Table of Contents

Растущая угроза городской засухи

Урбанизация стала одним из наиболее значимых факторов, усиливающих засуху в городах по всему миру. По мере того, как столичные районы продолжают расширяться беспрецедентными темпами, они фундаментально трансформируют природные водные системы и создают условия окружающей среды, которые делают засуху гораздо более серьезной. Почти 40% глобальных городов демонстрируют обострение экстремальной засухи из-за более теплой и сухой городской среды, согласно последним исследованиям, опубликованным в Nature Cities. Эта тревожная статистика подчеркивает настоятельную необходимость понять, как модели городского развития способствуют нехватке воды и что можно сделать, чтобы смягчить эти последствия.

Связь между урбанизацией и засухой сложна и многогранна. Города не просто испытывают засуху — они активно усиливают ее за счет сочетания физических, экологических и социальных факторов. С 1950 по 2020 год мировое население, проживающее в городах, увеличилось с 0,8 млрд (29,6%) до 4,4 млрд (56,2%) и, по прогнозам, достигнет 6,7 млрд (68,4%) к 2050 году. Эта быстрая городская экспансия создает идеальный шторм условий, которые усугубляют нехватку воды, от повышенного спроса до измененных моделей осадков до скомпрометированных природных систем хранения воды.

Понимание того, как урбанизация усиливает последствия засухи, имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий адаптации и обеспечения водной безопасности для миллиардов городских жителей. В этой статье рассматриваются многочисленные механизмы, с помощью которых города ухудшают условия засухи, рассматриваются глобальные масштабы нехватки городских вод и обсуждаются потенциальные решения для создания более устойчивых городских систем водоснабжения.

Масштаб дефицита воды в городах: глобальный кризис

За последние два десятилетия более 80 городов по всему миру столкнулись с серьезной нехваткой воды из-за засухи и неустойчивого использования воды. Эти кризисы затронули города на всех континентах, от Кейптауна до чрезвычайной ситуации с водой в Сан-Паулу, от засухи в Мельбурне до нехватки воды в Лас-Вегасе и за его пределами.

Прогнозы, касающиеся будущего, рисуют еще более тревожную картину. Прогнозируется, что численность городского населения, столкнувшегося с нехваткой воды, увеличится с 933 миллионов (треть мирового городского населения) в 2016 году до 1,693-2,373 миллиарда человек (треть или почти половина мирового городского населения) в 2050 году. Этот резкий рост отражает как рост населения в городах, так и усиливающиеся последствия изменения климата и урбанизации для доступности воды.

Распределение дефицита воды в городах не является однородным по всему миру. Индия, по прогнозам, будет наиболее сильно затронута с точки зрения роста городского населения, испытывающего дефицит воды (увеличение на 153-422 млн человек). Между тем, число крупных городов, подверженных дефициту воды, по прогнозам, увеличится с 193 до 193-284, в том числе 10-20 мегаполисов. Эти мегаполисы, в которых проживают десятки миллионов человек, сталкиваются с особенно острыми проблемами из-за их огромных потребностей в воде и ограниченной способности быстро адаптировать инфраструктуру.

Как расширение городов стимулирует рост спроса на воду

Одним из наиболее прямых способов усиления последствий засухи является резкое увеличение потребления воды. По мере роста городов они концентрируют миллионы людей в относительно небольших географических районах, каждый из которых нуждается в воде для питья, санитарии, приготовления пищи и других бытовых целей. Но использование воды в жилых помещениях представляет собой лишь часть уравнения.

Ожидается, что рост населения, урбанизация и социально-экономическое развитие в течение следующих трех десятилетий увеличат спрос на городскую промышленную и внутреннюю воду на 50-80%. Этот прогнозируемый рост отражает не только увеличение числа людей, проживающих в городах, но и повышение уровня жизни, промышленную экспансию и коммерческое развитие. Каждый новый завод, офисное здание, торговый центр и жилой комплекс дополняет совокупный спрос на воду, который должны удовлетворять города.

Концентрация спроса на воду в городских районах создает особую уязвимость в периоды засухи. Когда водоснабжение уменьшается из-за сокращения осадков или истощения водохранилищ, огромное число людей и экономическая деятельность, зависящая от этих запасов, означает, что дефицит может быстро стать критическим. Города часто забирают воду из источников, находящихся далеко за их пределами, создавая конкуренцию с сельскохозяйственными пользователями и другими общинами. Эта конкуренция усиливается во время засухи, когда все извлекают воду из тех же сокращающихся водных ресурсов.

Промышленное водопользование в городах представляет свои собственные проблемы. Негативное влияние промышленного водопользования на риск нехватки воды является самым большим, с вкладом 24,9%, согласно исследованиям городских агломераций в Западном Китае. Производственные процессы, системы охлаждения и другие промышленные применения могут потреблять огромное количество воды, и многие отрасли промышленности сосредоточены в городских районах, где они имеют доступ к труду, инфраструктуре и рынкам.

