أثر المناخ تغيير أنماط التهطال الهياكل الأساسية الهندسية

The Global Shift in Hydrological Cycles

وتغير المناخ يغيّر جذرياً الدورة الهيدرولوجيّة في كل قارة، إذ يُحمل الهواء الوارمر أكثر من 7 في المائة تقريباً لكل درجة من درجات الحرارة العالية، وهو ما يترجم مباشرة إلى طاقة أكثر توافراً لنظم العواصف ويزيد من التباين في أحداث التهطال، وهذه التحولات ليست موحدة؛ وتتلقى بعض المناطق دلالات بينما تجففّف مناطق أخرى، مما يخلق مجموعة من التحديات الإدارية المتصلة بالمياه التي يجب على المهنيين أن يكيفوا مع معايير التصميم الحديثة.

وتتجاوز الآثار بكثير حالات الإزعاج البسيطة في الأحوال الجوية، حيث إن الجسور، والزهور، وشبكات مياه العواصف، ومحطات معالجة المياه، والسدود قد صُممت استنادا إلى سجلات التهطال التاريخية التي لم تعد تعكس الظروف الحالية أو المقبلة، وعندما يشير المهندسون إلى أحداث عواصف مدتها 100 سنة أو 500 سنة، فإن هذه الاحتمالات تتحول، وقد تفشل الهياكل الأساسية التي تبنى على افتراضات قديمة تتعلق بفترة العودة.

كيف أن أنماط التهطال تتغير

وتكشف السجلات اللأرصاد الجوية في القرن الماضي عن اتجاهات واضحة تتطلب اهتمام المهندسين المدنيين والبيئيين، وفي حين أن المجاميع السنوية للتنبؤ قد زادت في بعض المناطق وانخفضت في مناطق أخرى، فإن النمط الأهم هو تكثيف الأحداث المتطرفة، فسقوط الأمطار في فترة قصيرة، وارتفاع درجة الحرارة، يزداد شيوعا، وهذا يؤثر تأثيرا غير متناسب على الهياكل الأساسية للتصريف التي تم تكريسها للعواصف العنيفة والأطول.

فالتفاوت الإقليمي كبير، إذ شهدت الولايات المتحدة الشمالية الشرقية زيادة بنسبة 70 في المائة في تواتر أحداث التهطال القصوى منذ الخمسينات، في حين شهدت أجزاء من حوض البحر الأبيض المتوسط انخفاضا بنسبة 20 في المائة في سقوط الأمطار خلال مواسم النمو الحرجة، وهذه الاتجاهات المتباينة تعني أن الحلول الهندسية يجب أن تكون معايرة محليا بدلا من أن تطبق كنموذجين عامين.

تكثيف أحداث العاصفة

وتوضح الديناميات الجوية سبب تزايد حدة العواصف حتى في المناطق التي لا يزال فيها إجمالي الأمطار السنوية مستقرا، ويمكن أن يكون الجو الأكثر دفئاً أكثر بخاراً للمياه، مما يغذي العواصف المتناثرة ويزيد من محتوى الرطوبة من الأعاصير المدارية ونظم الضغط المنخفض في منتصف البحر، وعندما تفرج هذه النظم عن رطتها، فإنها تفعل ذلك في نوافذ أقصر، مما ينتج عنه معدلات سقوط الأمطار التي تتجاوز قدرة العديد من شبكات.

(أ) النظر في حالة هيوستن، تكساس، حيث سلم إعصار هارفي في عام 2017 أكثر من 150 سنتيمتراً من الأمطار في بعض المواقع، وفي حين كان هارفي أكثر من ذي قبل، فإن الاتجاه الأساسي واضح: إن نظم العواصف تُطلَق أكثر تواتراً وتُحمِّل المزيد من الرطوبة، حيث يجري الآن اختبار نظم الصرف الحضري المصممة لمعالجة حدث عاصفة مدته 10 سنوات، على مدار الساعة، وذلك من خلال أحداث تتجاوز حجم 100 سنة.

