Voda je po mnenju mnogih strateška surovina 21. stoletja, kar še najbolje izrazimo s sloganom “Voda je življenje” (Water is life). To je tudi naslov monografije, ki je leta 2025 izšla ob 50. letnici Medvladnega hidrološkega programa in 60 letih vodnih znanosti (hidrologije) pri Unescu.

Voda ima središčno vlogo v celi vrsti ciljev trajnostnega razvoja Združenih narodov, predvsem seveda v cilju 6 Čista voda in sanitarna ureditev, kakor v mnogih drugih ciljih od skupno sedemnajstih. Več o prepletenosti ciljev trajnostnega razvoja in vlogi vode pri tem lahko preberemo v članku Taka M et al. (2021) The potential of water security in leveraging Agenda 2030. One Earth 4(2), 258-268 – https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.01.007 . Pomen oskrbe z vodo pri doseganju ciljen trajnostnega razvoja prikazuje spodnji grafični povzetek prej omenjenega članka.

Voda in hidroenergija je pomemben element prehoda na obnovljive (čiste) vire energije in brez vode ni pridelave hrane in prehranske varnosti za več kot 8 milijard prebivalcev tega planeta. Podnebna kriza in podnebne spremembe, ki jih v znatni meri spodbuja človek s prekomernimi izpusti toplogrednih plinov, so v veliki meri prepletene s kroženjem vode (vodni krog) in lokalne spremembe v vodnem krogu in podnebju se odražajo globalno in obratno. V kompleksnih sistemih podnebja in kroženja vode se pojavljajo povratni vplivi in prelomne točke (pragovi), kar otežuje naše razumevanje njihovega delovanja in postavlja pred nas izzive kako izbirati smeri in načine prilagajanja nanje. Voda kot surovina ali medij vstopa v trajnostno inženirstvo na zelo različne načine in zato je zelo pomembno, da razumemo celovit položaj voda na Zemlji, ki so omogočile razvoj take vrste življenja, kot ga poznamo.

Mednarodne strokovne organizacije, ki se ukvarjajo z vodami, v svojih strateških usmeritvah nakazujejo pomen voda v tem stoletju in način obravnave poudarja prepletenost in družbeni pomen voda. V nadaljevanju si poglejmo tri primere: IHP UNESCO, IAHR in IAHS.

Medvladni hidrološki program (angl. Intergovernmental Hydrological Programme) Unesca (angl. United Nations Educational, Scientific and Cultural Orgnaization – UNESCO) je v svoji usmeritvi za delovanje v obdobju 2022-2029 (IX. program, začetki segajo v leto 1975) postavil v ospredje znanost in njeno osrednjo vlogo pri zagotavljanju varnega sveta in voda v spreminjajočem se okolju: “Science for a Water Secure World in a Changing Environment“. Program obsega pet preoblikovalskih orodij za zagotavljanje varnosti skrbe z vodo za trajnostni razvoj v spreminjajočem se svetu:

1. Znanstvene raziskave in inovacije
2. Izobraževanje o vodi v četrti industrijski revoluciji, vključno s trajnostnostjo
3. Premostitev vrzeli med podatki in znanjem
4. Celostno upravljanje voda v razmerah globalnih sprememb
5. Upravljanje voda na podlagi znanosti za blažitev, prilagajanje in odpornost

Mednarodno združenje za inženirstvo in raziskave vodnega okolja (International Association for Hydro-Environmental Engineering and Research – IAHR) opredeljuje za svoje delovanje v strateškem načrtu za obdobje 2024-2027 štiri prednostna področja, tri so jedrna tematska področja, četrto pa je prečno, medsektorsko področje.

Prilagajanje na in blaženje podnebnih sprememb – Prilagajanje podnebnim spremembam je eden od najpomembnejših (kritičnih) vodnih okoljskih izzivov, s katerimi se soočajo vlade, strokovnjaki in raziskovalci in od njih zahtevajo inovativne rešitve. Nedavna poročila Medvladnega sveta za podnebne spremembe (nagl. Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC) poudarjajo nujnost izboljšanja naše sposobnosti odzivanja na intenzivnejše in pogostejše pojave močnega deževja in hude suše ter njihove kaskadne vplive na vodne sisteme. V celotnem vodnem krogu mora vodno inženirstvo zagotoviti prilagodljivost na podnebne spremembe z obravnavo integriranih in v prihodnost usmerjenih pristopov od urbanih okolij do industrijskih obratov in kmetijskih površin.

