Design af vandinfrastruktur til klimausikkerhed

I Kenyas næststørste by, Mombasa, efterspørgslen efter vand forventes at fordobles i 2035 til anslået 300, 000 kubikmeter om dagen. I Mombasas nuværende varme og fugtige klima, at vandet kommer fra en betydelig mængde nedbør, der også kan ændre sig betydeligt, efterhånden som regionen opvarmes i de kommende årtier i overensstemmelse med globale klimamodeller.

Hvad der ikke fremgår klart af fremskrivningerne, imidlertid, er, om nedbørsniveauet vil stige eller falde sammen med den opvarmning.

Den endelige retning og størrelsen af ​​nedbørsændringen er en stor bekymring for designere af en foreslået dæmning og reservoirsystem, der vil opfange afstrømning i Mwache-floden, som i øjeblikket udgør omkring 310, 000 kubikmeter om dagen. Den betydelige usikkerhed i fremtidig afstrømning gør det vanskeligt at bestemme den reservoirkapacitet, der er nødvendig for at imødekomme Mombasas vandbehov i hele dets anslåede 100-årige levetid. Byplanlægger står derfor overfor at beslutte, om der skal investeres i et dyrt, storstilet dæmning for at give en ensartet vandforsyning under det tørreste fremtidige klima, som modellerne projekterer, en mindre dæmning, der kunne imødekomme de nuværende behov, eller start i det små og byg kapacitet efter behov.

For at hjælpe byer som Mombasa med at sortere gennem sådanne konsekvensbeslutninger, et team af forskere ved MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change har udviklet en ny, systematisk tilgang til at designe langsigtet vandinfrastruktur midt i usikkerhed om klimaændringer. Deres planlægningsramme vurderer potentialet for at lære om regionale klimaændringer over tid, efterhånden som nye observationer bliver tilgængelige, og dermed vurdere egnetheden af ​​fleksible tilgange, der tilføjer vandlagringskapacitet trinvist, hvis klimaet bliver varmere og tørrere.

Forskerne beskriver rammen og dens anvendelse på Mombasa i tidsskriftet Naturkommunikation .

En ny ramme for design af vandinfrastruktur

Brug af rammen til at sammenligne de sandsynlige levetidsomkostninger for en fleksibel tilgang med dem for to statiske, irreversible muligheder for den foreslåede dæmning i Mombasa - en designet til de tørreste, varmeste klima, den anden for nutidens klima - forskerholdet fandt, at den fleksible tilgang var den mest omkostningseffektive, mens den stadig opretholder en pålidelig forsyning af vand til Mombasa.

"Vi fandt ud af, at den fleksible tilpasningsmulighed, som gør det muligt at øge dæmningens højde trinvist, reducerer betydeligt risikoen for at overbygge infrastruktur, som du ikke har brug for, og opretholder et lignende niveau af vandforsyningssikkerhed sammenlignet med at have en større dæmning fra start, " siger Sarah Fletcher, undersøgelsens hovedforfatter, en postdoc-stipendiat ved MIT's Institut for Civil- og Miljøteknik.

Fletchers arbejde med undersøgelsen blev stort set afsluttet som ph.d. studerende ved MIT's Institute for Data, Systemer og samfund under tilsyn af medforfatter og MIT Joint Program Research Scientist Kenneth Strzepek, og i samarbejde med medforfatter og tidligere forskningsassistent Megan Lickley, nu ph.d. studerende i Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber.

Den kenyanske regering er nu i de sidste faser af designet af Mwache-dæmningen.

"På grund af det fælles programs bestræbelser på at gøre førende klimaforskning tilgængelig til brug globalt, resultaterne fra denne undersøgelse har informeret den igangværende design- og masterplanlægningsproces, " siger Strzepek. "Det er en perfekt illustration af Global MIT's mission:'Of the World'. I verden. For verden."

Ved at udpege muligheder for pålideligt at anvende fleksible snarere end statiske tilgange til design af vandinfrastruktur, den nye planlægningsramme kunne frigøre milliarder af dollars i besparelser i klimatilpasningsinvesteringer – besparelser, der kunne videregives til at levere vandinfrastrukturløsninger til mange flere ressourcebegrænsede samfund, der står over for betydelig klimarisiko.

Inkorporering af læring i beslutningstagning i stor infrastruktur

Undersøgelsen kan være den første til at adressere en begrænsning i den nuværende vandinfrastrukturplanlægning, som traditionelt antager, at nutidens skøn over klimaændringsusikkerheden vil vare ved gennem hele planlægningens tidslinje, en, der typisk strækker sig over flere årtier. I mange tilfælde bevirker denne antagelse fleksibel, adaptive planlægningsmuligheder for at fremstå mindre omkostningseffektive end statiske tilgange. Ved på forhånd at estimere, hvor meget planlæggere kan forvente at lære om klimaændringer i fremtiden, den nye ramme kan sætte beslutningstagere i stand til at vurdere, om adaptive tilgange sandsynligvis vil være pålidelige og omkostningseffektive.

"Klimamodeller kan give os et nyttigt udvalg af potentielle baner for klimasystemet, " siger Lickley. "Der er betydelig usikkerhed med hensyn til størrelsen og timingen af ​​disse ændringer over de næste 50 til 100 år. I dette arbejde viser vi, hvordan man kan inkorporere læring i disse store infrastrukturbeslutninger, efterhånden som vi får ny viden om klimabanen over de kommende årtier."

Ved at bruge dette planlægningsværktøj, en byplanlægger kunne afgøre, om det giver mening at vælge en statisk eller fleksibel designtilgang til et foreslået vandinfrastruktursystem baseret på aktuelle fremskrivninger af maksimal temperatur- og nedbørsændring i løbet af systemets levetid, sammen med information, der i sidste ende vil komme ind fra fremtidige observationer af temperatur- og nedbørsændringer. I undersøgelsen, forskerne udførte denne analyse for den foreslåede Mombasa-dæmning under tusindvis af fremtidige regionale klimasimuleringer, der dækker en lang række potentielle temperatur- og nedbørstendenser.

"For eksempel, hvis du startede på en højtemperaturbane og 40 år fra nu, forbliver du på den bane, du ville vide, at ingen af ​​designmulighederne ved lav temperatur længere er mulige, " siger Fletcher. "På det tidspunkt ville du have overskredet en vis mængde opvarmning, og kunne så udelukke planlægningsmuligheden ved lav temperaturændring, og drage fordel af en adaptiv tilgang til at øge kapaciteten."

Fremtidig udvikling af planlægningsrammen kan inkorporere analyse af potentialet for at lære om andre kilder til usikkerhed, såsom væksten i efterspørgslen efter vandressourcer, i løbet af et vandinfrastrukturprojekts levetid.