الجفاف الممتد وسرطنة المياه

وفي الطرف المقابل من الطيف، تعاني مناطق كثيرة من الجفاف الأطول والأكثر حدة، وقد دخلت منطقة الجنوب الغربي الأمريكية وأجزاء من أستراليا ما يصفه العلماء ظروفاً مزدهرة، حيث ما زال العجز في طمس التربة مستمراً لسنوات بل عقوداً، وهذه الظروف تخلق تحديات أمام البنية الأساسية لتوريد المياه، ولكنها تؤثر أيضاً على الاستقرار المادي للبيئة المبنية.

وعندما تجف التربة خلال فترات طويلة، تتقلص وتشقق، مما يمكن أن يلحق الضرر بمؤسسات بناء الطرق وخطوط المرافق العامة الجوفية، وتتأثر التربة الغنية بالكلاي على وجه الخصوص بالتغيرات الكبيرة التي تؤدي إلى تسوية متمايزة، ويجب أن يحسب المهندسون الذين يعملون في المناطق المعرضة للجفاف تقلص التربة في تصميم المؤسسات، وأن يحددوا المواد التي يمكن أن تستوعب الحركة دون فشل هيكلي.

وعلاوة على ذلك، فإن ظروف الجفاف تقلل من مستويات المياه في الأنهار والمستودعات، مما يؤثر على الملاحة، وتوليد الطاقة الكهرمائية، ونظم التبريد في محطات الطاقة الحرارية، وقد شهد الجفاف الأوروبي الذي شهد عام 2022 أن نهر الراين يصل إلى مستويات منخفضة تاريخيا، مما يعطل حركة المرور على الطرق ويهدد سلاسل الإمداد الصناعية، ويواجه مخططو الهياكل الأساسية الآن التحدي المتمثل في تصميم نظم تعمل في طائفة أوسع من الظروف الهيدرولوجية مما تشير إليه البيانات التاريخية.

تغيير حقيبة الثلج وتوقيت الركض

في المناطق الجبلية، تقل درجات الحرارة المدفأة من تراكم ثلج وتتحول توقيت ظفر قشرة الثلج، مما له آثار عميقة على البنية التحتية لإمدادات المياه تعتمد على رصيف الربيع والصيف القابل للتنبؤ به لملء الخزانات، وقد انخفضت حقيبة الثلج في سييرا نيفادا، التي توفر حوالي 30 في المائة من إمدادات مياه كاليفورنيا، بنسبة 20 في المائة منذ منتصف القرن العشرين، وتحدث الآن فترة الذروة قبل أسابيع من تاريخها.

ويجب على مشغلي المستودعات أن يوازنوا تخزين مياه الفيضانات مع تخزين إمدادات المياه، وتوقيت تشغيل المياه المتناوب يجعل هذا العمل المتوازن أكثر صعوبة، وقد تجد السدود التي صُممت لالتقاط صهر الثلج في أواخر الربيع نفسها تفرج عن المياه في وقت مبكر من العام للحفاظ على القدرة على حماية الفيضانات، وذلك فقط لمواجهة النقص في المياه في وقت لاحق من الصيف، وتشمل الحلول الهندسية زيادة السدود التي تسر فيها الخزانات، وتعديل قواعد التشغيل، وبناء قدرات تخزين إضافية في وقت مبكر.

أوجه الضعف في الهياكل الأساسية وطرق الفشل

وقد تم بناء نظم الهياكل الأساسية التي يقوم عليها المجتمع الحديث إلى معايير مستمدة من ملاحظات المناخ التاريخية، حيث أن هذه الملاحظات تصبح أقل قدرة على التنبؤ بالأوضاع المستقبلية، وتبرز مواطن الضعف في قطاعات متعددة، وتحديد أوجه الضعف هذه أمر أساسي لتحديد أولويات عمليات التحديث وتخصيص الموارد بفعالية.

