Kan en plats där vatten är svårt att komma förbi och värme är svår att undkomma upprätthålla en växande befolkning?

Vissa säger att det inte kan insisterar på att städer inte har någon plats i öknen. Med tanke på noggrant övervägd och gemensamt uttänkt vattenförvaltning, stadsplanering och arkitektur, University of Arizona experter Sharon Megdal, Ladd Keith och Christopher Domin säger något annat.

Till skillnad från framtiden för ökenboende, utmaningarna är okomplicerade och okontroversiella. Dom är, huvudsakligen, vattenbrist och värme.

Människor är inte i sig väl förberedda att hantera någondera, och ändå har civilisationer gjort hem till ogästvänliga öknar i århundraden. I södra Arizona, långt innan den hyllade arkitekten Judith Chafee byggde sitt berömda Ramada-hus 1975 och undervisade vid UA, Hohokam bebodde landskapet, från floderna Salt och Gila för att försörja sig.

Men den nya, oslagbar utmaning för centrala och södra Arizona – hem till 531, 000 personer i Tucson och 1,62 miljoner i Phoenix – är att delstatens befolkningstillväxt rankades femte högst i USA förra året. Antalet Arizonabor i behov av vatten och andrum från brännande värme är stort och växer.

Det är en utmaning som kräver optimism och uppfinningsrikedom.

Med anledning av Jordens dag (22 april), Megdal förklarar hur Arizonas ökenstäder hittar sätt att bevara och återanvända sin knappa vattenförsörjning, Keith visar hur nyutvecklade värmekartor möjliggör kloka planeringsbeslut, och Domin pratar om strategiska, hållbar arkitektur.

Från grunden:Arizonas vattensystem

Uppfinnsamhet och optimism kommer lätt för Sharon Megdal, en expert på vattenförvaltning. Hon är chef för UA:s Water Resources Research Center, eller WRRC, och en begåvad professor i jord, vatten- och miljövetenskap.

"Arizona går i riktning mot att bättre utnyttja de vattenresurser vi har, " säger hon. "För när du har en växande befolkning i öknen och du vill ha en levande ekonomi och mer tillväxt, du måste vara smart när det gäller vattenanvändning."

För att förstå Arizonas vattenframtid, Megdal säger att vi först måste förstå dess förflutna.

1902, President Theodore Roosevelt inrättade U.S. Bureau of Reclamation. Dess första stora vattenprojekt var att skapa dagens Salt River Project, inklusive byggandet av en serie dammar som skulle dra vatten från Salt- och Verdeflodens vattendelar och leverera det till Phoenix. Den mest synliga och dyraste av dessa var Roosevelt Dam i Globe, färdig 1911.

"Tanken var att utnyttja vatten från vattendelen och föra ner det till detta bördiga område för jordbruk, säger Megdal.

Till skillnad från Yuma, ligger precis längs Colorado River, Phoenix – som precis höll på att bli ett jordbruksnav i början av 1900-talet – behövde ett vattensystem byggt från grunden.

Tack vare tillkomsten och populariseringen av luftkonditionering och storskaliga brunnar för att pumpa grundvatten, öknen hade blivit en mycket mer levande plats på 1950 -talet. Och med trupper som kommer hem från andra världskriget och vill slå sig ned med sina familjer, Amerikanerna flyttade till Arizona i flock.

När statens befolkning växte, markägare började pumpa fossilt vatten från underjorden med nästan ingen reglering. Faktiskt, Tucson hade blivit landets största storstadsområde som enbart var beroende av grundvatten.

Arizona utarmade sina akviferer i en alarmerande takt.

1968, President Lyndon B. Johnson godkände byggandet av en 336 mil lång kanal för att föra vatten från Coloradofloden till de centrala och södra delarna av staten. Det skulle kallas Central Arizona Project, eller CAP.

När den federala regeringen insisterade på att Arizona skulle ta itu med överanvändning av sitt fossila vatten innan den gav finansiering till den nya kanalen, grundvattenförvaltningslagen från 1980 föddes. Handlingen betecknade Phoenix, Tucson, Pinal County och Prescott som "aktiva förvaltningsområden, "krav på bevarande av jordbruket, industriella och kommunala användare i dessa områden. Den nya lagen hjälpte till att förhindra överanvändning av grundvatten i hela staten.

Tretton år och 4 miljarder dollar senare, den gemensamma jordbrukspolitiken var fullbordad. i dag, den levererar drygt 20 procent av statens vatten.

Ansvar och motståndskraft

Att skapa infrastruktur och policy som stöder hållbar vattenanvändning i öknen tar tid, pengar och expertis. Och, som historien visar, den kommer med en brant inlärningskurva.

