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了解变化中的主要系统
初级系统是现代社会的基石:提供能源、水、交通和通信的网络和资产。 随着气候变化的加速,这些系统面临着前所未有的压力。 全球气温上升、降水模式不断变化以及更频繁的极端天气事件直接威胁到关键基础设施的可靠性、安全和寿命。 适应力的设计不再是可选的;这是确保初级系统在未来气候情景下运作的基本要求。 本条审视了气候变化对初级系统设计的多方面影响,并概述了建设适应性、持久性和可持续基础设施的具体战略。
气候变化如何影响核心基础设施部门
初级系统各部门都不同地经历气候变化,但共同的主题包括业务风险增加、维护成本提高以及需要灵活的设计标准。 了解这些部门具体影响是有效复原力规划的第一步。
运输基础设施
公路、桥梁、铁路、机场和港口都容易受到一系列气候危害。 高温可造成铁轨系上安全带和沥青软化,而[ 降雨和洪水重度[侵蚀桥梁地基和冲洗道路。沿海运输网络面临盐水入侵和风暴潮的加速恶化。 美国联邦公路管理局指出,调整运输系统需要将气候预测纳入排水、材料和高程的设计标准。
- 热与热有关的问题: 热膨胀桥关节,铁路变形,减少人行道寿命.
- 浮层风险: 淹没低洼道路、隧道和中转站;排水系统沉积物装载量增加。
- 海平面上升: 沿海附近永久地下水位上升,侵蚀地下公用事业和地基。
能源系统
发电、传输和分配对气候变量十分敏感。[]热电厂[(煤、核、天然气])依赖冷却水;水温升高会降低效率,在干旱期间可能迫使停电。水电、风和太阳能等可再生能源 直接受到不断变化的天气模式的影响。例如,山区降雪减少水电输出,而风向变化则改变涡轮机性能。传输线在高热条件下也出现蒸发,损失和野火风险增加。
- 基因:[ 变换径流产生的水电减少;极端热条件下太阳能电池板效率降低;风能变异.
- 传输 & amp; 分布: 线路下沉,变压器超载,以及植被管理挑战.
- 要求的悬崖:[] 更频繁的热波驱动电峰需求,压力电网容量.
水和废水系统
气候变化扰乱了水文循环,导致缺水和洪水事件。 饮用水处理[面临以下挑战:水土变质增加、藻类开花(由于水变暖)和盐水侵入沿海含水层。 废水基础设施[在强暴暴雨期间和由于温度变化造成的处理过程中断时,面临污水溢出和处理过程中断的风险。世界经济论坛强调,缺水使所有部门的风险都加大。
- 补充: 河川流域冰川融化下降;地下水补给量减少;水库蒸发量增加.
- 质量: 更频繁的有害藻类开花;野火和风暴产生的沉积负载较高.
- 氟化管理: 许多城市系统风暴水容量不足;需要绿色基础设施一体化.
通信网络
地下和地面电信和数据基础设施都受到洪水、热量和风暴的影响。 纤维光缆[可能会受到土壤运动的破坏,细胞塔[会受到风和冰的破坏。 数据中心需要大量冷却;较高的环境温度会增加能源使用和故障风险。 由于通信成为应急和日常运行的核心,这一部门的复原力至关重要。
气候复原力核心设计战略
将复原力建设成初级系统需要从确定性设计(基于历史数据)转向动态的、基于风险的方法,工程师和规划人员正在采取若干关键战略。
适应性和弹性基础设施
现代设计不是为单一的未来气候情景设计,而是纳入了适应性路径,允许随着条件变化而升级或修改系统,其中包括使用可轻易替换或增强的模块组件[,选择在更广泛的温度和水分水平下表现良好的材料。
- 补给分站和泵站[,以防范洪水.
- 耐热路面带有反射涂层或经修改的沥青粘合器.
- 软管关节,可容纳从永久冻土冻土或干旱引起的沉降物的地面运动.