نظم المياه العاصفة والتدريب

وعادة ما تكون شبكات مياه الأمطار الحضرية مصممة لنقل المياه من عاصفة تصميمية محددة، عادة حدث مدته عشر سنوات أو 25 سنة، وعندما تزداد كثافة الأمطار، تصبح هذه النظم أقل حجما، مما يؤدي إلى الفيضانات السطحية، وتدفقات المجاري الإجمالية، والأضرار التي تلحق بالممتلكات العامة والخاصة، كما أن الخسائر المالية كبيرة: إذ يبلغ متوسط الأضرار التي تلحق بالفيضانات في الولايات المتحدة نحو 17 بليون دولار سنويا، وتشير التوقعات إلى أن هذا الرقم سيرتفع مع تصعيد.

ويستجيب المهندسون لعدة استراتيجيات، وهي نهج الهياكل الأساسية الخضراء، بما في ذلك الحدائق المطرية، والزفافات الأحيائية، والرصفات القابلة للدماغ، وتخفض حجم ومعدل الركض الذي يدخل إلى نظم الصرف التقليدية، وتوفر هذه النظم أيضا فوائد نوعية المياه والتخفيف من حدة الحرارة الحضرية، أما فيما يتعلق بالهياكل الأساسية الرمادي، فإن الأنابيب الأكبر، وقبو الاحتجاز تحت الأرض، ونظم المراقبة في الوقت الحقيقي التي تُفض إلى التخزين والإفراج على أساس التنبؤات الجوية، فقد أصبحت ممارسة قياسية في البلديات.

وتقدم مدينة كوبنهاغن مثالا ملحوظا: بعد أن تسببت السحابة في عام 2011 في أضرار بلغت بليون دولار، وضعت المدينة خطة شاملة لإدارة السحابات تدمج الشوارع الخضراء وحوض الاحتفاظ بها والأنفاق المحسَّنة في شبكة صرف متعددة المستويات مصممة لمعالجة الأحداث المتطرفة، ويسلم هذا النهج بأنه لا يوجد حل واحد كاف وأن النظم الموزعة والمتكررة توفر أكبر قدر من المرونة.

الهياكل الأساسية للنقل

فالطرق والسكك الحديدية والجسور والمطارات كلها حساسة للتغيرات في أنماط التهطال، ويمكن أن تؤدي الأمطار الغزيرة إلى تقويض مؤخرات الجسر، وغسل المنكوبات، وتتسبب في إخفاقات في المنحدرات على الطرق السريعة، وقد دمرت الفيضانات التي وقعت في كولومبيا البريطانية في أجزاء من الطريق السريع العابر لكندا، وغسلت خطوط السكك الحديدية، وعزلت ميناء فانكوفر وعطلت سلاسل الإمداد.

كما تأثر تصميمات الطلاء، حيث يتسارع هطول الأمطار الغزيرة إلى تدهور الرصيف من خلال زيادة تطفل الرطوبة، مما يضعف التربة التي تُخضّص وتخفض القدرة الهيكلية لسطح الطرق، وفي المناخات الباردة، تُضاف دورات تجمّد أكثر تواتراً إلى زيادة توافر الرطوبة وتسريع تكوين الحفر، ويُحدد المهندسون أقساماً ذات سميكة، وتحسين طبقات الصرف الصحي، وتركيبات مقاومة للضر.

وتواجه عمليات المطار تحديات من زيادة كثافة التهطال والحاجة إلى إدارة مياه الأمطار على السطحات المتفشية التي لا توصف، ويجب تصميم تصريف المجاري لمنع الطائر من الحرق في أثناء سقوط الأمطار الغزيرة والحفاظ على الاحتكاك أثناء هطول الأمطار الغزيرة، في حين يجب على نظم مياه الأمطار في المطار أن تمتثل للأنظمة البيئية المتشددة فيما يتعلق بنوعية الجريان وكميته.

معالجة المياه والمياه المستعملة

وتستمد محطات معالجة المياه من مصادر المياه السطحية الحساسة من تقلبات الأمطار، وتزيد أحداث هطول الأمطار الثقيلة من الاضطرابات وتستحدث مسببات للأمراض والمواد العضوية والملوثات في مياه المصدر، وتواجه عمليات معالجة صعبة مصممة لتحقيق نوعية أكثر استقرارا من المياه الخام، وقد تحتاج محطات المعالجة إلى إضافة التخصيب والرواسب والقدرة على التفكيك لمعالجة أحداث الذروة وزيادة رأس المال وتكاليف التشغيل.

