دور المهندسين المدنيين في إدارة الفيضانات

ويمثل الترجيح أحد أكثر الأخطار الطبيعية شيوعاً وتكلفاً في جميع أنحاء العالم، حيث يهدد الأرواح والممتلكات والهياكل الأساسية الحيوية، ويقف المهندسون المدنيون في مقدمة الجهود الرامية إلى منع مخاطر الفيضانات وتخفيفها وإدارتها، ومن خلال مزيج من التحليلات المتقدمة والتصميم الهيكلي والتخطيط المستدام، يساعدون المجتمعات المحلية على التكيف مع الظروف المتغيرة ويصمدون أمام الأحداث الجوية البالغة الشدة، وتستكشف هذه المادة المساهمات المتعددة الأوجه للمهندسين المدنيين في منع الفيضانات وإدارتها، ومن تقييم القدرة على مواجهة الكوارث والتصميم.

فهم تقييم مخاطر الفيضانات والتحليل الهيدرولوجي

وتبدأ إدارة الفيضانات الفعالة بفهم دقيق للمخاطر، ويستخدم المهندسون المدنيون التحليل الهيدرولوجي والهيدروليكي لتحديد كمية المياه التي يمكن أن تتوقعها منطقة معينة خلال مختلف أحداث العواصف، وهم يدرسون سجلات التهطال وخصائص مستجمعات المياه وتدفقات الأنهار وتأثيرات المد والجزر من أجل خلق منحنىات للتواتر الفيضاني وخرائط للمخاطر.

وبالإضافة إلى البيانات التاريخية، يدمج المهندسون أيضا التوقعات المناخية لتوقع حدوث تغيرات في المستقبل في كثافة الأمطار وارتفاع مستوى سطح البحر، وعلى سبيل المثال، تقدم الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي تقديرات محدثة لتواتر الأمطار، يستخدمها المهندسون في تصميم الهياكل الأساسية التي ستظل فعالة منذ عقود، ويكفل تقييم المخاطر الدقيقة توجيه الموارد نحو أكثر المناطق ضعفا، وتعكس معايير التصميم الاحتمال الحقيقي للفيضانات.

تصميم وبناء دفاعات الهياكل الأساسية

ويقوم المهندسون المدنيون بتصميم ومراقبة بناء مجموعة من نظم مراقبة الفيضانات الهيكلية التي تحجب المياه أو تعيد توجيهها مادياً، وتشكل هذه الهياكل الهندسية العمود الفقري للعديد من خطط حماية الفيضانات المجتمعية.

ليفيس، ديكس، وفلوروول

فالسيارات والدايكيس هي مراكب تربة توازي أجساد المياه، مما يرفع مستوى المصرف لمنع التدفق المفرط، وتُستخدم الفيضانات، التي تُبنى عادة من الخرسانة أو الفولاذ، حيث تكون المساحة محدودة، ويجب على المهندسين أن ينظروا في ميكانيكيات التربة، ومراقبة البذور، وإمكانية التحات عند تصميم هذه الحواجز، وتوفر الوكالة الاتحادية لإدارة الطوارئ التوجيه بشأن تصميم الجذام، وعمليات التفتيش، والتأمين في إطار برنامج الطاقة الكثيفة.

السدود والمستودعات

وتؤدي السدود دورا مزدوجا في إدارة الفيضانات: فهي تخزن فائضا في الأمطار الغزيرة وتفرج عن المياه تدريجيا لمنع حدوث موجات في أسفل المجرى، ويضع المهندسون المدنيون نظما للمستودعات ذات مسارات مسدودة يمكن أن تجتاز تدفقات كبيرة من الفيضانات، ويستلزم تشغيل السدود المتعددة الأغراض موازنة دقيقة بين إمدادات المياه والطاقة الكهرمائية وتخزين الفيضانات، كما تضع اللجنة الدولية المعنية بالسدود الكبيرة معايير لتخطيط الفيضانات في مجال السلامة في حالات الطوارئ.