Трансформация природных водных циклов

Помимо простого увеличения спроса, урбанизация коренным образом изменяет естественный водный цикл таким образом, что снижает доступность воды и ухудшает условия засухи. Замена природных ландшафтов на построенные среды нарушает процессы, которые регулировали движение и хранение воды на протяжении тысячелетий.

Непроницаемые поверхности и подпитка грунтовых вод

Одним из наиболее значительных гидрологических изменений, происходящих с урбанизацией, является замена проницаемой почвы и растительности непроницаемыми поверхностями, такими как бетон, асфальт и здания.В природных ландшафтах, когда выпадает дождь, большая часть его проникает в почву, просачиваясь вниз, чтобы подзарядить подземные водные горизонты.Эти подземные водные запасы служат важнейшим хранилищем, которое может поддерживать реки, озера и колодцы в сухие периоды.

Городское развитие резко снижает этот естественный подпитку грунтовых вод. Дождевая вода, которая падает на крыши, стоянки и мощеные улицы не может проникнуть на поверхность. Вместо этого она быстро убегает в ливневые стоки и отправляется, часто прямо в реки или океан. Это означает, что осадки, которые обычно пополняют запасы подземных вод, вместо этого становятся потерянными возможностями для хранения воды.

Последствия сокращения подпитки подземных вод выходят далеко за пределы непосредственной городской зоны. Многие города в значительной степени полагаются на грунтовые воды для своего водоснабжения. Когда урбанизация препятствует подпитке водоносных горизонтов, уровень грунтовых вод снижается, скважины должны быть пробурены глубже, а долгосрочная устойчивость этих источников воды становится сомнительной. Во время засух, когда запасы поверхностных вод сокращаются, города становятся еще более зависимыми от подземных вод, но урбанизация уже поставила под угрозу естественные процессы, которые пополнили бы эти запасы.

Измененные шаблоны Surface Runoff

Увеличение непроницаемых поверхностей не только уменьшает подпитку грунтовых вод - это также резко увеличивает поверхностный сток. В природных водоразделах растительность и почва замедляют движение воды, позволяя ей поглощаться, фильтроваться и постепенно высвобождаться. Городские районы, напротив, предназначены для быстрого сброса воды, чтобы предотвратить затопление улиц и зданий.

Этот быстрый сток означает, что когда дождь падает на города, большая часть этой воды быстро теряется, а не сохраняется в местной среде. Вода, которая могла поддерживать городскую растительность, охлаждала воздух путем испарения или медленно просачивалась в водоносные горизонты, вместо этого устремляется в течение нескольких часов. Это создает парадокс, когда города могут испытывать как наводнения во время интенсивных осадков, так и нехватку воды в засушливые периоды, потому что им не хватает естественной инфраструктуры для сбора и хранения осадков.

Изменение структуры стока также влияет на системы водоснабжения, расположенные ниже по течению. Внезапные пульсации ливневых вод из городских районов могут вызвать эрозию, ухудшение качества воды и нарушить режимы естественного стока, от которых зависят водные экосистемы. Эти воздействия усугубляют проблемы управления водными ресурсами в масштабе водораздела.

Изменения в местных моделях осадков

Новые исследования показывают, что урбанизация может даже изменить местные модели осадков таким образом, что может ухудшить условия засухи. Урбанизация вызвала более теплую и сухую городскую среду, которая подавила легкие осадки и усугубила экстремальные местные условия засухи. Этот вывод показывает, что города не просто пассивно испытывают засуху - они могут активно создавать условия, которые уменьшают количество осадков.

Механизмы, лежащие в основе этих изменений осадков, сложны и включают взаимодействие между городскими тепловыми островами, измененной шероховатостью поверхности и динамикой атмосферной влаги. Городские районы могут нарушить формирование событий легких дождей, которые обычно обеспечивают регулярные влагопотоки. В то время как города все еще могут получать сильные осадки во время основных штормовых систем, сокращение частых событий легких дождей означает менее постоянную доступность воды и потенциально более длительные сухие периоды между событиями осадков.

Тяжесть засухи увеличилась примерно на 36% глобальных участков, в то время как экстремальный стандартизированный индекс эвапотраспирации осадков увеличился примерно на 43% городских участков во всем мире.Эти статистические данные показывают, что влияние урбанизации на засуху не является теоретическим - оно измеримо и широко распространено в городах по всему миру.