وعلى العكس من ذلك، تركز ظروف الجفاف الملوثات في انخفاض أجسام المياه وقد تجبر المرافق على استخدام مياه المصدر الأقل جودة أو تنفيذ عمليات علاجية أكثر تقدماً، وقد قامت مدينة ويشيتا فالز، تكساس، ببناء نظام مباشر لإعادة الاستخدام في الجرعة خلال فترة الجفاف 2011-2014، ومعالجة المياه المستعملة بمعايير مياه الشرب وإعادة استخدامها إلى نظام التوزيع، وقد أثبت هذا النهج، في الوقت الذي يتطلبه تقنياً، أن ندرة المياه الشديدة يمكن أن تدفع الحلول الهندسية المبتكرة.

وتواجه محطات معالجة مياه الصرف الصحي مخاطر الفيضانات من الطفرة المؤثرة ومن التخزين الخارجي، حيث إن شبكات المجاري المشتركة، التي تحمل مياه العواصف والتدفق الصحي، معرضة بشكل خاص: ففي أثناء هطول الأمطار الغزيرة، يتم تجاوز قدرتها، وتُصرف مياه المجارير غير المعالجة إلى المياه المستقبلة، كما أن فصل المجارير المشتركة فعال تقنيا وإن كان باهظ التكلفة، مع توفير تكاليف تتراوح بين مئات الملايين وبلا من الدولارات لنظم التحكم في المدن الكبيرة.

الهياكل الأساسية للطاقة

وقطاع الطاقة هو مساهم في أنماط التهطال المتغيرة وضحية لها، إذ تتطلب محطات توليد الطاقة مياه التبريد، وعندما ترتفع درجات حرارة المياه بسبب الاحترار الجوي أو عندما تنخفض المياه أثناء الجفاف، يقيد توليد الطاقة الحرارية، وفي عام 2022، تخفض مستويات المياه في محطات الطاقة الكهربائية التي تعمل بالنحاس في الراين لتخفض الإنتاج، بينما قلصت النباتات النووية الفرنسية بسبب عدم كفاية مياه التبريد وارتفاع مستوى الأنهار.

وتتأثر الطاقة الكهرمائية تأثرا مباشرا بالتغيرات في التوقيت والحجم المتكررين، وقد شهدت سد هوفر، الذي يولد نحو 4 بلايين كيلوات ساعة سنويا، انخفاض قدرتها على توليد الطاقة بنسبة 25 في المائة خلال الجفاف الجاري في نهر كولورادو، ويجب أن تدمج مشاريع الطاقة الكهرمائية الجديدة التوقعات المناخية في تصميمها لضمان استمراريتها المالية، بينما قد تحتاج المرافق القائمة إلى تحسينات في الاضطرابات أو نظم تشغيل معدلة لاستيعاب أنماط التدفق المتغيرة.

فالهياكل الأساسية للنقل والتوزيع الكهربائيين معرضة للظواهر الجوية البالغة الشدة التي ترافق أنماط التهطال المتغيرة، ويمكن للعواصف الجليدية والثلوج المبللة بشدة والمطر الذي يحركه الرياح أن تلحق أضرارا بالخطوط العامة، وتعطل الخدمة، وتخلق مخاطر أمنية، وتخفض خطوط التوزيع تحت الأرض من ضعف الطقس، ولكنها تزيد من التكاليف بدرجة كبيرة، وتستخدم المرافق على نحو متزايد نهج إدارة الأصول القائمة على المخاطر لتحديد الأولويات في المناطق التي تعاني من التعرض لأشد درجات الطقس.

الهياكل الأساسية لحماية السواحل والفيضانات

ويزيد مستوى سطح البحر من آثار زيادة كثافة الأمطار في المناطق الساحلية، إذ أن ارتفاع مستويات سطح البحر يقلل من قدرة شبكات مياه الأمطار على تصريف الجاذبية، ويزيد من مخاطر الفيضانات حتى دون حدوث تغيرات في هطول الأمطار، ويجب تصميم جدران الفيضانات الساحلية والحواجز التي تنجم عن العواصف المفاجئة على مستويات المياه المرتفعة، إلى جانب زيادة حدة التهطال، مما يتطلب إجراء تحليلات هدرية معقدة ونُهجاً متعددة المخاطر.

