وتواجه المناطق الحضرية في جميع أنحاء العالم ضغوطا متزايدة لإدارة موارد المياه والطاقة بكفاءة أكبر، حيث إن أكثر من نصف سكان العالم الذين يعيشون في المدن والتوسع الحضري السريع مستمر، فإن الطلب على هذه الموارد الأساسية يتصاعد، ويزيد تغير المناخ من الضغوط، ويزيد من الجفاف، والموجات الحرارية، والظواهر الجوية البالغة الشدة التي تعطل نظم الإمداد، كما أن الإدارة الفعالة للموارد الحضرية لم تعد اختيارية، بل هو أمر لازم استراتيجي للحد من التكاليف التشغيلية، والاحتفاظ بالأصول طبيعية، وتحسين نوعية المدن.

إدارة الموارد المائية في المدن

وقد تطورت إدارة المياه الحضرية من حلول بسيطة جانب العرض إلى نهج شامل يركز على الحفظ والكفاءة والقدرة على التكيف، وتقوم المدن بنشر مجموعة من القياسات المتقدمة، واستعادة الهياكل الأساسية، وإيجاد حلول قائمة على الطبيعة لضمان مستقبلها في مجال المياه، وتورد الفروع التالية تفاصيل أكثر التقنيات فعالية.

قياس مياه الذكاء وكشف اللحوم

ومن أكثر الخطوات تأثيراً التي يمكن أن تتخذها المدينة فهماً دقيقاً للمكان الذي تستخدم فيه المياه، ومرورها، ومياه الشرب المجهزة بنقل البيانات في الوقت الحقيقي، مما يتيح للمرافق رصد أنماط الاستهلاك على مستوى الأسرة المعيشية وقطاع الأعمال، ويمكن لهذه النظم أن تكشف عن وجود أوجه تشويش تشير إلى حدوث تسربات في معظم الأحيان قبل أن تصبح واضحة أو تسبب أضراراً كبيرة، فعلى سبيل المثال، أبلغت مدينة سان فرانسيسكو عن انخفاض بنسبة 20 في المائة في فقدان المياه بعد نشر هياكل أساسية في جميع أنحاء المدينة.

Rainwater Harvesting and Greywater Systems

وتدمج مصادر المياه اللامركزية بصورة متزايدة في التصميم الحضري، إذ إن جمع المياه المطيرة - الهروب من أسطح المباني وتخزينها للاستخدامات غير القابلة للاحتمال مثل الري، وغسل المراحيض، وتبريد أبراج المياه - يقلل من الاعتماد على الإمدادات المركزية، وفي مدن مثل شيناي، الهند، يكون جمع مياه الأمطار إلزاميا بالنسبة للمباني الجديدة، كما أن الهياكل القائمة تشجع على استخدام نظم غسيل المياه في المائة.

البنية التحتية الخضراء لإدارة مياه العاصفة

كما أن شبكات المياه العاصفة التقليدية تغطس المجارير المشتركة أثناء الأمطار الغزيرة، مما يؤدي إلى التلوث والفيضانات، وتُعدّ البنية التحتية الخضراء عمليات لاستيعاب مياه الأمطار ورشها، حيث تسقط، وتسمح الرصفات المائية برؤية المياه عبر الطرق وقوافل السيارات، وتغذي المياه الجوفية، وتخفض من حجمها، وتُستخدم طبقات زراعية في أسطح المباني - آب/أغراق، وتُحدثت أهدافاً في مجالاً في مجالاً في مجالاً في مجال المياه.

إعادة تدوير المياه وإعادة استخدامها

وتسمح تكنولوجيات المعالجة المتقدمة للمدن بإنتاج مياه عالية الجودة من مياه الصرف الصحي، مما يخلق مصدرا جديدا مضادا للجفاف، ونظام مياه سنغافورة الجديد معيار عالمي: استخدام الرش المائي، وعكس الأوسموز، وتطهير المياه فوق البنفسجية، وإنتاج المياه حتى تستخدم في العمليات الصناعية، بل وتزيد من حجم النفايات بنسبة 100 في المائة.

الطاقة الأمثل للبيئة الحضرية

إن كفاءة الطاقة هي طريق مباشر للحد من انبعاثات غازات الدفيئة وتخفيض تكاليف المرافق العامة للسكان والأعمال التجارية، وتتابع المدن مجموعة واسعة من الاستراتيجيات، بدءاً من رفع رموز البناء وتحديث النقل العام، وتمثل النهج التالية أكثر المعالم فعالية في مجال الطاقة الحضرية.