• IAHR se zavzema za napredek vrhunskih raziskav, najboljših praks in izvedljivih rešitev na ključnih področjih, kot so:
  • Smernice za načrtovanje ob upoštevanju podnebnih sprememb
  • Revidirane inženirske prakse v skladu z naravo
  • Strategije odpornosti za ekstremne pojave, kot so poplave in suše
  • Dodana vrednost zelene in sive vodne infrastrukture
  • Izboljšano varstvo in upravljanje obalnega območja in okolja
  • Učinkovite prakse na področju hidravlike podzemnih voda in s tem povezanih vodnih storitev
• Več kot 90 % svetovnega BDP predstavljajo države, ki so se zavezale k doseganju ogljične nevtralnosti. Voda je temeljni kamen za uresničitev tega cilja, zato IAHR poudarja vlogo vodnega sektorja pri omogočanju poti do neto ničelnih emisij prek:
  • Rešitve na področju obnovljive energije – širjenje uporabe obnovljive energije, povezane z vodo, vključno z vodno energijo.
  • Energetska učinkovitost v vodnih sistemih – zmanjšanje porabe energije pri čiščenju in distribuciji vode.
  • Upravljanje ogljika v vodnih okoljih – obravnavanje izpustov toplogrednih plinov in izboljšanje zajemanja ogljika.
  • Zmanjšanje vodnega odtisa – izvajanje učinkovitih praks z inovativno infrastrukturo za sivo vodo.

Voda za energetski prehod, prehransko varnost in naravo – Vodno inženirstvo je ključnega pomena za uresničevanje globalnega prehoda na druge vire energije, zagotavljanje hrane za vse in optimizacijo naših rešitev v skladu z naravnimi ekosistemi. Ker države po vsem svetu poskušajo zmanjšati svojo odvisnost od energije, so inženirstvo in inovacije ključnega pomena za izboljšanje možnosti obnovljivih virov energije, povezanih z vodo.

• Napredek obnovljive energije z vodnim inženirstvom – Države po vsem svetu spreminjajo svojo energetsko odvisnost, pri čemer voda igra ključno vlogo v rešitvah za obnovljivo energijo. Globalna zmogljivost hidroenergije naj bi se do konca tega desetletja povečala za 17 %, kar poudarja pomen tega vira. Hkrati pa tisoče starih jezov predstavlja izziv, ki zahteva obnovo, vzdrževanje ali odstranitev. Raziskave na področju vodikovega gospodarstva, obnovljivih virov energije, povezanih z vodo, in naprednih hidravličnih tehnologij so ključnega pomena za izboljšanje stabilnosti omrežja in vključitev dopolnilnih obnovljivih virov v energetsko mešanico.
• Obravnavanje varnosti preskrbe s hrano s trajnostnimi rešitvami za vodo – Predviden 50-odstotni porast svetovnega povpraševanja po hrani v naslednjih dveh desetletjih poudarja potrebo po učinkoviti rabi vode v kmetijstvu, ki je največji porabnik vodnih virov. Tehnične inovacije so ključnega pomena za:
  • Optimizacijo kmetijske produktivnosti
  • Izboljšanje učinkovitosti rabe vode
  • Zaščito vitalnih virov vode
• Osnovni procesi, kot so namakanje, odvodnjavanje in nadzor onesnaževanja, lahko znatno izkoristijo izboljšano shranjevanje vode, nadzor pretoka in digitalne tehnologije. Ti napredki omogočajo boljšo porazdelitev, natančno odločanje in pravočasno napovedovanje.
• Zaščita narave z okoljskim inženirstvom voda – Obnova ekosistemov in zaščita biotske raznovrstnosti sta sestavni del okoljskega inženirstva voda. Z združevanjem zelenih in sivih rešitev lahko države obravnavajo izzive varnosti oskrbe z vodo in hkrati ohranjajo zdrave ekosisteme. Ključna področja, na katera se osredotočamo, so:
  • Rešitve, temelječe na naravi (sonaravne rešitve)
  • Obnova ekosistemov, vključno z rekami, mokrišči, vodonosniki in obalami
  • Boljše razumevanje biotičnih in abiotskih interakcij v vodnih sistemih
• Izkoriščanje ekosistemskih storitev skupaj z inženirskimi objekti zagotavlja, da rešitve ostanejo trajnostne in učinkovite.
• Celostni pristop k povezavi med vodo, energijo, hrano in okoljem – Povezava med vodo, energijo, hrano in okoljem predstavlja kompleksno medsebojno delovanje sistemov, ki obsega celoten vodni krog. Prihodnje rešitve morajo biti celovite in večnamenske ter obravnavati medsebojno povezane izzive z inovativnimi, trajnostnimi in prilagodljivimi strategijami.

