Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Natur

Efterhånden som klimaændringer forstærker byernes oversvømmelser, er det sådan, at samfund kan blive til svampebyer

Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain

"Når det regner, hælder det" var engang en metafor for dårlige ting, der sker i klynger. Nu er det ved at blive en kendsgerning om nedbør i et skiftende klima.



På tværs af det kontinentale USA vokser intense enkeltdags nedbørshændelser hyppigere, drevet af opvarmende luft, der kan holde på stigende fugtniveauer. Senest fik områder nord for Houston 12 til 20 tommer (30 til 50 centimeter) regn på flere dage i begyndelsen af ​​maj 2024, hvilket førte til oversvømmede veje og evakueringer.

Tidligere på året modtog San Diego 2,72 tommer (7 centimeter) regn den 22. januar, der beskadigede næsten 600 hjem og fordrev omkring 1.200 mennesker. To uger senere dumpede en atmosfærisk flod 5 til 10 tommer (12 til 25 centimeter) regn på Los Angeles, hvilket forårsagede udbredte mudderskred og efterlod mere end en million mennesker uden strøm.

Begivenheder som disse har vakt interesse for såkaldte svampebyer - en omfattende tilgang til afbødning af oversvømmelser i byer, der bruger innovative landskabs- og dræningsdesign til at reducere og bremse afstrømningen, samtidig med at visse dele af byen kan oversvømmes sikkert under ekstremt vejr. Svampebyteknikker adskiller sig fra andre regnvandshåndteringsmetoder, fordi de er skaleret til meget større storme og skal anvendes på næsten alle byoverflader.

Jeg er en vandressourceingeniør, der studerer og designer strategier til bæredygtig håndtering af byregnvand. Som svar på de seneste oversvømmelser er nogle amerikanske byer begyndt at tage skridt hen imod inkorporering af svampebykoncepter i deres regnvandshåndteringsplaner, men de fleste af disse projekter er stadig pilotprojekter. Hvis dette koncept skal udvikle sig til den nye standard for bydesign, bliver byens embedsmænd og udviklere nødt til at finde måder at opskalere og fremskynde dette arbejde.

København, Danmark, tager skridt til at blive mere svampet som reaktion på alvorlige oversvømmelser.

Problemet med regnvand

I mere end et århundrede efter, at amerikanske byer begyndte at installere centraliserede spildevandssystemer i midten af ​​1800-tallet, førte rør stormvand - regn eller smeltet sne, der løber væk fra gader og bygninger - til nærliggende floder eller havne. Denne tilgang reducerede lokale oversvømmelser, men forurenede tilstødende farvande og forværrede oversvømmelsesrisici længere nedstrøms.

1972 Clean Water Act blev designet til at gøre nationens farvande fiskebare og svømmelige i 1983, men det lykkedes ikke at nå dette mål. En væsentlig årsag var, at loven oprindeligt fokuserede på at reducere punktkilder – forureningsudledninger, der kom fra en identificerbar kilde, såsom et rør, der udleder menneskeligt eller industrielt affald.

I slutningen af ​​1980'erne ændrede Kongressen loven for at adressere non-point eller diffuse vandforureningskilder, herunder regnvand. Ingeniører begyndte at designe systemer til at fange sedimenter i den "første skylning" af afstrømning, da man mente, at skadelige forurenende stoffer såsom tungmetaller klæber til disse partikler.

Den dag i dag er grøn infrastruktur og anden praksis for regnvandshåndtering i USA typisk designet til kun at tilbageholde, tilbageholde eller filtrere de første 1 til 2 tommer (2,5 til 5 centimeter) af afstrømning. Individuelt kan de ikke fange al den afstrømning, der genereres under større storme, den slags begivenheder, der bliver hyppigere på grund af klimaændringer. Desuden er regnvandshåndtering ofte ikke påkrævet på mindre jordstykker, som tilsammen kan repræsentere en stor del af byområderne.

Alle disse faktorer begrænser grøn infrastrukturs evne til at reducere oversvømmelsesrisici.

Green infrastruktur, lidt efter lidt

Udtrykket "svampeby" opstod i Kina omkring 2010, men amerikanske byer har brugt lignende ideer siden 1970'erne for at forbedre vandkvaliteten i floder og vandløb.

I begyndelsen af ​​2000'erne blev ideen om at designe lokalsamfund til at filtrere og opsuge regnvand kendt som grøn infrastruktur. Regulatorer og forsyningsselskaber så det som en potentielt omkostningseffektiv strategi til at overholde føderale rentvandsbestemmelser. I byer, hvor eksisterende stormkloaksystemer udledes direkte til åer, søer og floder, havde grøn infrastruktur potentiale til at bortfiltrere forurenende stoffer fra regnvand, før det strømmede ud i disse vandveje.

I hundredvis af byer, hovedsageligt i Nordøst og Midtvesten, føres regnvand og spildevand i de samme spildevandsrør. Grøn infrastruktur tilbød en strategi til at lede regnvand væk fra kloaksystemet til steder, hvor det kunne trænge ned i jorden. Det var med til at reducere chancerne for, at kloaksystemer løb over og sendte urenset regnvand og spildevand ud i lokale farvande.

Gamle kloaksystemer i mange byer fører både spildevand og regnvand. Et kombineret spildevandsoverløb er et aflastningspunkt, der forhindrer oversvømmelser i boliger og renseanlæg ved at udlede den kombinerede strøm til miljøet under kraftig regn.