لقد كانت هولندا منذ فترة طويلة قائدا في حماية الفيضانات، ولكن حتى الهولنديين يواجهون تحديات جديدة، وقد يتطلب حاجز دلتا تاوت، وهو نظام من السدود، والزهور، والأقفال، والدايك، والحواجز التي تنجم عن العواصف التي تُصمم بعد الفيضانات التي تدور في بحر الشمال عام 1953، إجراء تعديلات في ضوء التوقعات المناخية، وقد يتطلب حاجز شيلدت الشرقي، وهو أحد أكبر حواجز فيضانات العالم يمكن أن تُط بها في مواجهة ارتفاع مستويات العواصف.

الاستجابات الهندسية والاستراتيجيات التكيفية

وقد استحدثت الأوساط الهندسية مجموعة من الاستجابات للتصدي للتحديات التي تطرحها أنماط التهطال المتغيرة، وهي تتسع نطاق معايير التصميم والمواد والممارسات التشغيلية وأطر الحوكمة، ولا يوجد حل واحد ينطبق على الجميع؛ وتُصمَّم الاستراتيجيات الأكثر فعالية حسب الظروف المحلية والتسامح إزاء المخاطر.

تحديث معايير التصميم وفترات العودة

ويعتمد التصميم الهندسي التقليدي على تحليل ترددات التهطال التاريخية لتحديد حجم الأحداث التي يجب أن تصمد فيها الهياكل الأساسية، ومع عدم موثوقية تغير المناخ، يقوم المهندسون بإدراج التوقعات المناخية في حسابات التصميم، وقد نشرت الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين مبادئ توجيهية لإدماج تغير المناخ في تصميم الهياكل الأساسية، وتحتاج عدة ولايات إلى النظر في الظروف المناخية المستقبلية في مشاريع الأشغال العامة.

ويتمثل أحد النهجين في استخدام " عامل التكيف مع المناخ " الذي يُقيس إحصاءات التهطال التاريخية استنادا إلى التغييرات المتوقعة في المستقبل، فعلى سبيل المثال، تحتفظ الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي بتقديرات تردد التهطال في نظام أطلس 14، وتطبق بعض الولايات القضائية زيادة بنسبة 10-20 في المائة على هذه القيم بالنسبة لتصميم البنية التحتية الجديد، وتستخدم النُهج الأكثر تطورا نواتج نموذج المناخ المخفضة لتوليد منحنى تردد مُتَبَتَتَعَتَتَتَتَتَة في المستقبل.

ويتمثل التحدي في أن التوقعات المناخية تنطوي على عدم اليقين، وقد تكون الهياكل الأساسية المصممة لأسوأ السيناريوهات باهظة التكلفة، ولذلك يعتمد المهندسون أطراً قائمة على المخاطر تقيِّم احتمال الفشل ونتائجه واختيار معايير تصميم توازن بين التكلفة والسلامة والقدرة على التكيف، ويتطلب هذا النهج اتصالاً واضحاً مع صانعي القرار والجمهور بشأن المخاطر المتبقية والمفاضلات المتأصلة في الاستثمار في الهياكل الأساسية.

نهج التصميم المرنة والتطبيقية

ونظراً لعدم اليقين في التوقعات المستقبلية للتهيؤ، فإن تصميم سيناريو واحد في المستقبل يعتبر غير كاف بشكل متزايد، وتدمج نُهج التصميم التصحيحي المرونة في نظم الهياكل الأساسية، مما يتيح تعديلها أو توسيعها مع تطور الظروف، مما قد يعني بناء أحواض احتجاز ذات مساحة للتوسع في المستقبل، وتصميم جدران الفيضانات مع أسس يمكن أن تدعم الارتفاع في المستقبل، أو بناء محطات لمعالجة المياه مع قطارات معالجة نموذجية يمكن إضافتها تدريجياً.