Эффект острова тепла и дефицит воды

Эффект городского теплового острова (UHI) представляет собой одно из наиболее хорошо документированных воздействий урбанизации, и он играет решающую роль в интенсификации условий засухи. Городские районы последовательно измеряют теплее, чем их сельское окружение, с температурой воздуха в большом городе, являющемся 2-22o F (1-12o C) выше, чем его сельское окружение. Эта разница температур имеет глубокие последствия для доступности воды и тяжести засухи.

Механизмы создания городских тепловых островов

Несколько факторов способствуют эффекту городского теплового острова. Тепловые острова формируются, поскольку растительность заменяется асфальтом и бетоном для дорог, зданий и других структур, необходимых для размещения растущего населения. Эти поверхности поглощают, а не отражают, солнечное тепло, вызывая повышение температуры поверхности и общей температуры окружающей среды. Темные кровельные материалы, асфальтовые стоянки и бетонные тротуары поглощают солнечное излучение в течение дня и медленно выпускают его ночью, сохраняя города теплее круглосуточно.

Потеря растительности играет двоякую роль в создании тепловых островов. Вытеснение деревьев и растительности сводит к минимуму естественные охлаждающие эффекты затенения и испарения воды из почвы и листьев (эвапотранспирация). Деревья и растения естественным образом охлаждают свое окружение через тень и выпуская водяной пар в воздух. При городском развитии удаляется эта растительность, теряются оба механизма охлаждения.

Городская геометрия также способствует удержанию тепла. Высокие здания и узкие улочки могут нагревать воздух, зажатый между ними, и уменьшать поток воздуха. Отходы тепла от транспортных средств, заводов и кондиционеров могут добавить тепло к их окружению, еще больше усугубляя эффект теплового острова. Это антропогенное тепло - тепло, генерируемое человеческой деятельностью - может быть существенным, особенно в плотных городских ядрах.

Как острова тепла увеличивают спрос на воду

Повышенные температуры на городских островах тепла напрямую увеличивают спрос на воду несколькими способами. Более высокие температуры означают большее испарение из водохранилищ, водоочистных сооружений и распределительных систем. Вода, которая в противном случае была бы доступна для использования, теряется в атмосфере до того, как она достигнет потребителей.

Городская растительность сталкивается с особенно сильным водным стрессом из-за эффектов теплового острова. Эффект городского теплового острова увеличивает спрос на воду, когда запасы воды в почве, скорее всего, будут истощены. Исследования показали, что потребности в растительной воде значительно выше в городских районах по сравнению с сельскими районами, что обусловлено повышением температуры воздуха с минимальным воздействием снижения содержания влаги в воздухе. Это означает, что поддержание парков, уличных деревьев и озеленение в городах требует значительно больше воды, чем аналогичная растительность в более холодных сельских районах.

Механизм, лежащий в основе этого повышенного спроса на воду, включает дефицит давления пара - по сути, «жажду» атмосферы для воды. Среднее увеличение городского VPD на 1,10 кПа на каждые 1,0 кПа увеличения сельского VPD происходит, причем 83,4% городской-сельской разницы обусловлены изменениями температуры. На практике это означает, что горячий, сухой воздух в городах вытягивает больше влаги из растений и почвы, требуя более частого орошения, чтобы сохранить растительность живой.

Использование воды человеком также увеличивается с температурой. Системы кондиционирования воздуха, которые необходимы для комфорта и безопасности во время тепловых волн, часто используют воду для охлаждения. Люди чаще принимают душ и используют больше воды для личного охлаждения при повышении температуры. Плавательные бассейны, фонтаны и другие водные функции, которые помогают людям справляться с теплом, увеличивают спрос на городскую воду в самые жаркие периоды, которые также обычно являются самыми сухими.

Взаимодействие между островами тепла и засухой

Связь между городскими островами тепла и засухой является двунаправленной и самоусиливающейся. УВИ могут ухудшаться и усугубляться засухами. Когда условия засухи снижают влажность почвы и стрессовую растительность, естественное охлаждение, обеспечиваемое испарением, уменьшается, позволяя температурам подниматься еще выше. Эти более высокие температуры затем увеличивают испарение и спрос на воду, ухудшая засуху.

Во время тепловых волн, которые часто сопровождают засухи, взаимодействие между городской жарой и нехваткой воды становится особенно серьезным. HW обычно сопровождаются засухами, создавая сложные экстремальные явления, которые одновременно воздействуют на городские системы водоснабжения с нескольких направлений. Города должны удовлетворять пиковый спрос на воду для охлаждения и гидратации именно тогда, когда водоснабжение наиболее ограничено.

Исследования показали, что разница в увеличении городского и сельского испарения и усиленных антропогенных тепловых выбросов (использование энергии кондиционирования воздуха) во время ЧВТ является ключевым фактором синергетического эффекта в дневное время. Это означает, что тепловые волны не просто добавляют к существующим эффектам городских тепловых островов - они умножают их, создавая экстремальные условия, которые могут подтолкнуть системы водоснабжения к точке разрыва.