Enligt Megdal, medan det alltid finns utrymme för förbättringar, både Tucson och Phoenix tar sig an utmaningen nu mer än någonsin. I båda städerna, vattenanvändningen per capita minskar. I Tucson, den totala användningen av vatten är densamma idag som för 30 år sedan, när stadens befolkning var närmare 420, 000.

"Vi blir mer effektiva i vår vattenanvändning, säger Megdal.

En av anledningarna till detta, hon säger, är vattenåtervinning och återanvändning. Pima County har ett avloppsreningsverk som kan behandla vatten så att det inte bara uppfyller standarder för bevattning, men mänskligt bruk. Staten använder också sina akviferer på ett smart sätt via laddning och återvinning.

"Tucson har länge varit känt för sin etik om vattenbesparing, ", säger Megdal. "Med ökad dialog mellan arkitekter, vattenplanerare och markanvändningsplanerare, Tucson kommer att fortsätta att klara sig mycket bra mot andra ökenstäder i sydväst."

Kartlägga värme i stadsöknen

Ladd Keith, en expert på stadsplanering, håller med. Keith är planeringsföreläsare och ordförande för programmet Sustainable Built Environments vid UA's College of Architecture, Planering och landskapsarkitektur.

Förutom vattenbrist, Keith säger, ökenstäder som Tucson måste räkna med något som kallas urban heat island -effekten. Betong, asfalt och byggnader behåller värme, och på natten avger de värmen som de lagrat under dagen till den omgivande luften, hålla temperaturen hög även över natten.

Keith leder ett forskningsprojekt för att ta reda på hur fyra städer i sydväst-Phoenix, Tucson, Albuquerque och Las Cruces – använder temperaturdata, visualiseras med röda (heta) och gröna (kallare) färgkodade värmekartor för att informera planering och beslutsfattande.

Det tvååriga projektet startade hösten 2017, och Keith säger att teamet – som också inkluderar UA Institute of the Environments biträdande forskare Ben McMahan och landskapsarkitekturstudenten Tess Wagner – redan har några användbara resultat.

För en sak, han säger, 2008, Tucson blev den första av de fyra städerna att skapa sin värmekarta, som hanteras av Pima Association of Governments och tillgänglig online. Både Albuquerque och Las Cruces skapade kartor i slutet av 2017. Medan Phoenix har gjort kartor för flera initiativ, det är den enda av de fyra städerna som inte har en stadsövergripande karta allmänt tillgänglig.

"En del kanske tycker att det är förvånande, men Tucson är verkligen ledande i sin användning av värmekartan och har varit transparent från tidigt, " säger Keith.

Genom forskning, Keith och hans team har upptäckt att Tucsonans aktivt använder värmekartan för att fatta beslut.

När Tucsons borgmästare Jonathan Rothschild lanserade sin 10, 000 träd initiativ, hans kontor konsulterade värmekartan för att bestämma var han skulle plantera. Områden som möter en allvarligare värmeöeffekt skulle ha fler träd för att motverka de högre temperaturerna. Tucson har använt kartan för att utvärdera omarbetningstillstånd för föreslagna utvecklingar och bestämma krav på landskapsarkitektur. Conserve2Enhance-programmet, skapad av Megdals team vid WRRC, ger inte bidrag till lokala miljöförbättringsprojekt innan du först rådfrågade - du gissade det - värmekartan.

"Inte för att vi inte har mer att göra, men Tucson är ett exempel på var många andra städer skulle vilja åka, "Säger Keith.

Under paraplyet "mer arbete att göra" är att Tucsons värmekarta bara är baserad på en termisk satellitbild och inte är markverifierad, vilket betyder att det är svårt att säga hur det kan jämföras med genomsnittliga klimatförhållanden.

Pockets of Respite

Om ökenstäder ska vara verkligt hållbara oaser, det kommer inte att bli genom att "täcka hela staden och göra den svalare på en gång, " säger Keith. Att göra det skulle vara omöjligt.

"Det kommer att handla om att skapa bekväma mikroklimat vid byggnader och platser där människor arbetar och leker och går i skolan, och sedan se till att vi har coola korridoranslutningar så att människor bekvämt kan gå dit de ska, " han säger.

Det är där riktad användning av en värmekarta och genomtänkt designad arkitektur kommer väl till pass.

Designa för öknen

Värmekartläggning kan berätta var du behöver skapa mer svalka och komfort, men det kan inte berätta hur. Keiths kollega, Christopher Domin, burk. Domin är docent i arkitektur vid UA och författare till en kommande bok om Judith Chafees liv och verk. Han är specialiserad på regional teknik.

