Influenza dei cambiamenti climatici e della ricarica irrigua sui futuri livelli di falda nel bacino Adda - Ticino

Groundwater resources represent a hidden type of resource since it is placed underground and hardly visible, unless they are found to emerge next to mountain and lowland springs. However, groundwater is globally regarded as an essential freshwater resource: about 68% is contained in glaciers, whereas approximately 30% is stored in aquifers against 1% inside surface water bodies. Several regions around the world are heavily dependent on groundwater, especially for drinking and industrial uses. The metropolitan area of Milan (Italy) falls into this category, with an average groundwater abstraction of 6’500 l/s to supply only the aqueduct of the Municipality of Milan. Since groundwater flow below the ground, investigating its hydrogeological properties which regulate the outflow as well as understanding and predicting its dynamics is particularly complex. Moreover, groundwater is influenced by a wide range of factors, that in the case of the study area are the interaction with the surface water network (rivers and streams), the groundwater abstraction for drinking and private uses, the meteoric recharge, the urban areas and the recharge due to the irrigation in the crop fields. The latter element is of extreme importance due to the fact that the irrigation system around Milan is based on an historic network of canals (XIV-XV century) that is mainly utilized to irrigate crop fields with traditional irrigation methods, which determines an important supply of water to the groundwater system. Nowadays, forecasts relating to climate change and its early effects we are witnessing progressively encourage management and control bodies to vary the irrigation techniques in order to save surface water resources disregarding the possible effects on groundwater levels. A complex system, such as the one described before, and the possible political decisions regarding adaptation to climate change require management plans to ensure a sustainable use of this important resource in the area. For instance, the Water Protection and Use Plans (D.G.R. n. 6990 31 July 2017 – Water Protection and Use Plans, PTUA 2016) and the Water Safety Plans requested by the European Union (European Union Directive 2015/1787 – Water Safety Plans, WSP). These management plans need tools that are able to describe the dynamics of the system, including future changes in temperature and precipitation regimes, in order to predict the effects that the different adaptation strategies to climate change will induce. Groundwater models are important and powerful tools to condense a lot of information and make calculations and analysis with complex systems. Here, a basin-scale unsteady-state (2014-2018) flow model (MODFLOW-NWT) is presented. The numerical model evaluates the influence of the climate change and it compares the effects of different choices about water resource management on groundwater levels. The model, implemented in previous works (Capelli, 2021; Scesi et al., 2021), was updated. The updates involved: (i) using updated data for the granted volumes of water in the different irrigation districts; (ii) improving the calculation of recharge with Soil Water Balance 2.0 (Westenbroek et al., 2018), combining daily gridded precipitation and temperature data from E-OBS (Cornes et al., 2018). Moreover, the hydraulic conductivity field was calibrated with the optimization code PEST (Doherty, 2005). The simulation period of the model was extended up to 2100 in order to make groundwater levels predictions. Different scenarios were performed and compared combining the data from the 5° report IPCC and changes in irrigation techniques. The results show that significant reduction of groundwater levels (more than 12 m) can take place when there is a change in the irrigation techniques. On the other hand, the climate changes alone are not able to determine significant impacts on groundwater levels. The study demonstrates that the traditional irrigation methods are vital to preserve the current groundwater levels. Moreover, any variation must be carefully pre-evaluated not to run into depletion of groundwater resource.

