كانت أتلانتا ، جورجيا ، ممطرة في سبتمبر 2009. ممطر جدًا جدًا. سكب الماء من السماء لأيام. في طوفان واحد استمر 24 ساعة ، سقط أكثر من 53 سم (21 بوصة) من الأمطار.
عادة ، يغسل المطر رصيف المدينة في المزاريب. هذه المزاريب تؤدي إلى مصارف مياه الأمطار. ويجب أن تقوم مصارف مياه الأمطار بتوجيه المياه عبر الأنابيب إلى الأنهار والجداول المحلية. لكن في عام 2009 ، لم تكن المصارف كبيرة بما يكفي.
أصبحت الطرق أنهارًا. غمرت المنازل. غمرت المياه الأفعوانية في متنزه Six Flags المحلي. تسبب الفيضان في خسائر تقدر بنحو نصف مليار دولار. بشكل مأساوي ، مات 10 أشخاص.
كان معظم هطول الأمطار بسبب جبهات العواصف القادمة. تجمعت سحب الأمطار على مدى مئات الكيلومترات ، بسبب هبوب الرياح من مئات أو آلاف الكيلومترات. راهن مارشال شيبرد في البداية على أن الفيضانات المفرطة في عام 2009 كانت بسبب "عمليات الطقس واسعة النطاق". كان الطقس فقط ، أليس كذلك؟
خطأ.
Shepherd هو عالم الغلاف الجوي في جامعة جورجيا في أثينا. درس هو وزميله نيل ديباغ فيضان 2009. أداروا سلسلة من النماذج - محاكاة حاسوبية لأحداث حقيقية. ووجدوا أن أتلانتا كانت ستغرق دائمًا في ذلك الأسبوع. لكن تساقطت أمطار على المدينة أكثر مما يمكن أن تفسره أنماط الطقس الطبيعية - 10 سم (3.9 بوصات) أكثر. دفعت الأسطح المعبدة المياه في اتجاه مجرى النهر. أدى هذا إلى زيادة ما تراكم على الأرض في بعض الأماكن بمقدار 12 سم (4.7 بوصة) أخرى. في مناطق أخرى ، يمكنهم تتبع أكثر من خُمس إجمالي الفيضانات إلى معالم المدينة - ناطحات السحاب والأسفلت والخرسانة.
لقد كان مثالاً على تأثير المطر الحضري - الدور الذي تلعبه المدن في مكان وزمان هطول الأمطار. يوضح شيبرد:"لا يمكن للمناطق الحضرية فقط بدء أو تعديل هطول الأمطار في العواصف". "في بعض الحالات قد يعززون أو يضخمون أنظمة المطر الموجودة مسبقًا التي تسببها عوامل أخرى."
ويقول إن المدن يمكن أن تجعلها تمطر.
مع ازدياد حرارة أتلانتا والمدن الدافئة الأخرى بالفعل ، يمكن أن تغذي حرارتها العواصف الممطرة. يمكن أن تسقط هذه المياه الزائدة الآن على المناطق التي من المرجح بشكل متزايد أن تغمرها المياه. يعمل العلماء لمعرفة أسباب هذا المطر الحضري. ومن خلال التحديق في مصارف العواصف وبناء ملاعب كرة السلة التي تغمرها المياه ، بدأوا في إيجاد طرق مبتكرة لمساعدة كل تلك المياه الإضافية في التدفق بعيدًا.
كيف يغذي سباق الفئران الحضري دورة المياه
عندما يتبخر الماء ، يبدأ البخار في الارتفاع عالياً في الهواء. عندما يصطدم بهواء بارد بدرجة كافية ، يتكثف هذا البخار في شكل قطرات صغيرة. تتجمع القطرات الصغيرة في قطرات أكبر ، وتتجمع حول "البذور" - جزيئات الغبار أو الجليد المحمولة في الهواء. نرى تلك القطرات المتراكمة كالغيوم. بمجرد أن تصبح القطرات ثقيلة بدرجة كافية ، فإنها تسقط على الأرض كمطر أو ثلج أو صقيع أو برد. يمكن أن تتسرب هذه المياه إلى الأرض أو تسقط في المحيط أو تنضم إلى نهر أو بحيرة. في النهاية يتبخر ، ويعود إلى الهواء مرة أخرى.