Региональные изменения в интенсификации городской засухи

Хотя урбанизация усиливает засуху во всем мире, конкретные механизмы и степень тяжести существенно различаются в зависимости от климатического региона. Понимание этих региональных различий имеет решающее значение для разработки соответствующих стратегий адаптации.

Засушливые и полузасушливые регионы

Города в засушливых и полузасушливых регионах сталкиваются, пожалуй, с наиболее острыми проблемами, связанными с засухой, вызванной урбанизацией. Эти районы уже имеют ограниченные водные ресурсы, а городское развитие создает огромное дополнительное напряжение на дефиците ресурсов. Как это ни парадоксально, засушливые регионы видят увеличение числа внеземных организмов из-за урбанизации, поскольку увеличение числа внеземных организмов в засушливых городах возникает из-за изъятия муниципальной воды и увеличения орошения газонов в условиях засухи.

Эта картина отражает тот факт, что города в сухом климате часто импортируют воду из отдаленных источников для поддержания ландшафтного дизайна, парков и других удобств. В то время как окружающий природный ландшафт ограничен водой и коричневый в течение сухих сезонов, городские районы используют импортную воду для поддержания зеленых насаждений. Это увеличивает местное испарение, но истощает региональные водные ресурсы, что усугубляет общую проблему нехватки воды.

Города в засушливых регионах также сталкиваются с проблемами, связанными с сохранением городских лесов и зеленой инфраструктуры, которые могут помочь смягчить последствия воздействия островов тепла. Города в засушливом и пустынном климате часто испытывают трудности с поддержанием большого количества деревьев, поскольку запасы воды ограничены. В условиях засухи сохранение городских лесов становится дорогостоящим и трудным. Это создает трудный компромисс между сохранением воды и смягчением последствий жары.

Тропические регионы

Тропические города сталкиваются с собственными уникальными проблемами, связанными с засухой, интенсифицированной урбанизацией. Рост городов связан с резким увеличением экстремальной засухи, особенно в тропических регионах. Несмотря на в целом более высокие показатели осадков, тропические города могут испытывать серьезный дефицит воды из-за сезонных изменений в осадках, быстрого роста населения и недостаточной водной инфраструктуры.

Эффект городского теплового острова может быть особенно выражен в тропических городах, где высокая влажность сочетается с повышенными температурами, создавая крайне неудобные и потенциально опасные условия.Взаимодействие между урбанизацией и тропическими климатическими моделями может изменить динамику муссонов и местные конвективные осадки, потенциально снижая надежность сезонных запасов воды, от которых зависят города.

Умеренные регионы

Даже города умеренных регионов с исторически обильными водными ресурсами не застрахованы от засухи, усиливающейся урбанизацией.Города на северо-востоке пережили рекордные условия засухи во второй половине 2024 года после жаркого, сухого лета во многих районах, демонстрируя, что засуха может повлиять на регионы, которые традиционно не считаются дефицитом воды.

В умеренном климате влажные регионы показывают снижение ET из-за урбанизации, что отражает замену растительности непроницаемыми поверхностями. Однако это не обязательно означает снижение риска засухи. Снижение эвапотранспирации способствует городским островам тепла, а потеря естественной емкости для хранения воды делает эти города уязвимыми, когда меняются модели осадков или происходят засухи.

Социальные аспекты дефицита городских вод

Последствия засухи, усиливающейся в результате урбанизации, не распределяются поровну между городским населением. Социальное неравенство играет важную роль в определении того, кто больше всего страдает от нехватки воды и кто больше всего способствует неустойчивому водопользованию.

Неравномерные модели потребления воды

Исследования выявили резкое неравенство в потреблении воды в городах. Из-за резкого социально-экономического неравенства городские элиты могут чрезмерно потреблять воду, исключая при этом менее привилегированное население из основного доступа. Богатые домохозяйства с большими объектами недвижимости, бассейнами, обширным ландшафтным дизайном и несколькими ванными комнатами могут потреблять во много раз больше воды, чем домохозяйства с низким доходом в том же городе.

Это неравенство означает, что кризисы нехватки воды часто вызваны как чрезмерным потреблением привилегированных, так и общими ограничениями поставок. Нерациональное использование воды элитой может усугубить городские водные кризисы по крайней мере в той же степени, что и климатические факторы. Во время чрезвычайных ситуаций засухи богатые жители могут иметь ресурсы для бурения частных скважин, покупки бутилированной воды или оплаты более высоких ставок за дефицитные запасы, в то время как бедные общины сталкиваются с серьезными трудностями.

