allerede var aftaget. Som resultat, planten har næsten ikke været brugt, og dens inaktivitet, kombineret med dets høje prisskilt, har skabt stor kontrovers.

Som et alternativ, undersøgelsen tyder på, mindre, modulære afsaltningsanlæg kunne have opfyldt Melbournes behov til en lavere pris.

"Hvis du bygger for meget infrastruktur, du bygger hundredvis af millioner eller milliarder af dollars i aktiver, du måske ikke har brug for, " siger Sarah Fletcher, en ph.d.-kandidat i MIT's Institute for Data, Systemer, og samfundet (IDSS), hvem er hovedforfatter på det nye papir.

At være sikker, Fletcher tilføjer, "Du ønsker ikke at være i en situation, hvor du har mindre vandforsyning, end du har efterspørgsel." Som sådan, undersøgelsen argumenterer ikke for, at en enkelt løsning gælder for alle sager, men præsenterer en ny metode til at udpege den bedste plan - og bemærker, at i mange tilfælde, "moderat investeringsstigning, sammen med fleksibelt infrastrukturdesign, kan mindske risikoen for vandmangel betydeligt."

Det nye papir, "Vandforsyningsinfrastrukturplanlægning:Beslutningsramme for at klassificere flere usikkerheder og evaluere fleksibelt design, "blev for nylig offentliggjort online i Journal of Water Resources Planning and Management, og vil blive vist i oktober 2017 printvolumen.

Medforfatterne er Fletcher, som også er tilknyttet MIT's fælles program om videnskab og politik for globale forandringer; Marco Miotti, en ph.d.-studerende i IDSS; Jaichander Swaminathan, en ph.d.-studerende i MIT's afdeling for maskinteknik; Magdalena Klemun, en ph.d.-studerende i IDSS; Kenneth Strzepek, en forsker ved MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change og en emeritus professor i ingeniørvidenskab ved University of Colorado; og Afreen Siddiqi, en forsker i IDSS.

Siddiqi besøgte Melbourne under dens historiske tørke og lærte af lokale eksperter om byens udfordrende vandforsyningsproblem. Oprindelsen af ​​det aktuelle studie kommer fra Siddiqis undersøgelse af Melbourne-sagen og vurdering af, at det komplekse problem med bymæssig vandsikkerhed ligger i skæringspunktet mellem ingeniørdesign og strategisk planlægning.

MIT-teamets nye rammer for vandforsyningsanalyse inkorporerer adskillige usikkerheder, som politiske beslutningstagere skal konfrontere i disse sager, og kører et stort antal simuleringer af vandtilgængelighed over en 30-årig periode. Den præsenterer derefter planlæggere for et beslutningstræ om, hvilke infrastrukturmuligheder der bedst kalibreres til deres behov.

De betydelige usikkerheder omfatter klimaændringer og deres virkninger på nedbør, samt virkningen af ​​vandmangel og befolkningstilvækst.

Ved at studere Melbourne-sagen, forskerne så på seks infrastrukturalternativer, herunder flere typer afsaltningsanlæg og en mulig ny rørledning til fjernere kilder, og kombinationer af disse ting.

"Det vigtigste metodologiske bidrag til papiret er denne ramme til at se på forskellige usikkerheder af forskellige typer og sætte det hele sammen i et stykke analyse, " siger Fletcher.

Resultaterne fremhæver et irriterende problem i planlægningen af ​​vandadgang:Mangel kan være akut, men de kan vare i relativt korte perioder.

For eksempel, holdet løb 100, 000 simuleringer af 30-årige forhold i Melbourne og fandt ud af, at i 80 procent af alle år, der ville slet ikke være vandmangel. Og stadigvæk, for de år, hvor tørkeforholdene holdt, stor vandmangel var mere almindelig end mindre vandmangel.

Som resultat, når omkostningerne blev indregnet i analysen, simpelthen at bygge ingen ny infrastruktur var den bedste mulighed omkring 50 procent af tiden. Imidlertid, at gøre ingenting var også det "dårligst ydende alternativ" omkring 30 procent af tiden.

Derfor kan muligheden for at bygge mindre afsaltningsanlæg give mening. Melboune-værket, der blev bygget, kan producere 150 millioner kubikmeter vand om året. Men i MIT-holdets simuleringer, at bygge et halvt så stort afsaltningsanlæg fungerer normalt godt:Det var den bedst ydende mulighed i 20 procent af simuleringerne, og i top tre af 90 procent af simuleringerne. Det var aldrig, i alt 100, 000 simuleringer, den dårligste eller næstdårligst ydende mulighed.

I øvrigt, Fletcher påpeger, at bygge mindre i starten giver planlæggere mulighed for at bringe et nyt anlæg online hurtigere og derefter skalere op, hvis det er nødvendigt.

"Du bygger kun et vist antal moduler i starten, og du kan tilføje et bestemt antal senere, " siger Fletcher. "Det er anderledes end at bygge et lille anlæg og så endnu et lille anlæg. Du er proaktiv og planlægger at tilpasse dig i fremtiden."

Så tænker småt, i dette scenarie, give betydelig mening. Men som forskerne erkender, de nøjagtige resultater af deres undersøgelse vil sandsynligvis variere fra region til region, afhængig af alle de klima- og befolkningsfaktorer, der påvirker vandforsyningen.

Ikke desto mindre, de mener, at deres nye studieramme i det mindste kan hjælpe planlæggere med at argumentere for, at byggeri i mindre skala kan placere byer og lande bedst på sigt. Eller, som Siddiqi udtrykker det, "bygger i mindre skala, men planlægning stort" kan være den optimale tilgang.

"Vi er vant til at bygge store afsaltningsanlæg, og der er mindre historie om at bygge mere modulære anlæg, " siger Fletcher. "Det er udfordrende, fordi det er store investeringer med lang levetid. Men hvis du tænker på et modulært anlæg som en forsikring mod tørke, måske du vil have det omkring dig."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.