Izboljšanje odpornosti napram vodnim nevarnostim in ujmam – Ne glede na to, ali je vzrok premalo ali preveč vode, so devet od desetih nesreč v zadnjem desetletju povzročile z vodo povezane naravne nevarnosti. Te vodne ujme predstavljajo resno grožnjo za socialno, gospodarsko in ekosistemsko blaginjo ter se pojavljajo v različnih oblikah: od nevihte, poplav, suše, dviga morske gladine, ciklonov in cunamijev do vrste povezanih hidroloških, klimatoloških ali meteoroloških nevarnosti. Te ujme prizadenejo široko paleto rečnih, jezerskih, obalnih, oceanskih, urbanih in podeželskih območij po vsem svetu.

• Krepitev odpornosti proti vodnim nevarnostim – V okviru globalnih sprememb igrajo inženirji ključno vlogo pri krepitvi našega razumevanja in zmogljivosti za zagotavljanje odpornosti proti vodnim nevarnostim in ujmam. Krepitev odpornosti zahteva tehnične rešitve, ki delujejo v skladu s politiko, upravljanjem in financiranjem. Ti elementi skupaj zagotavljajo prilagodljivo infrastrukturo in urbano okolje, ki je sposobno prenesti negotovo prihodnost.
• Integracija podatkov, sistemov in zaščita ekosistemov – Osrednjega pomena za to poslanstvo so robustni podatkovni in informacijski sistemi, ki izboljšujejo pripravljenost na nesreče. Učinkoviti pristopi vključujejo:
  • Strukturne in nestrukturne ukrepe za zmanjšanje ranljivosti
  • Sisteme zgodnjega opozarjanja in preprečevanja
  • Varstvo ekosistemov za ublažitev posledic nesreč
• Z usklajevanjem inženirskega znanja s temi ključnimi komponentami lahko razvijamo celovite rešitve, ki varujejo skupnosti, gospodarstvo in okolje pred nevarnostmi, povezanimi z vodo.

Digitalna preobrazba – V zadnjih dveh letih je bilo ustvarjenih več podatkov kot v celotni zgodovini človeštva. V kombinaciji s hitro naraščajočo računalniško močjo in povezljivostjo bodo digitalne možnosti močno spremenile celoten vodni krog.

• Nove tehnologije omogočajo pametnejšo in učinkovitejšo prihodnost na področju voda – Nove tehnologije omogočajo boljše upravljanje voda, povečujejo učinkovitost in pospešujejo uresničevanje okoljskih ciljev, opredeljenih v hidrološkem načrtovanju in mednarodnih predpisih. Te inovacije omogočajo dostop do pravočasnih in natančnih podatkov, ki so podlaga za pametnejše odločitve na področju voda. Vendar pa številne kritične vodne storitve še vedno trpijo zaradi neustreznih, manjkajočih ali slabe kakovosti podatkov, kar omejuje njihov potencial.
• Za uresničitev v celoti obljubljene digitalizacije vodnega kroga, moramo ukrepati na vseh ravneh – IAHR se zavzema za napredek digitalne transformacije v vodnem sektorju, pri čemer se osredotoča na 5 ključnih področij, ki so bistvena za trajnostno, na podatkih temelječo prihodnost:
  • Podatki in senzorji: merjenje in spremljanje fizikalnih parametrov v realnem času za natančno predstavitev vodnega kroga.
  • Internet stvari (IoT): Maksimalno izkoriščanje vrednosti obstoječih komunikacijskih protokolov za izboljšanje razporeditve senzorjev in razvoj vključujočih, učinkovitih okolij za spremljanje.
  • Modeliranje: Razvoj naprednih modelirnih sistemov, ki obravnavajo večje prostorske obsege z visoko natančnostjo, integrirajo različne vire podatkov in upoštevajo podnebne dinamike.
  • Umetna inteligenca (AI), veliki podatki in tehnično znanje: sprejetje uravnoteženega pristopa, pri katerem človeško znanje igra osrednjo vlogo pri razlagi spoznanj AI, usmerjanju operativnega izvajanja, podpori odločanja in izboljšanju sposobnosti ekstrapolacije.
  • Digitalni dvojniki: raziskovanje potenciala digitalnih dvojnikov za omogočanje celovitejšega in dinamičnejšega upravljanja vodnega kroga.