Дифференциальная уязвимость к дефициту воды

Ожидается, что кризисы в области городского водоснабжения будут обостряться и в наибольшей степени затронут тех, кто находится в социальном, экономическом и политическом неблагополучии. В общинах с низким уровнем дохода зачастую менее надежна инфраструктура водоснабжения, они живут в районах с более высокими последствиями жары на островах из-за меньшего древесного покрова и имеют меньше ресурсов для решения проблемы нехватки воды.

Неформальные поселения и маргинализированные районы часто не имеют доступа к муниципальным системам водоснабжения, полагаясь вместо этого на колодцы, поставщиков воды или прерывистые связи, которые особенно уязвимы во время засухи. Когда вода становится дефицитной, цены растут, и бедные домохозяйства должны выбирать между водой и другими потребностями. Воздействие на здоровье неадекватного доступа к воде - от обезвоживания до плохой санитарии - непропорционально падает на уязвимые группы населения.

Будущие прогнозы и взаимодействие в области изменения климата

По прогнозам, в ближайшие десятилетия проблемы засухи, усиливающейся в результате урбанизации, значительно усугубятся, поскольку изменение климата и продолжающийся рост городов усугубляют существующие проблемы.

Средневековые прогнозы

Прогнозы на МИП6 середины XXI века показывают, что почти 57 и 70% городских районов будут постоянно страдать от обострения засухи и крайней засухи. Это представляет собой существенное увеличение по сравнению с нынешними условиями и предполагает, что проблема затронет явное большинство городов во всем мире.

Сближение нескольких тенденций приводит к этим прогнозам. Городское население будет продолжать расти, особенно в регионах, уже сталкивающихся с водным стрессом. Изменение климата изменит модели осадков, повысит температуру и усилит экстремальные погодные явления, включая засухи и наводнения. Эффект городского острова тепла, вероятно, усилится по мере расширения и уплотнения городов. Вместе эти факторы создают будущее, где городская водная безопасность становится одной из определяющих проблем 21-го века.

Усиление изменения климата

Урбанизация и изменение климата вместе усугубляют нехватку воды — там, где спрос на воду превышает доступность — для городов мира. Взаимодействие между этими двумя силами не просто аддитивное, но мультипликативное. Изменение климата повышает температуры, что усиливает городские тепловые острова. Это изменяет модели осадков, что усугубляет влияние урбанизации на водные циклы. Это увеличивает частоту и тяжесть засух, которые стресс городских систем водоснабжения уже напряжены растущим спросом.

Количество потепления, вызванного глобальным изменением климата, усугубляется эффектом городского острова тепла, а это означает, что люди, которые живут в городах, столкнутся с более высокими температурами и более сильными волнами тепла в будущем по мере потепления климата. Это создает петлю обратной связи, когда изменение климата делает города более жаркими, что увеличивает спрос на воду и испарение, что истощает водные ресурсы, что уменьшает растительность и водные особенности, которые могут обеспечить охлаждение.

Стратегии по созданию устойчивости к городской засухе

Несмотря на сложные проблемы, города во всем мире разрабатывают и осуществляют стратегии по снижению их уязвимости к засухе и созданию более устойчивых систем водоснабжения. Для успеха необходимы действия по нескольким направлениям: от инвестиций в инфраструктуру до реформы политики и изменения поведения.

Сохранение и эффективность воды

Сокращение спроса на воду за счет улучшения ее сохранения и повышения эффективности представляет собой один из наиболее экономически эффективных подходов к решению проблемы нехватки воды в городах. Модернизация бытовой техники, такой как душевые, посудомоечные машины и туалеты, с целью повышения эффективности использования воды и инвестирования в местное и засухоустойчивое озеленение может значительно сократить потребление воды в домашних хозяйствах.

Города, столкнувшиеся с серьезными водными кризисами, продемонстрировали потенциал быстрого сокращения спроса. Лас-Вегас успешно сократил использование воды с помощью политики и стимулов, несмотря на то, что он расположен в одном из самых засушливых регионов Северной Америки. Программы, которые заменяют водоемкие газоны ксерискапом, устраняют утечки в распределительных системах и способствуют водосберегающим светильникам, оказались эффективными в нескольких городах.

Государственные кампании по просвещению и повышению осведомленности играют решающую роль в изменении поведения в области водопользования. Когда жители понимают серьезность дефицита воды и их роль в решении этой проблемы, многие готовы изменить свои привычки. Структура ценообразования, которая взимает больше за чрезмерное потребление, может обеспечить экономические стимулы для сохранения, обеспечивая при этом доступ к основным потребностям в воде.