تميل المدن إلى أن تكون أكثر دفئًا من المناطق المجاورة بحوالي 0.5 درجة إلى 3.9 درجة مئوية (1 إلى 7 درجات فهرنهايت). تجعل الحرارة الإضافية أنماط دوران الهواء حول المدن غير مستقرة. خلال فصل الصيف ، تخلق هذه الحرارة الزائدة أنماطًا للرياح وهواءًا متصاعدًا يؤدي إلى تكوين غيوم جديدة أو تكثيف السحب الموجودة. قد تتطور هذه السحب بعد ذلك إلى عواصف ممطرة. يعتقد العلماء أن أسطح المدن ذات الارتفاعات المتفاوتة ، مثل المباني ، تعزز أيضًا ارتفاع الهواء الذي يؤدي إلى تكوين سحب جديدة وتغذي هطول الأمطار.
بهذه الطريقة ، الماء من الأرض يدور في الهواء ويعود مرة بعد مرة. إلا إذا كان يقع على مدينة.
يوضح شيبرد أن المدن تعدل دورة المياه بعدة طرق كبيرة. واحد هو امتصاصهم للحرارة. في المدن ، غالبًا ما تحل الأرصفة والمباني الخرسانية والمنازل ذات الأسطح المظلمة محل الأشجار والنباتات الأخرى. تستخدم الأشجار لتبريد الأرض. لكن الطرق والمباني الآن تمتص الحرارة وتحتفظ بها. ينتج عن هذا ما أصبح يعرف باسم جزر الحرارة الحضرية. يمكن أن تكون هذه المناطق أكثر دفئًا من المناطق الريفية المجاورة.
السيارات ومكيفات الهواء والأنشطة الصناعية تضيف أيضًا الحرارة إلى المدينة. تميل هذه الحرارة إلى مغادرة المدن ليلاً. لكن الخرسانة والأسفلت يطلقان الحرارة الممتصة بشكل أبطأ من التربة أو النباتات. لذلك تظل الأمسيات أكثر دفئًا في المدن منها في الضواحي والمناطق الريفية المجاورة.
الشرح:جزر الحرارة الحضرية وكيفية تبريدها
تنبعث أيضًا من مباني المدينة وحركة المرور والأشخاص ملوثات في الهواء. يمكن أن تكون هذه الهباء الجوي بمثابة البذور التي تتشكل حولها قطرات السحب. يوضح شيبرد أن المباني الشاهقة توجه الهواء أيضًا إلى الأعلى. تدفع هذه التيارات الهواء الدافئ إلى أبعد من ذلك ، حيث يمكن أن يبرد ويتكثف ليشكل غيومًا. أخيرًا ، "ثبت أن المدن تتسبب في انقسام العواصف والانحراف حولها. يقول شيبرد:"لا نفهم بالضرورة العملية ، لكننا رأيناها تحدث".
هذه الأشياء الأربعة - المدن الحارة ، والمباني الشاهقة ، والتلوث وتقسيم العواصف - تتغير إذا وأين ستهطل الأمطار في جميع أنحاء المدينة. يقول شيبرد:"أنت بحاجة إلى شيء يرفع الهواء ، وتحتاج إلى الهواء لكي يرتفع بمجرد أن ترفعه". يريد هواء المدينة الحار أن يرتفع ، والمباني تساعد في رفعه. تبدأ الغيوم في التكون. وحيث توجد رطوبة كافية ، كما يقول ، فإن هذه الظروف تخلق سحبًا وأمطارًا إضافية.
من أنبوب العادم إلى عاصفة رعدية
خلال العديد من الدراسات ، أظهر شيبرد وزملاؤه أن بعض المدن تسقط بالفعل في أماكن معينة أكثر مما هو متوقع. عندما تدفع الرياح السحب المتكونة ، تميل تلك الأمطار إلى الهبوط قليلاً في اتجاه الريح في وسط المدينة. هيوستن ، تكساس ، على سبيل المثال ، تهطل بنسبة 25 في المائة أكثر من المناطق الريفية المحيطة.
أكد علماء آخرون تأثير الأمطار الحضرية في أماكن مثل الصين وأجزاء أخرى من آسيا. هيروشي أوكوتشي هو واحد منهم. إنه كيميائي بيئي في جامعة واسيدا في طوكيو باليابان. في ساعة واحدة ، يمكن أن تسقط أمطار غزيرة 3 سم - أو أكثر من بوصة - من المطر. في طوكيو ، كما يقول ، "تضاعف عدد هطول الأمطار الغزيرة في عقد من الزمان تقريبًا".