يقدم محارب (تايمز) في لندن مثالاً مفيداً، مصمم لحماية (لندن) من موجات العواصف حتى عام 2030، وتستكمل قواعد تشغيل الحاجز بانتظام استناداً إلى التغيرات الملحوظة في مستوى البحر وأنماط العواصف، ويشمل الحاجز أحكاماً لتحسين الأوضاع في المستقبل، وينظر التخطيط الجاري فيما إذا كان هناك حاجة إلى حاجز جديد في أسفل المجرى أو نهج بديلة لإدارة الفيضانات في النصف الأخير من هذا القرن.

وتشكل نظم الرصد والمراقبة في الوقت الحقيقي أداة تكيفية أخرى، إذ توفر أجهزة الاستشعار التي تنشر في جميع شبكات الهياكل الأساسية بيانات مستمرة عن الأداء، مما يمكّن المشغلين من تعديل العمليات استجابة للظروف الراهنة، كما أن نظم المياه العواصف الذكية التي تستخدم التنبؤات الجوية وبيانات سقوط الأمطار في الوقت الحقيقي لأحواض الاحتجاز قبل وصول العواصف يمكن أن تقلل بدرجة كبيرة من مخاطر الفيضانات دون أن تتطلب توسيعاً في الهياكل الأساسية المادية.

تكامل الهياكل الأساسية الطبيعية والجمجمادية

وكثيرا ما تجمع أكثر النهج مرونة بين النظم الهندسية والملامح الطبيعية التي توفر منافع تكميلية، فالهياكل الأساسية الطبيعية، بما فيها الأراضي الرطبة، والفيضانات، والحواجز المشاطئة، يمكن أن تخفف من ذروة الفيضانات، وتغذي المياه الجوفية، وتحسين نوعية المياه، وتوفير الموائل، وعندما تكون هذه النظم الطبيعية مدمجة مع الهياكل الأساسية التقليدية المصممة، كثيرا ما يؤدي النظام الموحد إلى أداء أفضل وتكاليف أقل من النهجين وحدهما.

نظام (بلوبلت) لجزيرة (نيويورك) يحفظ ويعزز ممرات الصرف الطبيعي التي تنقل مياه العواصف عبر شبكة من المجاري، والأراضي الرطبة، والبركة، وقد وفر النظام مئات الملايين من الدولارات مقارنة بالهياكل الأساسية للتصريف التقليدي بينما يوفر المرافق الترفيهية وموئل الأحياء البرية، وتتابع المدن الأخرى، مع التسليم بأن البنية التحتية الخضراء ليست مجرد نظم مائية وإنما عنصر وظيفي من عناصر المدن.

السياسات والتمويل والتحديات المؤسسية

ولا يمكن أن تتصدى الحلول التقنية وحدها لتحديات البنية التحتية التي تطرحها الأنماط المتسرعة المتغيرة، إذ يجب أن تتطور أطر السياسات وآليات التمويل والترتيبات المؤسسية لدعم الاستثمارات والتغييرات التشغيلية اللازمة، وللمهندسين دور هام في إبلاغ هذه القرارات والدعوة إلى اتباع نهج قائمة على الأدلة.

أولويات الاستثمار في الهياكل الأساسية

وتقدر الفجوة العالمية في الاستثمار في الهياكل الأساسية بحوالي ثلاثة ملايين دولار سنوياً، ويزيد تغير المناخ الحاجة الملحة إلى التحديث، ويتطلب تحديد أولويات الاستثمارات تحليلاً صارماً للتكاليف والفوائد، يُحسب فيه كامل نطاق الفوائد، بما في ذلك تجنب الأضرار وتحسين الموثوقية والمنافع المشتركة البيئية، وسيؤدي التحليل التقليدي لتكاليف المنافع الذي يستخدم البيانات التاريخية لتقدير الفوائد المستقبلية إلى التقليل من قيمة الهياكل الأساسية المكيفة للمناخ.

