Scenari di variazione idrologica nel 21. secolo per il fiume Kabul

Natural water resources management is one of the most urgent and of increasing importance challenges for the coming decades, especially in developing countries and in areas with dry or seasonally variable climate, and in view of the impacts of climate change, in term of increasing temperatures and variations in precipitation patterns. The proper management of natural water flows and the rationalization of anthropogenic changes to the hydrological cycle play and will increasingly play a key role to this topic. The first aim of this thesis is to obtain a working and reliable hydrological model for the Kabul river basin, which is divided between Afghanistan and Pakistan, and crosses different climate zones, and also to obtain a model valid at a sub-basin level. The second objective of the study is to evaluate the forecast of the availability of water resources during seasons and over the years, in a context of population growth and infrastructure shortages such as that of the area concerned, and also considering the present and future climate change with related increases in temperature and change in precipitation amount and distribution. A mathematical model for the hydrological cycle is then used, from which flow rates and flow controbutions are obtained for intermediate sections, and this model is calibrated and validated with data available from the two nations. As a support for the observed data, the study was first integrated with the data of the project APHRODITE and then with data from remote sensing, in particular by satellite precipitation calibrated measurements of the Tropical Rainfall Measuring System (TRMM). After calibrating and validating the model with the available flow data for various intermediate sections, simulation of future hydrological regimes has been carried out. Three different RCP (Representative Concentration Pathways) climate scenarios were outlined in the Fifth IPCC climate report: RCP 2.6, 4.5 and 8.5. For each scenario, temperature and precipitation data from three global climate models were used: EC-Earth, ECHAM6 and CCSM4. For each model, a preliminary downscaling procedure was required to obtain future climatic data at the spatial resolution used in the model; next, nine hydrological simulations were carried out until 2100, giving in output the flor rates at the various closing sections, the contribution to flow of snow melt, ice melt and rain, and evapotraspiration. The results of the different simualtions differ depending on the model used, but generally show a future with much higher temperatures, variable precipitaions and reductions or small increases in hydrological regimes.

La gestione delle risorse idriche naturali è una delle sfide più urgenti e di sempre maggiore importanza per i prossimi decenni, specialmente nei Paesi in via di sviluppo ed in quelli dal clima poco piovoso o fortemente variabile a seconda delle stagioni e nell'ottica dell'impatto del cambiamento climatico in termini di aumenti di temperatura e variazione nelle precipitazioni. La corretta gestione dei flussi idrici naturali e la razionalizzazione delle modifiche antropiche al ciclo idrologico rivestono e sempre più rivestiranno un ruolo fondamentale a tal proposito. Primo scopo di questo elaborato di tesi specialistica è quello di ottenere un modello idrologico funzionante ed affidabile per il bacino del fiume Kabul, che si divide tra Afghanistan e Pakistan, ed attraversa diverse zone climatiche, e che questo modello sia valido anche a scala di sottobacino. Il secondo obiettivo dello studio è la valutazione dell'andamento della disponibilità della risorsa idrica durante le stagioni e durante gli anni, in un contesto di crescita della popolazione e scarsità di infrastrutture come quello del territorio in esame, ed inoltre nell'ottica di un cambiamento climatico presente e futuro con un conseguente aumento della temperatura e modifica della quantità e distribuzione delle precipitazioni. E' quindi stato utilizzato un modello matematico per il ciclo idrologico, da cui si ottengono le portate e le componenti del flusso idrologico alle sezioni intermedie, calibrato e validato con i dati a disposizione delle due Nazioni. Come supporto ai dati osservati lo studio è stato integrato dapprima con i dati del progetto APHRODITE, e in seguito con dati provenienti da remote-sensing, in particolare da misure calibrate di precipitazione da satellite del Tropical Rainfall Measuring System (TRMM). Dopo aver calibrato e validato il modello con i dati di portata a disposizione per diverse sezioni di chiusura intermedie, si è proceduto alla simulazione dei regimi idrologici futuri. Sono stati considerati tre diversi scenari climatici RCP (Representative Concentration Pathways) delineati dal Quinto Rapporto sul clima dell'IPCC: RCP 2.6, 4.5 e 8.5. Per ogni scenario si sono utilizzati i dati di temperature e precipitazione di tre modelli climatici globali: EC-Earth, ECHAM6 e CCSM4. Per ogni modello è stata necessaria una procedura preliminare di downscaling, per ottenere i dati climatici futuri con la risoluzione spaziale utilizzata nel modello; in seguito sono state quindi svolte nove simulazioni idrologiche, fino al 2100, che forniscono risultati in termini di portata alle sezioni di chiusura, di contributo al deflusso della fusione nivale e glaciale e di pioggia, di evapotraspirazione. I risultati delle varie simulazioni differiscono a seconda del modello utilizzato, ma mostrano in generale un futuro con temperature molto più alte, precipitazioni variabili e regimi idrologici in riduzione o in lieve aumento.