نظم ترفيه المياه العاصفة

وفي المناطق الحضرية، كثيرا ما ينتج الفيضانات المحلية عن عدم كفاية مياه الأمطار، ويصمم المهندسون المدنيون شبكات الأنابيب، والزجاج، وأحواض الاحتجاز، والمضخات لنقل المياه بسرعة من أسطح السقف والشارع إلى المياه المستقبلة، وتشتمل التصاميم الحديثة على سمات تنمية المياه ذات الأثر المنخفض التي تدير مياه العواصف في مصدرها، وتخفض تدفقات الذروة، وتحسن نوعية المياه.

إدماج الحلول القائمة على الطبيعة والمستدامة

ويجمع المهندسون المدنيون، بصورة متزايدة، بين الدفاعات الهيكلية والعمليات الطبيعية لوضع استراتيجيات لإدارة الفيضانات تكون مرنة ومفيدة بيئيا، وكثيرا ما تكون هذه النُهج القائمة على البنية التحتية الخضراء أقل تكلفة للحفاظ على خدمات النظم الإيكولوجية الإضافية وتقديمها.

استعادة الأراضي الرطبة وربط فيضان

كما أن الأراضي الرطبة تعمل كبؤر طبيعية، وتمتص مياه العواصف وتخليصها ببطء، ويعمل المهندسون المدنيون مع علماء البيئة لاستعادة الأراضي الرطبة أو المتدهورة في مستجمعات المياه، وتعزيز قدرتهم على تخزين المياه، كما أن إعادة ربط الأنهار بمياه الفيضانات الطبيعية تعطي مكانا للانتشار، وتخفض فيه تدفقات الأنهار المتقدمة النمو، حيث تستعيد الأنابيب الأرضية بعيدا عن قنواتها.

البنية التحتية الخضراء في المناطق الحضرية

وفي المدن، تتحول الأسطح غير المزروعة مثل الأسفلت والخرسانة إلى منع مياه الأمطار من الصمود إلى الأرض، وتتزايد سرعة الارتداد، وينفذ المهندسون المدنيون سقفا خضراء، وملاءمة قابلة للطي، والحدائق المطرية، والنزوف الأحيائي لاعتراض ومعالجة مياه الأمطار، ويمكن لهذه النظم أن تقلل من حجم مياه الأمطار التي تُعرض في المياه العواصف بنسبة تتراوح بين 30 في المائة و50 في المائة وفقا للهيكل الوطني لمياه في مجال صيانة المياه الجوفية، إلى ما بعد الفيضانات،

التخطيط المجتمعي، والتزحلق، والمشاركة العامة

ولا يمكن للتدابير الهيكلية وحدها أن تزيل مخاطر الفيضانات، ويتعاون المهندسون المدنيون مع المخططين الحضريين والحكومات المحلية والسكان لوضع استراتيجيات شاملة لإدارة الفيضانات تقلل من التعرض لها وتحسن الاستعداد.

رسم الخرائط وإبلاغ المخاطر

ومن الضروري وضع خرائط دقيقة لمخاطر الفيضانات لاتخاذ قرارات تتعلق باستخدام الأراضي، وتقدير التأمين، والتخطيط في حالات الطوارئ، ويستخدم المهندسون المدنيون أحدث البيانات الطبوغرافية والنماذج الهيدرولوجية لإنتاج خرائط لمعدلات الفيضانات، وتحديدات المناطق الخاصة بخطر الفيضانات، غير أن الخرائط لا تعدو كونها جيدة في الإبلاغ عن معناها، ويؤدي المهندسون دورا رئيسيا في ترجمة المعلومات التقنية عن مخاطر الفيضانات إلى توجيهات يمكن اتخاذها على الإنترنت.