بناء كفاءة الطاقة

وتستأثر المباني بنحو 40 في المائة من استهلاك الطاقة على الصعيد العالمي وثلث انبعاثات غازات الدفيئة، وتعيد تجهيز الهياكل القائمة التي تنطوي على عزل أفضل، ونوافذ عالية الأداء، ونظم فعالة من هذا النوع، يمكن أن تقلل من استخدام الطاقة بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة، وتطبق المدن مدونات دقيقة للطاقة للبناء الجديد، مثل برامج بناء القدرات المحلية في مدينة نيويورك 97 [مراقبة الأداء:1].

LED Street Lighting and Smart Grids

ويمكن أن تستهلك إضاءة الشوارع ما يصل إلى 40 في المائة من ميزانية الكهرباء في إحدى البلديات، كما أن إعادة تجهيز المحركات الحالية بمصابيح التلقيح المضبوطة بالضوء، قد قلصت استهلاك الطاقة بنسبة 50 إلى 70 في المائة، وتقلل من تكاليف الصيانة بسبب فترات أطول، وتنشر مدن كثيرة حالياً ) برامج متغيرة لتوازن الشوارع .

Renewable Energy Integration

وتصبح الألواح الضوئية الشمسية على أسطح المباني وقوافل السيارات ومواقع البني في المدن متماثلة في المدن، وتسمح البرامج الشمسية المجتمعية للسكان الذين لا يملكون سقفاً مناسبة بالمشاركة في منشآت شمسية خارج الموقع، وقد وضعت بعض المدن، مثل سان دييغو وكوبنهاجن، أهدافاً طموحة للكهرباء المتجددة، ويمكن الحصول على الطاقة الفائزة، رغم أنها أكثر صعوبة في المناطق الحضرية الكثيفة، عن طريق الأربينات ذات السعة التي تُتُب الرأسية المُركَّب على مضخات الحرارية.

النقل المستدام

فالنقل يمثل حصة كبيرة من استخدام الطاقة الحضرية، إذ تقوم المدن بإعادة تصميم الشوارع لتحديد أولويات المشي، والتدوير، والمرور العام، كما أن توسيع أساطيل الحافلات الكهربائية - مثل شبكة الحافلات الكهربائية الكاملة لشنزين، وهي أكبر شبكة في العالم لاستهلاك الطاقة وتلوث الهواء، وتنتج نظم تقاسم الدراجات المحمية وسائل النقل النشطة.

الابتكارات التكنولوجية التي تحقق الكفاءة

فالتكنولوجيا الرقمية تحول كيفية إدارة المدن للموارد، فالبيانات في الوقت الحقيقي، والتحليلات المتقدمة، والتشغيل الآلي، تتيح مراقبة أكثر دقة والاستجابة السريعة للظروف المتغيرة.

IoT Sensors and Real-Time Analytics

إن شبكة المعلومات (IoT) هي العمود الفقري للنظم الحديثة للمدينة الذكية، إذ أن أجهزة الاستشعار التي توضع على أنابيب المياه، والمحولات الكهربائية، ومراكز الرصد البيئي تتدفق بياناتها إلى لوحات مائية مركزية، ويمكن لمرافق المياه أن ترى قطرات ضغط تشير إلى تسرب، بينما يمكن لمشغل شبكات الطاقة أن يكتشف تقلبات الفولط، ويعيد تشغيل الطاقة.

الاستخبارات الفنية والصيانة الافتراضية

وتقوم الخوارزميات التعليمية الماكنة بتحليل البيانات التاريخية والبيانات في الوقت الحقيقي للتنبؤ بالفشل قبل حدوثها، كما أن الصيانة التنبؤية التي تقودها الوكالة الدولية للطاقة لمضخات المياه، ومصانع المعالجة، وحملات استبدال الطاقة تقلل من وقت العمل وتمتد من عمر الأصول، وفي قطاع الطاقة، تقوم المنظمة بدمج عمليات الاختبار الذكية في المدن في المباني التجارية، وتحقيق وفورات في الطاقة تتراوح بين 20 و 30 في المائة دون تدخل بشري.

التوائم الرقمية للتخطيط الحضري

ويُعد التواؤم الرقمي نسخة افتراضية من حيّي تابع للنظام الطبيعي أو حتى مدن بأكملها، مما يتيح المحاكاة واختبار السيناريوهات، ويمكن للمخططين الحضريين أن يُظهروا أثر التطورات الجديدة في مجال البناء على الطلب على المياه، وعبء الطاقة، وتدفق حركة المرور قبل كسر الأرض.() وقد وضعت سنغافورة توأم رقمي وطني يُدعى في حالة وضع نموذجي لسنغافورة ، وهو نموذج يُدرج البيانات من نماذج البيانات.