"Som arkitekt och utbildare, Jag är förtjust över lektionen som öknen ger, " säger Domin. "Om du tittar på hur växter och djur överlever i detta klimat, de kan lära människor en hel del om hur man anpassar sig till detta ekosystem och överför dessa idéer till byggda miljöer."

Kan en kontorsbyggnad, restaurang, skolan eller hemmet överlever inte bara hårdheten i öknen, men vara hållbar och bekväm för dem som bor där? säger Domin:Ja, med rätt designstrategi.

Under hela tiden, rätt design har tagit många former.

Domin påpekar att eftersom trä alltid har varit ont om i öknen, människor historiskt har byggt med jord. De två primära teknikerna är konstruktion av ramjord jord - skiktning av blandningar av silt, grus och lite lera – och adobe blockkonstruktion, där tegel är gjorda av lera och halm.

"Dessa material tillsammans med traditionella byggnadselement kan hjälpa oss att leva nådigt i detta klimat, " säger Domin. "Bortsett från att vara tillgänglig i överflöd, dessa material gör det möjligt för invånarna att utnyttja vår höga dygnstemperaturförskjutning till att kyla utrymmen under dagen och värma dem på natten."

Domin noterar att även om jordbaserad konstruktion blev mycket mindre vanlig i luftkonditioneringens tidsålder, dessa traditionella material gör comeback när ökenstäder ombildar sig och gör om sig själva för en framtid där hållbarhet är ett sätt att överleva.

Under 2012, Tucson lade till ändringar i sin bostadskod, anser att oisolerade adobe och rammade jordväggar överensstämmer.

På 1920- och 30-talen, människor som bor i Tucson och Phoenix byggde sovande verandor för att hålla sig svala hela natten. På kvällen, de skulle migrera till dessa sovande verandor och hänga lakan indränkta i vatten längs verandans sidor.

"Detta möjliggjorde förångningskylning före tillkomsten av luftkonditionering, " säger Domin. "Människor hittade sätt att leva i hem som mötte behoven i ökenklimatet."

Till och med UA sovsalar som Maricopa Hall hade en gång inbyggda sovande verandor.

Framsteg inom luftkonditionering, tillsammans med betong och andra nya byggmaterial, tillät ökenbor att vara mindre medvetna om sina vanor och rutiner. Domin säger att när vi försöker återvända till en mer nådig sorts tillvaro, även när befolkningen växer, bra design kommer att ta hänsyn till värmeöeffekten.

Det är en slags kalkyl, han säger:"Skapa mer skugga och ta bort betong."

Tucson -arkitekturen har ofta tydligt stora överhäng (exempel:Old Main) i syfte att skapa skugga, men Domin säger att välplacerad landskapsplanering kan skapa skugga, för. Tucson har ökenlandskapsförordningar för både offentliga projekt och bostadsprojekt. Förordningarna säkerställer ansvarsfulla metoder såsom effektiv bevattning, skörd av vatten och bevarande av inhemska växter.

Medan arkitekter i sydväst fortfarande är mycket beroende av material som betongblock, Domin talar om alternativ:"Ganska ofta designar arkitekter med tuffa material för att möta tuffheten i Sonoranöknen."

Zink, han säger, är ett sådant exempel. Zinktak och väggbeklädnad är hållbar, långvarig och har giftfri avrinning, vilket betyder att dess effekt på landskapet och akvifererna är godartad.

Arkitekter kan också designa utrymmen som håller människor svala genom att överväga ventilation och solvinklar. En smalare byggnad (säg, ett rums djup) kommer att uppmuntra en bris att flöda genom, snarare än att bli avskuren av inre korridorer. Också, placera byggnader längs öst-västaxeln, med den längsta sidan av byggnaden i söderläge, och minimera fönster som vetter mot väster, håller mer värme ute.

Lätt? Nej. Uppnåeligt? Ja.

Vad Megdal, Keith och Domin klargör är att ökenboende kräver en vilja att få det att fungera och en etik för att göra det utan att utarma miljön. Det är en osäker balans, en som forskare blir allt mer medvetna om - och Arizonabor försöker i allt större utsträckning göra bra ifrån sig.

Det är lätt? Alla tre säger nej. Men är ökenboende givande och genomförbart på ett hållbart sätt? Ja, så länge växande befolkningar förblir innovativa, anpassningsbar och villig att bevara.

Öknen är ett unikt landskap som kommer med unika utmaningar. Men för de som fortsätter att flytta hit, det är värt det. "Öknen är ett välkomnande, vacker plats att bo, är det inte?" säger Megdal, leende.

Hennes fråga, självklart, är retoriskt.