وقد أنشأت عدة بلدان مصارف أو صناديق مخصصة للهياكل الأساسية توفر تمويلا منخفض التكلفة للمشاريع التي تقاوم المناخ، ويتضمن قانون الولايات المتحدة للاستثمار في الهياكل الأساسية وفرص العمل تمويلا كبيرا لمشاريع القدرة على التكيف، بما في ذلك تخفيف الفيضانات، والتأهب للجفاف، وإعادة النظم الإيكولوجية، وضمان تخصيص هذه الأموال للمشاريع التي تعزز القدرة على التكيف بشكل حقيقي، يتطلب معايير قوية لتقييم المشاريع وخبرات تقنية.

مدونات المباني وتخطيط استخدام الأراضي

وتشكل رموز المباني وأنظمة استخدام الأراضي أدوات قوية للحد من التعرض لأنماط التهطال المتغيرة، ويمكن أن تتطلب مدونات البناء المستكملة رفع مستوى أو تصميم تشييد جديدة في المناطق المعرضة للفيضانات، في حين أن أنظمة تقسيم المناطق يمكن أن تقيد التنمية في المناطق المعرضة للخطر الشديد، ويتمثل التحدي في أن التنمية القائمة تمثل تعرضا كبيرا ومتناميا للمخاطر المناخية، وأن إعادة تجهيز المباني والهياكل الأساسية القائمة باهظة التكلفة ومعطلة.

وستشكل قرارات تخطيط استخدام الأراضي التي تتخذ اليوم أوجه الضعف لعقود قادمة، وتنشئ المجتمعات المحلية التي تواصل السماح بالتنمية في فيضانات أو المناطق المعرضة للحرائق التزامات في المستقبل، بينما تستثمر في السلامة الطويلة الأجل في المناطق التي تتجه نحو النمو نحو المناطق الأكثر أمانا وتتطلب معايير تصميم مرنة، ويسهم المهندسون في الخبرة التقنية في عمليات التخطيط هذه، ويساعدون واضعي القرارات على فهم المخاطر وفعالية مختلف تدابير التخفيف.

المعايير المهنية والتعليم

وتتطور مهنة الهندسة لإدماج تغير المناخ في التعليم والممارسة المهنية والمعايير الأخلاقية، وتحتاج هيئات الاعتماد بشكل متزايد إلى أن تشمل المناهج الهندسية محتوى تغير المناخ، وبدأت امتحانات الترخيص المهنية اختبار المعرفة بتأثيرات المناخ واستراتيجيات التكيف، وتساعد برامج التعليم المستمرة المهندسين على البقاء على حالها مع معايير التصميم المتطورة وأفضل الممارسات.

وقد أصدرت منظمات الهندسة المهنية بيانات عن المواقف بشأن تغير المناخ، وهي بصدد وضع وثائق توجيهية لإدراج التوقعات المناخية في التصميم، وقد نشرت الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين المعنية بالتكيف مع تغير المناخ سلسلة من الأدلة والتقارير التي توفر التوجيه العملي للمهندسين العاملين في قطاعات متعددة من الهياكل الأساسية، وتمثل هذه الموارد خطوات هامة نحو تعميم التكيف مع المناخ في الممارسات الهندسية.

دراسات حالة في مجال التكيف

ويعطي بحث أمثلة العالم الحقيقي على التكيف مع الهياكل الأساسية دروسا قيمة للمهندسين الذين يواجهون تحديات مماثلة في أماكن أخرى، وتبين الحالات التالية نُهجا مختلفة لمعالجة أنماط التهطال المتغيرة عبر مختلف السياقات والجداول.

قانون (توسون) لتقاسم المياه

وقد نفذ توكسون، أريزونا، إحدى المدن القاحلة في الولايات المتحدة، سياسات مبتكرة لخفض الطلب على المياه وإدارة مياه الأمطار، ويقتضي الأمر أن تلتقط التطورات التجارية والمتعددة الأسر مياه الأمطار وتستخدمها في الري الطبيعي، وقد قلل البرنامج من الطلب على إمدادات المياه البلدية، بينما قلل أيضا من مياه الأمطار وما يرتبط بها من الفيضانات.