أوكوتشي مهتمة بشكل خاص بالمواد الكيميائية مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين. يوجد في طوكيو ميناء كبير جدًا. ويلاحظ أن العادم الذي تقذفه السفن هناك ينتج حوالي 70 في المائة من ثاني أكسيد الكبريت في الهواء. يأتي أكسيد النيتروجين من أنابيب عوادم السيارات. في هواء المدن الدافئ ، تتفاعل هذه المواد الكيميائية بسرعة مع الجسيمات الأخرى في الهواء. تشكل المواد الكيميائية مثل حامض الكبريتيك وحمض النيتريك. لا تساعد هذه المواد الكيميائية في تكوين الغيوم فحسب ، بل تساعد أيضًا في جعل المياه السحابية أكثر حمضية. سمعت من قبل عن المطر الحمضي؟
وجد أوكوتشي وزملاؤه أن مزيج الحرارة الحضرية وتلوث الهواء أدى إلى زيادة هطول الأمطار فوق طوكيو. بسبب تلوث الهواء ، فإن هذا المطر الغزير يكون أكثر حمضية من المطر العادي. نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها قبل ثلاث سنوات في أبحاث الغلاف الجوي .
يلاحظ شيبرد أنه بمجرد سقوط هذا المطر ، ستواجه المشكلة الأخيرة:أين ينتهي الأمر. على عكس التربة ، فإن الأسطح المرصوفة لا تمتص المطر. وبدلاً من ذلك ، تتدفق تلك المياه من الشوارع وفي المجاري ومصارف مياه الأمطار. عند اقترانها بالعواصف التي تعززت بفعل تغير المناخ ، يمكن أن تكون النتيجة فيضانات عميقة وخطيرة. مثل سبتمبر 2009 في أتلانتا.
الشرح:مياه الأرض كلها متصلة في دورة واحدة واسعة
لن تسقط الأمطار بالتساوي في جميع أنحاء المدينة. تصبح بعض المناطق أكثر سخونة ورطوبة من غيرها. سيعاني الأشخاص الذين يعيشون في هذه المناطق أكثر من أولئك الذين يعيشون في أماكن أخرى. ومن المرجح أن يكون المتضررون من ذوي الدخل المنخفض والأشخاص الملونين ، وجد شيبرد وديبج.
يوضح شيبرد أن هذا يرجع جزئيًا إلى التاريخ. لم يكن لدى بعض هؤلاء الأشخاص إمكانية الوصول إلى أراضٍ أكثر قيمة. "لذلك غالبًا ما يعلقون في أماكن ، كما تعلم ، أكثر عرضة للفيضانات."
مطر ، مطر ، تدفق بعيدًا
في ربيع عام 2016 ، قامت مجموعة من الطلاب من مدرسة فور الثانوية بتفتيش مصارف الشوارع في هيوستن التي كانوا يمرون بها كل يوم وأخذوا عينات من مياه الصرف. لم تكن هذه المصارف تعمل بشكل جيد.
حيهم ، مانشستر ، بجوار قناة هيوستن للسفن. المصانع والمواقع الصناعية الأخرى تصطف على هذا الممر المائي. إنها منطقة تغمرها المياه حتى بعد هطول الأمطار العادية.
كان المراهقون يدرسون أين ذهبت مياه العواصف ومدى تلوثها. وطرحوا أيضًا عصفًا ذهنيًا حول كيف يمكن للحي الذي يقيمون فيه أن يقلل من هذا الفيضان. كانوا يأملون في إزالة بعض قطع الأراضي المرصوفة واستبدالها بالمساحات الخضراء - أراضي تشبه المتنزهات يمكن أن تمتص كميات إضافية من المياه.
بغض النظر عن مكان هطول الأمطار في المدينة ، يجب أن تتدفق في مكان ما. غالبًا ما ينتهي به الأمر في نظام تصريف مياه الأمطار. إنها سلسلة من الشبكات أو الثقوب المقطوعة في الشوارع والمزاريب التي تجمع المياه تحت الأرض. في النهاية ، ينتقل هذا الماء إلى الأنهار والجداول. غالبًا ما يتم إهمال هذه الأنظمة ، كما يوضح ماركوس هندريكس. يقول:"إنها لا تمطر كل يوم". "الأنظمة بعيدة عن الأنظار وبعيدة عن العقل."