自然解决方案(NbS)
将自然过程纳入基础设施设计,既能提供成本效益高的复原力,又能提供改善空气质量和生境等共同效益。[]绿色屋顶可减少暴雨的径流和建筑热量增益。 可靠的路面[可允许地下水补给和减少洪峰。 恢复的湿地和红树林[ 风暴潮和海平面上升造成的缓冲沿海基础设施。国际自然保护联盟(自然保护联盟)促进NbS作为适应气候变化的核心支柱。
- 建造水处理和蓄洪湿地。
- 城市树冠减少热岛效应,截断降雨.
- 恢复沙丘和生物海岸线,用于海岸防御.
加强监测和预警
恢复能力取决于是否知道故障发生的时间和地点。 将 物联网传感器[安装在桥梁、管道和电线上,提供关于压力、温度和振动的实时数据。 结合改进的天气和气候预报[,操作者可以采取先发制人的行动,例如在热波前减少传输线的负荷,或在洪水前启动备用泵。
- 结构健康监测[,并配有菌株测量表和加速计.
- 预测分析利用机器学习来预测故障概率.
- 与基础设施管理相结合的基于社区的早期预警系统.
政策、标准和筹资
没有任何技术设计能够取得成功,没有支持性的政策框架。各国政府和标准组织正在更新建筑法规和设计准则,以反映气候预测。美国土木工程师学会 发布了关于具有气候抗御力的基础设施的手册。同样重要的是,公共和私人项目的气候风险披露[,这推动了投资向有抗御力的解决方案的方向发展。
- 气候相适应设计标准(例如,要求自由板高于预计海平面).
- 绿色金融工具[,如复原力债券和灾难保险联营。
- 公私伙伴关系,以分担风险和为长期适应提供资金。
具有气候抗御力的初级系统设计案例研究
纽约市的桑迪后基础设施升级
飓风桑迪(2012年)淹没地铁,隧道,以及发电厂后,纽约启动了一项价值数十亿美元的复原力计划. 东边海岸抗御计划[整合了防洪墙,护堤,以及高架公园以保护曼哈顿下城. 都市交通局在地铁入口安装了防洪屏障,并提升了通风栅栏. 这些措施将硬基础设施与公共空间相结合,展示了综合,社区重点设计的价值.
荷兰河方案室
荷兰计划不是提高堤坝,而是给河流更多的安全洪水空间。 通过降低洪泛面、迁移堤坝和建立绕行渠道,该计划在增强自然生境的同时减少了洪水风险。 这种做法在全世界都得到了效仿,是面对降水量增加和海平面上升时适应性水管理的一个典范。
加利福尼亚州网格复原力和太阳能微网
为了应对野火风险和热浪,加利福尼亚州投资了能够独立于主电网运行的微电网. 社区太阳能+储存装置在公共安全电网关闭时提供备用电源. 州内建设除碳化[法规还授权新住宅使用屋顶太阳能,减少电网需求,促进分布式发电.
未来展望:2050年及其后的建设系统
气候预测表明,即使排放量减少十分积极,某些变化仍然被锁定在几十年之内。 因此,初级系统设计者必须规划一系列可能的未来。
- 运输和供暖的电气化增加,需要更坚固和具有弹性的电网.
- 既能帮助又能阻碍复原能力的数字化和自动化[(网络安全风险与适应性控制)。
- 循环经济原则,既减少物质需求和环境影响,又提高系统适应性.
- 公平的复原能力确保弱势社区不会得不到保护。
国际合作,如《气候公约》适应委员会和全球适应委员会,要求将低碳和气候抗御力的基础设施投资增加一倍,不采取行动的代价远远高于目前建设复原力的成本。
结论
气候变化从根本上改变了初级系统的运作环境。 从运输和能源到水和通信,每个部门都必须适应。 复原力不是一个静态目标,而是一个不断学习、监测和升级的过程。 通过采用灵活的设计、基于自然的解决方案、先进的监测和支持性政策,我们可以建设不仅能够抵御未来气候冲击,而且能够促进更可持续和公平的世界的基础设施。 采取行动的时机已经成熟,将复原力纳入规划、设计、建造和运行的每一个阶段,确保初级系统能够继续为社会服务,供子孙后代使用。