面对气候变化,失效成为基础设施工程师的选择

新罕布什尔大学的一位土木工程师认为,基础设施的设计必须允许安全失效

波士顿 - 土木工程师建造坚固耐用的设施,如道路、桥梁、涵洞和水处理厂,旨在持续数十年。但新罕布什尔大学的一位教授希望他的行业变得更加灵活。

土木工程师保罗·基尔申认为,在气候变化的环境下,设施在其使用寿命内必须适应不断变化的条件,并且在某些情况下,允许失效。这种方法的一个主要例子是:荷兰的“河流空间”项目:数十年来认为必须阻挡洪水的想法被抛在一边,工人们正在移动堤坝,为莱茵河的溢流腾出空间。

这种方法承认,随着海平面上升,该国著名的堤坝网络将承受越来越大的压力。荷兰人认为,与其建造越来越高的防护墙,不如接受一定程度的可控洪水,从而保持安全。


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作为气候变化适应和水资源方面的专家,基尔申认为美国应该采取类似的方法。

他说:“历史上,我们建造基础设施是为了提供一定程度的安全性。”例如,一座大坝的设计可能可以承受 100 年或 500 年一遇的洪水。但是,这种方法假设工程师知道诸如洪水和风暴潮之类的压力在其使用寿命内将如何变化。基尔申认为,随着气候变化改变自然周期,这些假设可能会被证明是错误的。

极端事件
在某些情况下,工程师将别无选择,只能用防御措施来保护建筑物免受罕见的极端事件的影响——例如,去年秋天飓风桑迪推入曼哈顿下城的 9.4 英尺的风暴潮。但基尔申表示,使用如此罕见的洪水或风暴作为设计标准是昂贵的,因为它意味着建造新结构或改造现有结构,使其具有足够的保护功能,以承受可能在其建筑物的使用寿命内仅发生一次或根本不会发生的压力。

基尔申认为,另一方面,设计项目使其可以安全失效通常更便宜、更高效。一个社区可能会选择建造一座旨在容纳高达 100 年一遇洪水的大坝,然后在发生更严重的洪水时为周围地区制定全面的疏散计划。该策略预计大坝可能无法控制极端洪水,但会为更高的安全级别添加其他保护措施。

基尔申说:“我们必须停止束缚设计师的手脚。” “传统的土木工程设计可以更有创意。”

随着气候变化的影响在不同地点变得清晰,灵活的适应策略可以分阶段改造到现有设施中。示例包括:可以根据需要升高的模块化海堤;可以随着下方峰值流量上升而升高的预制高速公路桥梁;以及水处理厂的浮动进水系统,旨在随着水库水位变化而升降。

基尔申说:“与在一个阶段建造大型结构相比,渐进的方法对社会和环境的影响较小——如果你能跟上[气候引起的]变化的话。”

一座被洪水淹没的城市
基尔申与人合著了波士顿港口协会的一项研究,该研究的动机是飓风桑迪,并于上个月发布,该研究分析了波士顿在当前的 100 年风暴潮(高于平均高潮五英尺)和 2050 年估计的 100 年风暴(高于平均高潮 7.5 英尺)下可能发生的洪水。研究得出结论,在后一种情况下,该市 30% 以上的地区将被淹没。

作为回应,市长托马斯·梅尼诺下令对洪水区的所有建筑物和地铁线路进行调查,并宣布开发商在申请建筑许可证时必须解决气候变化风险。

该市空气污染控制委员会执行主任兼气候变化适应咨询委员会成员卡尔·斯佩克托表示,随着波士顿的进步,灵活的适应是“一种有价值的方法,并且在某些情况下是合适的”。“当您开始进行适应时,您必须逐个站点进行,并为每个项目定制您的分析和时间表。更换污水管道是一项大工程,而且您放入地下的东西会长期留在地下。”

采取措施
基尔申希望纽约市领导人在该市从桑迪飓风中恢复的过程中考虑灵活的适应措施。其他一些地区已经采取了措施。旧金山湾保护和发展委员会要求对旧金山湾周围的新海岸线项目进行海平面上升风险评估。在南佛罗里达州,海平面上升已经给雨水系统带来压力,四个县(布劳沃德、迈阿密-戴德、棕榈滩和门罗)已形成区域伙伴关系并申请了联邦适应资金[pdf]

但灵活适应的最先进的例子在欧洲。

除了荷兰之外,英格兰还在泰晤士河下游拥有大规模的防洪系统,包括一个 10 闸门的屏障系统,以保护伦敦免受风暴潮的袭击。但是规划人员正在展望未来。去年 11 月,英国环境署发布了其《泰晤士河口 2100 计划》[pdf],该计划预计到 2100 年海平面将至少上升三英尺,并且可以适应更高的水平。它预测许多现有的防洪结构将在 2035 年至 2050 年之间被抬高或升级,并且可能会在 2050 年至 2070 年之间建造新的泰晤士河屏障。

斯佩克托表示,美国官员正在关注欧洲的适应模式。“正在进行大量的交流,”他说。

基尔申说,土木工程师一直在系统中构建“需求灵活性”——例如,设计一座桥梁,以便在交通流量增加时可以增加跨度。

“现在我们需要增加气候灵活性。”

本文最初发表于《每日气候》,这是由非营利媒体公司环境健康科学出版的气候变化新闻来源。

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