Byer, herunder Philadelphia, New York, Cincinnati, San Francisco, Cleveland, Washington, D.C. og Kansas City, Mo., har brugt milliarder af dollars i løbet af de sidste 20 år på at eftermontere udviklede landskaber med regnhaver, grønne tage, permeable fortove, bygget vådområder og andre foranstaltninger til bekæmpelse af regnvand på stedet. De fleste af disse systemer blev imidlertid installeret i områder, der producerede mest vandforurening og ikke var dimensioneret til at klare store storme.

I de bedste tilfælde er grøn infrastruktur blevet installeret på offentligt ejede arealer og påkrævet ved nye eller nydesignede storskalabyggerier. Det har vist sig meget mere udfordrende at inkorporere grøn infrastruktur på mindre, privatejede jordparceller, som tilsammen udgør en betydelig procentdel af byområderne.

I nogle byer er en ny udvikling stadig godkendt uden noget påkrævet regnvandsbehandlingssystem eller analyse af de dramatiske måder, hvorpå dets regnvand kan forårsage oversvømmelser på nedstrøms og tilstødende ejendomme. Og i mange byer får regnvand fra små jordpakker lov til at passere uden rensning i rørledninger. Hvis mange sådanne pakker er placeret i det samme kvarter, kan denne almindelige praksis øge risikoen for nedstrøms oversvømmelser.

Hver overflade betyder noget

I mit laboratorium på Drexel University studerer vi løsninger på oversvømmelser i Eastwick-delen af ​​det sydvestlige Philadelphia. Dette kvarter ligger i den nedstrøms ende af et 77 kvadratkilometer stort forstadsvandskel. Når det regner kraftigt opstrøms, oversvømmes Eastwick. I 2020 oversvømmede den tropiske storm Isaias nogle hjem med mere end 1,2 meter vand.

Vores computermodeller tyder på, at hvis konventionel grøn infrastruktur havde været på plads til at behandle afstrømning fra 65 % af vandskellets uigennemtrængelige overflader, ville Isaias ikke have fået Eastwick til at oversvømme. Men det er fem gange mere behandling, end opstrømssamfund planlægger som en del af deres statsmanderede planer for reduktion af regnvandsforurening.

Nogle kritikere siger, at dette niveau af grønnere ikke er teknisk, logistisk eller socialt muligt. Men hvis forestillingen om svampebyer skal blive til virkelighed, bliver byerne i sidste ende nødt til at finde ud af, hvordan de kommer dertil.

For at nå op på 65 % skal disse byer behandle afstrømning fra næsten alle hustage, parkeringspladser og vejbaneoverflader i en form for grøn infrastruktur. Hvis dedikeret plads til nye regnhaver og vådområder på jorden er begrænset, kan parkeringspladser eftermonteres med permeabel asfalt eller beton, der tillod vand at passere gennem det til jorden nedenunder. Tage kunne omdannes til bevoksede grønne tage, der tilbageholder og tilbageholder regnvand.

I denne svampebyvision vil gaderne blive omformet for at lede regnvand til parker og rekreative marker, der er bygget fod under gadeoverfladen og designet til at oversvømme sikkert under ekstremt vejr. Eksisterende naturområder vil blive udnyttet til oplagring af regnvand, hvilket forbedrer deres økologi.

Afhængigt af hvor ekstrem nedbør forekommer, kan disse systemer fungere individuelt eller sammen og efterligne den modularitet og redundans, der findes i naturlige økosystemer.

Sådan finder du pengene

I svampebyer skal enhver overflade forbindes til et rum, der kan oversvømmes sikkert. At komme fra traditionel grøn infrastruktur til svampebyer kræver integrerede politikker, planer og incitamenter, der anvender denne slags løsninger, uanset hvor regnen falder.

Parkeringspladser kan designes til at oversvømme og frigive vand langsomt. Det samme kan basketballbaner, parker, pladser og endda gader, som foreskrevet i København, Danmarks skybrudsforvaltningsplan.

Sådan en transformation af det byggede miljø kan ikke fuldt ud dækkes af regnvandsværker. Disse organisationer står over for en svimlende række af lovgivningsmæssige krav og kan ikke hæve priserne over deres kunders betalingsevne.

En måde at rejse flere penge på ville være gennem samarbejder mellem byagenturer, der er ansvarlige for opgraderinger af veje, parker, skolegårde og andre offentlige arealer, der også tiltrækker føderale dollars, såsom New York Citys Cloudburst Resiliency-projekter. I nogle tilfælde finansiering fra en tredjedel. part kunne supplere indsatsen. Et eksempel er et samarbejde mellem New York City og Trust for Public Land om at tilføje grønne infrastrukturfunktioner til en Bronx skolegård for at hjælpe med at reducere lokale oversvømmelser.

Byer kunne også tilbyde incitamenter til eftermontering og opskalering af eksisterende regnvandshåndteringssystemer på private arealer. Et handelssystem kunne etableres for at sælge den resterende kapacitet til nærliggende ejendomsejere, som mangler muligheder for håndtering af regnvand på stedet.

Denne strategi er ikke billig, men det er passivitet heller ikke. Indlandsoversvømmelser forårsagede skader på 177,9 milliarder USD fra 1980 til 2022, og katastrofer for milliarder dollars bliver hyppigere med klimaændringer.

Efterhånden som ekstreme vejrbegivenheder bliver mere udbredte, forventer jeg, at byplanlægning og designstandarder vil udvikle sig til at inkludere svampebykoncepter. Og denne mere robuste tilgang til regnvandshåndtering vil fortsat spille en fremtrædende rolle i alle former for kommunale og private design- og udviklingsbeslutninger.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.




Varme artikler