Kako IAHR deluje na področju raziskovanja in okoljskega inženirstva voda, poglejmo tematike treh panelnih razprav na 41. kongresu IAHR, ki se je odvijal junija 2024 v Singapurju pod naslovom Inovativno vodno inženirstvo za trajnostni razvoj.

1. Voda, mesta in podnebje – medsebojna prepletenost za trajno prihodnost

Voda ima ključno vlogo v različnih urbanih sistemih, saj prispeva k odpornosti mest na podnebne spremembe. V prometu sistemi za upravljanje z vodo, kot so infrastruktura za odvajanje meteorne vode in protipoplavne pregrade, zagotavljajo, da ceste, železnice in javni promet ostanejo funkcionalni tudi med izrednimi vremenskimi pojavi. V energetskem sektorju je voda bistvena za hladilne sisteme v elektrarnah in za proizvodnjo hidroelektrične energije, zato je učinkovita raba in upravljanje z vodo ključnega pomena za ohranjanje energetske varnosti.

V stanovanjskih in drugih zgradbah tehnologije za varčno ravnanje z vodo, kot so zbiranje deževnice in recikliranje sive vode, zmanjšujejo odvisnost od virov sladke vode, medtem ko zelene strehe in prepustne površine blažijo toplotne otoke in spodbujajo vpijanje meteorne vode.

V javnem zdravju je dostop do čiste vode in učinkovitih sanitarnih sistemov ključnega pomena za preprečevanje bolezni, ki se prenašajo z vodo, zlasti med poplavami. Z vključevanjem vode v te mestne sisteme – prek naravnih rešitev, izboljšav infrastrukture in inovativnih politik – lahko mesta okrepijo svojo odpornost na podnebne spremembe in postanejo bolj prijetna za življenje.

2. Poplavno odporna mesta

Za izboljšanje odpornosti mest na poplave in ekstremne vremenske pojave je potreben celovit pristop, ki združuje izboljšave infrastrukture, proaktivno urbanistično načrtovanje in vključevanje skupnosti. Mesta morajo vlagati v robustne odvodne sisteme, protipoplavne pregrade in stavbe, prilagojene podnebnim spremembam, hkrati pa vključevati zelene rešitve, kot so prepustne površine, mestni gozdovi in obnovljena mokrišča, da bi upravljala z meteornimi vodami.

Sistemi zgodnjega opozarjanja, skupaj z dobro opredeljenimi načrti za pripravljenost na izredne razmere, so ključnega pomena za zmanjšanje škode in zaščito življenj. Strateški predpisi o prostorskem načrtovanju in trajnostne prakse rabe zemljišč pomagajo preprečiti razvoj na poplavnih območjih, medtem ko pobude za povečanje odpornosti na ravni skupnosti zagotavljajo, da so prebivalci obveščeni in pripravljeni.

Z izkoriščanjem podatkov, naprednim modeliranjem in spodbujanjem sodelovanja med sektorji lahko mesta okrepijo svojo sposobnost za soočanje z ekstremnimi vremenskimi pojavi in tako ustvarijo varnejše okolje za svoje skupnosti.

3. Spodbujanje pravičnega in vključujočega prehoda na čisto energijo: strateška vloga hidroenergije

Hidroenergija se odlikuje kot obnovljiv vir energije z nizkimi izpusti ogljika in igra pomembno vlogo pri spodbujanju pravičnega in vključujočega prehoda na čisto (zeleno) energijo. Ne le da znatno zmanjšuje izpuste toplogrednih plinov in pomaga blažiti podnebne spremembe, ampak je njena operativna prožnost bistvena za uravnoteženje prekinitve drugih obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, ter zagotavlja stabilno in odporno omrežje.

Da bi bil naš razvoj resnično trajnosten, je ključnega pomena, da se socialne in okoljske razsežnosti vključijo v vsako fazo prehoda na zeleno energijo. Pravičen prehod mora zagotoviti, da bodo vse skupnosti, zlasti tiste, ki so bile v preteklosti marginalizirane, imele koristi od prehoda na čisto energijo. Ta vključujoč pristop zahteva odprt dialog o inovativnih tehnologijah, strategijah upravljanja in praksah, ki zmanjšujejo socialne in okoljske vplive ter hkrati spodbujajo enakost in socialno pravičnost.