وقد وضع المهندسون في توكسون معايير تصميم لنظم جمع مياه الأمطار توازن بين القدرة على التخزين، ونوعية المياه، والتكاليف، وتتراوح النظم بين براميل الأمطار البسيطة والمستودعات الكبيرة الجوفية التي توفر نظم الري للمتنزهات والأماكن العامة، ويظهر البرنامج أن حفظ المياه والتخفيف من آثارها يمكن أن يعالجا في آن واحد من خلال سياسة هندسية وداعمة مدروسة.

نهج ساحة المياه في روتردام

وقد طورت روتردام، هولندا، شبكة من " بطاطا المياه " التي تعمل كمساحات عامة أثناء الطقس الجاف، ومرافق احتجاز مياه العواصف أثناء سقوط الأمطار الغزيرة، وهذه المرافق ذات الغرضين تدمج في الأحياء الحضرية، وتوفر المرافق الترفيهية مع الحد من مخاطر الفيضانات، ويمكن لبلازما المياه في بنتيمبلين، وهي أكبر نوع من أنواعها، تخزين حوالي 700 1 متر مكعب من المياه التي تتدفق تدريجيا إلى نظام الصرف الصحي بعد ذروة.

ويجب أن يتناول التصميم الهندسي لبلازما المياه السلامة والجماليات والوظيفية، وقد صممت المرافق بحيث تستنفد تماماً في غضون 2448 ساعة من العواصف لمنع تربية البعوض واستعمال سطح البلازما، وقد تم تكرار نهج روتردام في مدن أخرى، وتمثل نموذجاً لإدماج البنية التحتية لإدارة الفيضانات في النسيج الحضري بطرق توفر منافع مجتمعية متعددة.

النظرة إلى الرأس: الطريق إلى الأمام

إن أثر تغير المناخ على أنماط التهطال هو أحد أهم التحديات التي تواجه المهن الهندسية، حيث أن الأحداث البالغة الشدة تزداد تواتراً وشدّة، فإن الهياكل الأساسية التي تدعم المجتمع الحديث ستختبر بطرق لا يمكن أن تهيئنا لها التجربة التاريخية، ويجب على المجتمع الهندسي أن يتقبل أدوات وأساليب وعقول جديدة لمواجهة هذا التحدي.

(ب) الاستثمار في نظم المراقبة والرصد ضروري لفهم كيفية تطور أنماط التهطال وكيفية استجابة نظم الهياكل الأساسية، وتوفر شبكات الكثيفة من قياسات الأمطار، وقياسات المجاري، ومستشعرات رطوبة التربة، ونظم الرادار البيانات اللازمة لوضع نماذج معايرة، والتحقق من الافتراضات التصميمية، وتشغيل البيانات الهندسية في هذه النظم على نحو متكيف.

(ب) أصبح من الضروري بشكل متزايد أن يُعَدَّد علماء المناخ، والهيدرولوجيون، وعلماء البيئة، والمخططون الحضريون، وعلماء الاقتصاد، جميعهم معرفة تُسترشد بها في تصميم الهياكل الأساسية.

Compmunication with decision-makers and the public] is critical for building support for the investments needed to adapt infrastructure to changing conditions. Engineers must be able to explain technical concepts in accessible terms, describe the consequences of inaction, and articulate the benefits of proactive adaptation. Building public understanding of climate risks and infrastructure needs is essential for securing the resources and political will to act.

إن التحديات كبيرة، ولكن المهنة الهندسية لها تاريخ طويل في الارتفاع لتلبية الاحتياجات الاجتماعية، ومن خلال تحديث معايير التصميم، ووضع نهج التكيف، وإدماج النظم الطبيعية والمهندسة، والمشاركة بصورة منتجة في عمليات السياسة العامة، يمكن للمهندسين أن يساعدوا في بناء الهياكل الأساسية التي تتلاءم مع الأنماط المهيمنة المتغيرة في عالم دافئ، ويبدأ العمل الآن وسيستمر على مدى عقود، ولكن أساس المعارف والهياكل الأساسية العملية التي يجري تطويرها اليوم ستؤدي إلى إيجاد أجيال.