Зеленая инфраструктура и природные решения

Приоритетное внимание уделяется зеленой инфраструктуре, такой как удержания прудов и биосвалов, которые помогают поглощать дожди, когда они падают, и инвестиции в переработку воды могут также диверсифицировать водоснабжение. Подходы к зеленой инфраструктуре работают с естественными процессами, а не против них, захват ливневых вод, содействие подпитке грунтовых вод и предоставление многочисленных сопутствующих выгод, включая смягчение жары и улучшение качества воздуха.

Городские леса и покрытие навесов деревьев обеспечивают особенно ценные услуги для устойчивости к засухе. Деревья охлаждают городскую среду, обеспечивая тень и выпуск влаги в воздух посредством испарения, что снижает окружающие температуры. Снижая воздействие городских тепловых островов, деревья снижают потребность в воде для охлаждения и орошения. Они также улучшают управление ливневыми водами и повышают качество жизни.

Проницательные тротуары, зеленые крыши, дождевые сады и построенные водно-болотные угодья могут помочь городам захватывать и хранить осадки, которые в противном случае утекали бы. Эти особенности позволяют воде проникать в землю, перезаряжать водоносные горизонты и поддерживать базовые потоки в ручьях в засушливые периоды. Хотя они не могут устранить риск засухи, они могут значительно снизить ее тяжесть.

Диверсификация источников воды

Города, которые полагаются на один источник воды, особенно уязвимы к засухе. Диверсификация портфелей воды может обеспечить устойчивость, когда один источник выходит из строя или становится ограниченным. Варианты включают разработку нескольких поверхностных источников воды, устойчивое управление подземными водами, переработку и повторное использование воды, а в некоторых случаях опреснение.

Технологии рециркуляции воды значительно продвинулись вперед, позволив городам обрабатывать сточные воды до высоких стандартов для непотопляемых целей, таких как ирригация, промышленные процессы и смыв туалетов. Некоторые города даже внедряют системы повторного использования питьевой воды, которые очищают сточные воды до стандартов питьевой воды. Хотя эти системы требуют значительных инвестиций, они могут обеспечить водоснабжение, защищенное от засухи, которое не зависит от осадков.

Сбор дождевой воды в зданиях и на уровне районов может дополнять муниципальные поставки и снижать спрос на централизованные системы. В некоторых городах в настоящее время нормативные акты требуют новых разработок, включающих системы улавливания дождевой воды. Эти распределенные подходы к водоснабжению могут повысить устойчивость за счет снижения зависимости от крупной централизованной инфраструктуры.

Улучшение управления и планирования водных ресурсов

Необходимо интегрировать конкуренцию за водопользование между городами и другие виды экономической деятельности, в частности сельское хозяйство, в инструменты планирования, касающиеся долгосрочных климатических и социально-экономических прогнозов. Эффективная устойчивость к засухе требует координации между секторами и юрисдикциями, долгосрочного планирования, учитывающего изменение климата, и учреждений, способных управлять водными ресурсами адаптивно.

В некоторых регионах созданы комиссии по борьбе с засухой или органы управления водными ресурсами, которые объединяют заинтересованные стороны из различных секторов для координации мер реагирования на нехватку воды. Эти институциональные механизмы могут способствовать предотвращению конфликтов, обеспечению справедливого распределения в периоды дефицита и облегчению инвестиций в общую инфраструктуру.

Комплексные подходы к управлению водными ресурсами в городах предусматривают полный цикл водопользования — от водосборных бассейнов через распределительные системы до очистки и повторного использования сточных вод. Эта целостная перспектива позволяет выявить возможности повышения эффективности и синергии между различными целями управления водными ресурсами. Например, ливневые воды, которые в настоящее время рассматриваются как неблагоприятные условия, которые необходимо быстро устранить, могут вместо этого использоваться в качестве ресурса.

Решать проблему социального равенства

Для создания действительно устойчивых городских систем водоснабжения необходимо устранить социальное неравенство, которое делает некоторые группы населения гораздо более уязвимыми к нехватке воды, чем другие. Это означает обеспечение всеобщего доступа к безопасной и доступной воде; инвестирование в инфраструктуру в недостаточно обслуживаемых общинах; и осуществление политики, которая предотвращает чрезмерное потребление богатыми пользователями, одновременно защищая базовый доступ для всех.

Прогрессивное ценообразование на воду, которое взимает более высокие ставки за чрезмерное потребление при сохранении основных потребностей в приемлемом объеме, может помочь решить как вопросы справедливости, так и проблемы устойчивости. Программы помощи домохозяйствам с низким уровнем дохода могут обеспечить доступность воды даже в условиях дефицита. Участие общин в планировании водных ресурсов может помочь обеспечить, чтобы решения удовлетворяли потребности всех жителей, а не только самых влиятельных.

Тематические исследования: города, сталкивающиеся с дефицитом воды

Изучение того, как конкретные города столкнулись с серьезными водными кризисами, дает ценные уроки для устойчивости к засухе в городах.

