In de op een na grootste stad van Kenia, Mombassa, de vraag naar water zal naar verwachting in 2035 verdubbelen tot naar schatting 300, 000 kubieke meter per dag. In Mombasa's huidige warme en vochtige klimaat, dat water afkomstig is van een aanzienlijke hoeveelheid neerslag die ook aanzienlijk kan veranderen naarmate de regio de komende decennia opwarmt, in overeenstemming met prognoses van mondiale klimaatmodellen.

Wat niet duidelijk is uit de projecties, echter, is of de neerslagniveaus zullen stijgen of dalen samen met die opwarming.

De uiteindelijke richting en omvang van neerslagverandering is een grote zorg voor ontwerpers van een voorgesteld dam- en reservoirsysteem dat afvoer naar de Mwache-rivier zal opvangen, die momenteel in totaal ongeveer 310 zijn, 000 kubieke meter per dag. De aanzienlijke onzekerheid in toekomstige afvoer maakt het moeilijk om de reservoircapaciteit te bepalen die nodig is om aan de watervraag van Mombasa te voldoen gedurende de geschatte levensduur van 100 jaar. Stedenbouwkundigen staan ​​dan ook voor de afweging om al dan niet te investeren in een dure, grootschalige dam om te zorgen voor een consistente watervoorziening onder het droogste toekomstige klimaat dat door de modellen wordt geprojecteerd, een kleinschaliger dam die aan de huidige behoeften zou kunnen voldoen, of begin klein en bouw zo nodig capaciteit op.

Om steden als Mombasa te helpen bij het doornemen van dergelijke consequente beslissingen, een team van onderzoekers van het MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change heeft een nieuwe, systematische benadering van het ontwerpen van waterinfrastructuur op lange termijn te midden van onzekerheid over klimaatverandering. Hun planningskader beoordeelt het potentieel om in de loop van de tijd meer te leren over regionale klimaatverandering wanneer nieuwe waarnemingen beschikbaar komen, en zo de geschiktheid evalueren van flexibele benaderingen die stapsgewijs meer wateropslagcapaciteit toevoegen als het klimaat warmer en droger wordt.

De onderzoekers beschrijven het raamwerk en de toepassing ervan op Mombasa in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Een nieuw kader voor het ontwerp van waterinfrastructuur

Het raamwerk gebruiken om de waarschijnlijke levensduurkosten van een flexibele benadering te vergelijken met die van twee statische, onomkeerbare opties voor de voorgestelde dam in Mombasa - een ontworpen voor de droogste, warmste klimaat, de andere voor het huidige klimaat - het onderzoeksteam vond de flexibele benadering de meest kosteneffectieve aanpak, terwijl er toch een betrouwbare watervoorziening naar Mombasa werd gehandhaafd.

"We ontdekten dat de flexibele adaptieve optie, waardoor de hoogte van de dam stapsgewijs kan worden verhoogd, vermindert aanzienlijk het risico van het overbouwen van infrastructuur die u niet nodig heeft, en handhaaft een vergelijkbaar niveau van betrouwbaarheid van de watervoorziening in vergelijking met het hebben van een grotere dam vanaf het begin, " zegt Sarah Fletcher, de hoofdauteur van de studie, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Civiele en Milieutechniek van het MIT.

Fletcher's werk aan de studie werd grotendeels voltooid als een Ph.D. student aan MIT's Institute for Data, Systems and Society onder toezicht van co-auteur en MIT Joint Program Research Scientist Kenneth Strzepek, en in samenwerking met co-auteur en voormalig Joint Program research associate Megan Lickley, nu een Ph.D. student aan de afdeling Aarde, Atmosferische en planetaire wetenschappen.

De Keniaanse overheid zit nu in de laatste fase van het ontwerp van de Mwache Dam.

"Dankzij de inspanningen van het gezamenlijke programma om toonaangevend klimaatonderzoek beschikbaar te maken voor wereldwijd gebruik, de resultaten van deze studie hebben het lopende ontwerp- en masterplanningsproces geïnformeerd, ", zegt Strzepek. "Het is een perfecte illustratie van de missie van Global MIT:'Of the World. In de wereld. Voor de wereld.'"

Door kansen te identificeren om op betrouwbare wijze flexibele in plaats van statische benaderingen toe te passen op het ontwerp van waterinfrastructuur, het nieuwe planningskader zou miljarden dollars aan besparingen in investeringen in klimaatadaptatie kunnen opleveren - besparingen die zouden kunnen worden doorgegeven om waterinfrastructuuroplossingen te bieden aan veel meer gemeenschappen met beperkte hulpbronnen die een aanzienlijk klimaatrisico lopen.

Leren opnemen in besluitvorming over grote infrastructuur

De studie is misschien de eerste die een beperking in de huidige planning van de waterinfrastructuur aanpakt, die traditioneel ervan uitgaat dat de huidige schattingen van de onzekerheid over de klimaatverandering gedurende de hele planningsperiode zullen blijven bestaan, een die doorgaans meerdere decennia omspant. In veel gevallen veroorzaakt deze aanname flexibele, adaptieve planningsopties lijken minder kosteneffectief dan statische benaderingen. Door vooraf in te schatten hoeveel planners kunnen verwachten te leren over klimaatverandering in de toekomst, het nieuwe kader kan besluitvormers in staat stellen te evalueren of adaptieve benaderingen waarschijnlijk betrouwbaar en kosteneffectief zijn.

"Klimaatmodellen kunnen ons een bruikbare reeks potentiële trajecten van het klimaatsysteem bieden, ", zegt Lickley. "Er is aanzienlijke onzekerheid over de omvang en timing van deze veranderingen in de komende 50 tot 100 jaar. In dit werk laten we zien hoe we leren kunnen integreren in deze grote infrastructuurbeslissingen terwijl we nieuwe kennis opdoen over het klimaattraject in de komende decennia."

Met behulp van deze planningstool een stadsplanner zou kunnen bepalen of het zinvol is om te kiezen voor een statische of flexibele ontwerpaanpak voor een voorgesteld waterinfrastructuursysteem op basis van huidige projecties van maximale temperatuur- en neerslagveranderingen gedurende de levensduur van het systeem, samen met informatie die uiteindelijk zal binnenkomen uit toekomstige waarnemingen van temperatuur- en neerslagveranderingen. In de studie, de onderzoekers voerden deze analyse uit voor de voorgestelde Mombasa-dam onder duizenden toekomstige regionale klimaatsimulaties die een breed scala aan potentiële temperatuur- en neerslagtrends omvatten.

"Bijvoorbeeld, als je begon op een traject met hoge temperaturen en over 40 jaar blijf je op dat traject, je zou weten dat geen van de ontwerpopties bij lage temperaturen meer haalbaar is, "zegt Fletcher. "Op dat moment zou je een bepaalde hoeveelheid opwarming hebben overschreden, en zou dan de planningsoptie voor lage temperatuurveranderingen kunnen uitsluiten, en profiteer van een adaptieve aanpak om de capaciteit te vergroten."

Toekomstige ontwikkeling van het planningskader kan een analyse omvatten van het potentieel om te leren over andere bronnen van onzekerheid, zoals de groeiende vraag naar watervoorraden, tijdens de levensduur van een waterinfrastructuurproject.