النهج المتكاملة لإدارة الموارد

وترتبط نظم المياه والطاقة ارتباطا وثيقا، إذ يستهلك تناول المياه وضخها وتدفئةها كميات كبيرة من الطاقة، في حين أن توليد الطاقة يتطلب في كثير من الأحيان مياها كبيرة للتبريد، وتعترف الإدارة المتكاملة بهذه أوجه الترابط وتسعى إلى تحقيق التآزر.

نكسوس الماء - الطاقة

ويبرز مفهوم الصلة بين المياه والطاقة الاعتماد المتبادل على هذين النظامين من نظم الموارد، فعلى سبيل المثال، فإن كل كيلوات ساعة من الكهرباء تنتجها محطة توليد الطاقة الحرارية تتطلب 10 إلى 30 غالون من المياه للتبريد، وعلى العكس من ذلك، فإن الضخ ومعالجة شبكات المياه تمثل 4 إلى 8 في المائة من الاستهلاك العالمي من الكهرباء، وتنتج المدن التي تحقق وفورات أكبر من معالجة كل منها على حدة.

أطر السياسات والحوكمة

(ب) أن تكون هناك خطط متكاملة للموارد، تستكمل كل بضع سنوات، وتحدد الأهداف وتتابع التقدم، وأن تُنظم قائمة على الأداء، مثل جني أرباح المنافع من حجم المبيعات، تحفز على الحفظ بدلاً من زيادة الاستهلاك.

المشاركة المجتمعية وتغيير السلوك

فالتكنولوجيا والسياسات وحدها غير كافية دون مشاركة عامة، إذ تقوم المدن بتدخلات سلوكية مثل تزويد الأسر المعيشية بتقارير مقارنة عن استخدام الطاقة أو المياه لتشجيع الحفظ، وتظهر الدراسات أن مجرد إظهار طريقة استهلاكها للأسر المعيشية مقارنة بالجيران يمكن أن تؤدي إلى تخفيض نسبة الحد من الفقر من 2 إلى 10 في المائة، وتكافؤ الفرص بين المستخدمين لتحقيق أهداف الادخار، وتحوّل حلقات العمل المجتمعية السكان إلى دعاة لصيد المياه أو مراجعة الطاقة المنزلية(18).

دراسات الحالات الإفرادية والأمثلة العالمية

ويوفر بحث التنفيذ الناجح دروسا ملموسة للمدن الأخرى التي تتصدى للتحديات المماثلة.

NewWater and Smart Water Grid

وتُعتبر سنغافورة على نطاق واسع قائداً عالمياً في إدارة المياه الحضرية، حيث إن مصادر المياه الطبيعية المحدودة، وضعت دولة المدينة استراتيجية توريد متنوعة تعرف باسم " السلاسل الوطنية " : المياه المستوردة، والمصيد المحلي، والمياه المُحلية، والماء القريب من الأرض (الماء العالي الصلاحية) وتستعمل هذه الشبكة تكنولوجيات متطورة ومُثبطة في مجال المياه تتجاوز في المقام الأول مستويات الطلب العالمي على المياه.

مبادرات الطاقة في مدينة برشلونة الذكية

وقد تطورت شركة برشلونة إلى عرض لإدارة الطاقة الذكية، ونشرت المدينة شبكة من أجهزة الاستشعار عبر أضواءها، التي تعمل كبؤر ساخنة ومراقبين للنوعية الجوية، كما نفذت نظاما لتدفئة المناطق وتبريدها يستخدم حرارة النفايات من محطة تحرق قريبة إلى مبان عامة ومساكن دافئة.

Future Directions: Circular Economy and Climate Resilience

أما الحدود التالية لإدارة الموارد الحضرية فهي الانتقال إلى اقتصاد دائري، حيث يتم القضاء على النفايات، وتعاد استخدام المواد باستمرار، وتسترد الموارد، وتستكشف المدن المغذيات من البول الذي يتحول إلى سماد، مثل التدفق الحراري للطاقة من مياه المجارير، وتسهم البنايات الصنعية التي تولد الطاقة بقدر ما تستهلك في الولايات القضائية الرائدة.

إن الاستخدام الأمثل للمياه والطاقة ليس مشروعاً لمرة واحدة بل عملية مستمرة للتكيف والتحسين، إذ يمكن للمدن، من خلال الجمع بين التكنولوجيا الذكية والسياسة السليمة والتخطيط المتكامل والمجتمعات المحلية المشاركة، أن تقلل إلى حد كبير من آثارها البيئية، وتخفض التكاليف، وتعزز رفاه سكانها، وتوفر الاستراتيجيات المبينة هنا خريطة طريق لأي بلدية مصممة على بناء مستقبل حضري أكثر استدامة ومرونة.