Кризис «Нулевой день» в Кейптауне

После трех лет засухи в регионе, чиновники Кейптауна осенью 2017 года начали обратный отсчет до нулевого дня — момента, когда запасы воды, вероятно, будут настолько низкими, что вода будет отключена в районах. Этот кризис активизировал драматические действия, включая строгие ограничения на воду, кампании по информированию общественности и проекты по чрезвычайной инфраструктуре.

Опыт Кейптауна продемонстрировал как серьезность риска засухи в городах, так и потенциал быстрого сокращения спроса, когда общины мобилизуются. Жители сократили использование воды более чем наполовину, помогая городу избежать нулевого дня. Кризис также показал, как социальное неравенство формирует доступ к воде и уязвимость, при этом богатые жители лучше справляются с частными колодцами и хранением воды, в то время как бедные общины сталкиваются с серьезными трудностями.

Учимся в нескольких городах

Города, которые столкнулись с крупными кризисами водоснабжения, такие как Кейптаун, Южная Африка; Сан-Паулу, Бразилия; Мельбурн, Австралия; Лас-Вегас; и Новый Орлеан, дают уроки о том, как избежать кризиса водоснабжения или минимизировать последствия с помощью активной политики и планирования.

Успешные меры реагирования обычно сочетали в себе немедленные меры по сокращению спроса с долгосрочными инвестициями в диверсифицированные водоснабжение, улучшение инфраструктуры и повышение эффективности управления. Города, которые действовали активно до того, как кризисы стали острыми, жили лучше, чем те, которые ждали, пока чрезвычайные условия не принудят к действиям. Участие сообщества и четкое информирование о водных проблемах и решениях оказались необходимыми для создания поддержки необходимых изменений.

Путь вперед: интеграция городского планирования и управления водными ресурсами

Решение проблемы засухи, усиливающей урбанизацию, требует кардинального переосмысления того, как планируются и развиваются города. Водные соображения должны быть интегрированы в городской дизайн с самых ранних стадий, а не рассматриваться как запоздалая мысль.

Водно-чувствительный городской дизайн

Подходы к городскому проектированию, учитывающие водоемы, направлены на создание городов, которые работают с циклами воды, а не против них. Это включает сохранение естественных структур водоотведения, где это возможно, включение водных объектов и зеленых насаждений, которые обеспечивают множество функций, проектирование зданий и ландшафтов для захвата и использования дождевой воды и создание городских форм, которые минимизируют эффекты тепловых островов.

Для обеспечения устойчивости водных ресурсов могут потребоваться новые разработки, такие как достижение водной нейтральности (используя не больше воды, чем участок, используемый до разработки) или включение конкретных элементов зеленой инфраструктуры. Модернизация существующих городских районов представляет собой более серьезные проблемы, но все еще может принести значительные выгоды за счет целенаправленных мероприятий в общественных местах, вдоль улиц и в проектах реконструкции.

Адаптивное к климату городское развитие

Поскольку изменение климата усиливает риски засухи, модели городского развития должны адаптироваться к новым реалиям. Это может означать ограничение роста в регионах с дефицитом воды, что требует более высоких стандартов эффективности использования воды в новом строительстве, сохранение и восстановление водосборных бассейнов, которые снабжают города, и инвестирование в инфраструктуру, которая может справиться как с экстремальными засухами, так и с интенсивными осадками.

Более половины населения мира живет в городских районах сегодня, и к 2050 году процент городских жителей во всем мире, как ожидается, достигнет 70%. При такой продолжающейся урбанизации важность развития, адаптированного к климату, будет только расти. Города, которые планируют дефицит воды сейчас, будут гораздо лучше расположены, чем те, которые предполагают, что историческая доступность воды будет продолжаться.

Региональная координация

Проблемы городского водоснабжения не могут быть решены городами, действующими в одиночку. Ресурсы пересекают юрисдикционные границы, а источники воды часто распределяются между несколькими пользователями. Эффективная устойчивость к засухе требует координации на водосборном бассейне или в региональном масштабе с механизмами управления конкурирующими потребностями, совместного использования ресурсов во время дефицита и инвестирования в общую инфраструктуру.

Эта координация должна выходить за рамки деятельности учреждений, занимающихся вопросами водоснабжения, и включать в себя планировщиков землепользования, транспортные органы, органы, регулирующие вопросы охраны окружающей среды, и должностных лиц по вопросам экономического развития. Решения, принимаемые в каждой из этих областей, затрагивают водные ресурсы и уязвимость к засухе. Комплексное планирование, учитывающее эти связи, может определять решения, которые одновременно служат нескольким целям.