التخطيط للتأهب والإخلاء في حالات الطوارئ

وعندما يقترب حدوث فيضان، يساعد المهندسون المدنيون على تصميم نظم الإنذار المبكر وطرق الإجلاء، ويعملون مع مديري الطوارئ لوضع خرائط للتخلي عن المياه تبين سرعة وعمق مياه الفيضانات في ظل سيناريوهات مختلفة لفشل السدود أو عواصف الطفرة، ويظل معرفة الطرق التي يمكن تجاوزها، وكم من الوقت يستغرقه إجلاء المجتمعات المحلية لإنقاذ الأرواح، كما يصمم المهندسون تدابير لمنع الفيضانات للمرافق الحرجة مثل المستشفيات، ومراكز الإطفاء، وخدمات الطاقة.

التغلب على التحديات الحالية والمقبلة

ويواجه المهندسون المدنيون ضغوطا متزايدة تتطلب اتباع نهج مبتكرة ومكيفة لإدارة الفيضانات، فهم هذه التحديات هو الخطوة الأولى نحو بناء مجتمعات أكثر قدرة على التكيف.

Climate Change and Intensifying Rainfall

وتزيد درجات الحرارة المحيطة من قدرة الغلاف الجوي على تحمل المياه، مما يؤدي إلى حدوث حالات أكثر كثافة وتواتراً من سقوط الأمطار، وقد صممت الكثير من نظم القفز والصرف الصحي القائمة في إطار افتراضات تاريخية لم تعد تحمل آثار تغير المناخ، ويجب على المهندسين الآن تصميم الظروف غير الثابتة بدلاً من الاعتماد على المتوسطات الثابتة، ومن الاستراتيجيات الأساسية في مجال التكيف، مثلاً، وضع معايير التصميم، وإدراج توقعات المناخ، وبناء المرونة في الهياكل الأساسية.

التحضر والسطح الإبداعي

ومع توسع المدن، تغطى المزيد من الأراضي بالمباني والطرق وقوافل السيارات، ويقلل هذا التحضر من التسلل الطبيعي ويسرع في الركض، ويتجاوز نظم الصرف السائدة في كثير من الأحيان، ويعالج المهندسون المدنيون ذلك من خلال اشتراط احتجاز مياه العواصف في الموقع، وتشجيع تطوير المدافن للحد من التفشي، وإعادة تجهيز الأحياء القديمة ذات البنية التحتية الخضراء، غير أن تكلفة إعادة استخدام شبكات الصرف الصحي مرتفعة، والقيود على أماكن الاحتجاز في المناطق الحضرية الناشئة.

التمويل والسياسات والصيانة

وحتى نظام مراقبة الفيضانات الذي يُصمم على أفضل نحو لا يوفر التمويل الكافي للتشييد والتشغيل والصيانة، إذ أن العديد من المجتمعات المحلية، ولا سيما المناطق المنخفضة الدخل والمناطق الريفية، تفتقر إلى الموارد المالية اللازمة لتحسين الهياكل الأساسية القديمة، ويجب على المهندسين المدنيين أن يدعووا إلى إيجاد حلول فعالة من حيث التكلفة، وأن يُجريوا تحليلات لتكاليف دورة الحياة، وأن يساعدوا المجتمعات المحلية على الحصول على المنح الاتحادية والولائية، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص ونظم التصنيف المجتمعي التي تقل فيها أقساط التأمين على الفيضانات لاتخاذ تدابير التخفيف من شأنها هي أدوات أخرى.

الاستنتاج: الهندسة(أ) مستقبل القدرة على التكيف

فالمهندسون المدنيون لا غنى عنهم في مكافحة الفيضانات، فمن تقييم المخاطر الأولية وتصميم دفاعات هيكلية ضخمة لدمج الحلول القائمة على الطبيعة والتوعية المجتمعية، فإن عملهم لا يمس سوى كل جانب من جوانب منع الفيضانات وإدارتها، إذ أن الضغوط المتزايدة لتغير المناخ والتحضر والقيود المفروضة على الميزانية تتطلب الابتكار المستمر والتعاون والاستعداد للتحدي في النهج التقليدية، ومن خلال الجمع بين الخبرة التقنية والفهم العميق للاحتياجات المحلية، يساعد المهندسون المدنيون على حماية آثار الفيضانات المدمرة.