قبل خمس سنوات ، كان هندريكس طالب دراسات عليا في جامعة تكساس إيه آند إم في كوليدج ستيشن. في ذلك الوقت ، قام هو وزملاؤه بتوجيه المراهقين أثناء تطوير هؤلاء الطلاب لخططهم.
المساحات الخضراء تفعل أكثر من الحد من الفيضانات. كما يقول هندريكس إنها تجعل المجتمعات مرنة - فهي أكثر قدرة على "التكيف مع الظروف المتغيرة". كلما تمكنت المجتمعات الأفضل من التعامل مع مياه الأمطار الآن ، كان من الأفضل لها أن تحد من الكوارث المستقبلية.
نشر هندريكس العمل الذي قام به مع طلاب هيوستن قبل ثلاث سنوات في الدولية مجلة القدرة على مواجهة الكوارث في البيئة المبنية. في الوقت نفسه تقريبًا ، شارك فريقه أيضًا الدروس التي تعلمها في Landscape Journal .
يدرس هندريكس الآن التخطيط البيئي في جامعة ماريلاند في كوليدج بارك. يقول:"إنني مدين بحياتي المهنية لطاقم من طلاب المدارس الثانوية اللامعين في الطرف الشرقي من وسط مدينة هيوستن". في أحد الأيام ، يأمل أن يرى هؤلاء المراهقون السابقون هيوستن تتبنى تغييراتهم. ثم قد يقل الفيضان في حيهم.
منع مستقبل مغمور
تقول لورين ماكفيليبس إن إدارة المياه "كانت تحت الأرض لفترة طويلة". وهي تقول ما لم يفيض الطابق السفلي أو الشارع الخاص بك ، "لا تفكر في ذلك. إنه يحدث لشخص آخر ". ماكفيليبس عالم هيدرولوجيا في جامعة ولاية بنسلفانيا في ستيت كوليدج. تستكشف كيف يمكن للمدن إدارة الأمطار الغزيرة.
وتقول إن بعض المجتمعات تقوم بتركيب أرصفة تسمح بمرور المياه من خلالها بدلاً من المرور فوقها. توجد أيضًا صناديق شجرية في الأرصفة بها تربة إضافية وأنابيب تحتها - حدائق مطرية صغيرة في أحد شوارع المدينة.
المتاجر ومراكز التسوق تشتري البرك وحدائق الأمطار للتحكم في الفيضانات
وتقول إنه في بعض الأماكن ، قد يفيض ملعب كرة السلة أو ملعب كرة القدم - عن قصد. يقول ماكفيلبس:"إذا تمكنا من تصميم ملعب كرة السلة هذا ليحفظ الماء أيضًا أثناء عاصفة كبيرة حقًا ، فلا يزال بإمكانك لعب كرة السلة 99 في المائة من الوقت." ولكن عندما تهدد الأمطار الغزيرة ، فقد يكون هذا الموقع "قادرًا على كبح بعض المياه ومنع الفيضانات".
يمكن للناس إعادة البناء بعد الفيضانات بالطبع. يمكنهم تنظيف المياه الملوثة. لكن سيكون من الأفضل لو لم يضطروا إلى ذلك.
يقول هندريكس:"أعتقد أننا لا ندرك عبء الاضطرار إلى التحمل". "المجتمعات التي واجهت المخاطر وعاشت على هامش المجتمع لفترة طويلة تتسم بالمرونة بطبيعتها." ولكن ، كما يشير ، هناك أيضًا "عبء مرتبط بالحاجة إلى التعافي". إعادة البناء تكلف المال والوقت ، وهو ما لا يمتلكه كل مجتمع.
إذا تم بناء المدن بشكل جيد - مع وجود مساحات خضراء وحدائق مطرية وطرق لإبطاء التدفق - فقد تكون قادرة على التعامل مع الأمطار الإضافية التي يمكن أن تغذيها المدن. يدرك مخططو المدن أن نظام الصرف الصحي المصمم منذ قرن من الزمان لا يمكنه الاحتفاظ بهذه المياه. يقول ماكفيليبس:"إنهم بحاجة إلى شيء مختلف". غالبًا ما لا يتم إعادة بناء أنظمة مياه الأمطار لعقود أو حتى قرون. ويخبرنا العلم الآن أن المدن لم يعد بإمكانها التعامل مع أنظمة العواصف المصممة للتعامل مع الأمطار التي تراها اليوم. سوف يحتاجون إلى التخطيط لمدن أكثر سخونة وأمطار غزيرة من المحتمل أن تحدث 100 عام في المستقبل.