Ключевые факторы, усиливающие городскую засуху

  • Увеличение спроса на воду Увеличение спроса на воду от растущего городского населения и экономической деятельности, с прогнозами, показывающими 50-80% увеличение в ближайшие десятилетия
  • Сокращение подпитки грунтовых вод из-за непроницаемых поверхностей, предотвращающих проникновение осадков в водоносные горизонты
  • Более высокие показатели испарения обусловлены эффектами городских тепловых островов, которые могут повысить температуру в городе на 2-22 ° F по сравнению с сельскими районами.
  • Измененные модели осадков с урбанизацией, подавляющей события осадков и создающей более теплые, более сухие местные условия
  • Потеря естественного хранения воды , поскольку водно-болотные угодья, поймы и проницаемые почвы заменяются построенной инфраструктурой
  • Увеличение поверхностного стока , который быстро сбрасывает осадки, а не сохраняет их в местной среде
  • Уменьшение растительности уменьшение естественного охлаждения за счет испарения и повышения теплового стресса
  • Социальное неравенство, позволяющее перепотреблять воду элитами, в то время как уязвимые группы населения не имеют доступа к воде
  • Взаимодействие с изменением климата , которое усиливает городские тепловые острова и изменяет характер осадков
  • Ограничения инфраструктуры со стареющими системами водоснабжения, неспособными удовлетворить растущие потребности или адаптироваться к изменяющимся условиям

Вывод: срочная необходимость действий

Доказательства очевидны и убедительны: урбанизация значительно усиливает последствия засухи в городах по всему миру с помощью множества взаимосвязанных механизмов. От физической трансформации ландшафтов, нарушающих естественные водные циклы, до создания городских тепловых островов, которые увеличивают испарение и спрос, от концентрации миллионов людей, зависящих от ограниченных источников воды, до социального неравенства, которое позволяет чрезмерное потребление, одновременно лишая основной доступ к уязвимым городам, - города сталкиваются с идеальным штормом факторов, которые усугубляют нехватку воды.

Масштаб проблемы огромен. По прогнозам, к 2050 году почти половина городского населения мира столкнется с нехваткой воды, а урбанизация будет продолжать ускоряться, особенно в регионах, уже испытывающих водный стресс, окно для действий сужается. Изменение климата усугубляет эти проблемы, усиливая засухи, повышая температуру и создавая более экстремальные погодные явления, которые создают стресс для городских водных систем с разных направлений.

Тем не менее, ситуация не безнадежна. Города во всем мире продемонстрировали, что резкое сокращение спроса на воду возможно, когда общины мобилизуются. Технологии для рециркуляции воды, эффективного использования и альтернативных поставок продолжают развиваться. Природные решения могут восстановить некоторые функции водного цикла, которые нарушила урбанизация, обеспечивая при этом многочисленные сопутствующие выгоды. Улучшение управления и планирования может обеспечить более справедливое и устойчивое управление водными ресурсами.

Необходимо признать, что развитие городов в рамках обычного предпринимательства несовместимо с обеспечением безопасности водных ресурсов в эпоху изменения климата и продолжающейся урбанизации. Города должны проектироваться и управляться как неотъемлемые части водных циклов, а не как отдельные или противоположные природным системам. Водные соображения должны иметь центральное значение для городского планирования, а не периферийные. Необходимо решать проблему социальной справедливости, обеспечивая всем жителям доступ к безопасной и доступной воде при одновременном предотвращении неустойчивого чрезмерного потребления.

Города, которые процветают в ближайшие десятилетия, будут теми, кто действует сейчас, чтобы повысить устойчивость к засухе. Это означает инвестиции в различные источники воды, зеленую инфраструктуру и эффективные системы. Это означает реформирование управления, чтобы обеспечить скоординированное, адаптивное управление. Это означает привлечение сообществ к пониманию водных проблем и участию в решениях. И это означает фундаментальное переосмысление взаимосвязи между городским развитием и водными ресурсами.

Для получения дополнительной информации о стратегиях управления городскими водными ресурсами посетите страницу Всемирного банка «Водные ресурсы» . Чтобы узнать об адаптации к изменению климата в городах, изучите ресурсы Группы по климатическому лидерству C40 Cities Climate Leadership Group . Веб-сайт «ООН-вода» предоставляет глобальные перспективы проблем и решений в области водной безопасности.

Усиление засухи в результате урбанизации не является неизбежным следствием роста городов. Это результат конкретных решений о том, как проектируются города, как управляется вода и как распределяются ресурсы. Различные решения могут привести к различным результатам - городам, которые являются устойчивыми, справедливыми и устойчивыми даже в условиях нехватки воды. Принятие этих решений требует действий сейчас, до того, как следующий кризис вынудит принять чрезвычайные меры. Будущее городской водной безопасности зависит от решений, принимаемых сегодня в офисах планирования, городских советах и общинах по всему миру.