La risorsa idrica sotterranea rappresenta una risorsa nascosta in quanto posta nel sottosuolo e difficilmente visibile se non laddove emerge in corrispondenza di sorgenti montane e risorgive di pianura. Tuttavia a livello planetario l’acqua di falda è un’importantissima risorsa di acqua dolce: circa il 68% è immagazzinata nei ghiacciai, mentre negli acquiferi si trova circa il 30% contro l’1% di quella presente nei corpi idrici superficiali. Diverse regioni del mondo sono fortemente dipendenti dall’acqua sotterranea in particolar modo per gli approvvigionamenti idropotabili e del comparto industriale. L’area metropolitana di Milano rientra tra queste, con un’estrazione media dal sottosuolo di circa 6’500 l/s per rifornire il solo acquedotto del Comune di Milano. Proprio perché la falda fluisce nel sottosuolo risulta complesso ricostruire le proprietà idrogeologiche che regolano il deflusso nonché comprenderne e prevederne le dinamiche. Inoltre, le falde acquifere risultano essere influenzate da altri numerosi fattori che nel caso della pianura milanese sono legati alla presenza di numerosi corpi idrici superficiali, ai pompaggi a scopo idropotabile e privato, alla ricarica meteorica, all’influenza delle aree urbanizzate e infine alla ricarica dovuta all’irrigazione delle aree agricole. Quest’ultimo elemento è di estrema importanza in quanto il sistema irriguo milanese è legato ad una rete storica di canali irrigui, risalente al XIV-XV secolo, che prevalentemente viene utilizzata per irrigare i campi con la tecnica a scorrimento che determina un importante apporto di acqua nel sistema idrico sotterraneo. Oggi, le previsioni relative ai cambiamenti climatici e i loro primi effetti che stiamo osservando, spingono gli enti di gestione a variare le tecniche di irrigazione nell’ottica di un risparmio della risorsa idrica superficiale trascurando tuttavia gli effetti che si genererebbero sui livelli idrici sotterranei. Un sistema complesso quale quello descritto e le possibili decisioni politiche di adattamento ai cambiamenti climatici, necessitano di piani di gestione atti a garantire un uso sostenibile di questa importante risorsa nell’area, come i Piani di Tutela ed Uso delle Acque (D.G.R. n. 6990 del 31 luglio 2017 – Programma di Tutela e Uso delle Acque, PTUA 2016) e i Water Safety Plans richiesti dall’Unione Europea (Direttiva dell’Unione Europea 2015/1787 – Water Safety Plans, WSP). Questi piani di gestione hanno bisogno di strumenti che siano in grado di rappresentare le dinamiche del sistema, comprese le future variazioni dei regimi di temperatura e precipitazione, al fine di prevedere gli effetti che indurranno le diverse strategie di adattamento ai cambiamenti climatici. Modelli di flusso idrico sotterraneo risultano essere strumenti molto potenti in grado di integrare tutte queste informazioni e di svolgere analisi e valutazioni previsionali in sistemi di questa complessità. In questo studio, viene presentato un modello numerico (MODFLOW-NWT) in regime transitorio (2014-2018) del bacino Adda-Ticino avente lo scopo di valutare l’influenza dei cambiamenti climatici e di comparare gli effetti di differenti scelte gestionali della risorsa idrica sui livelli di falda. Il modello, implementato nel corso di precedenti lavori (Capelli, 2021; Scesi et al., 2021), è stato aggiornato utilizzando dati aggiornati dei volumi di acqua concessi a scopo irriguo nei diversi comprensori e tenendo conto di una migliore rappresentazione del processo di ricarica meteorica mediante il software Soil Water Balance 2.0 (Westenbroek et al., 2018), combinando dati grigliati di precipitazione e temperature giornaliera forniti da E-OBS (Cornes et al., 2018). Successivamente, il campo di conducibilità idraulica è stato ricalibrato mediante il codice di ottimizzazione PEST (Doherty, 2005). Il periodo di simulazione del modello è quindi stato esteso all’anno 2100 al fine di realizzare delle previsioni sui livelli di falda considerando le proiezioni di precipitazione e temperatura ottenute tramite rielaborazione dei dati del 5° report IPCC ed impostando alcuni scenari di variazione delle tecniche di irrigazione al fine di valutarne l’impatto. I risultati mostrano come i soli cambiamenti climatici non siano in grado di determinare forti impatti sui livelli di falda, mentre variazioni nelle tecniche irrigue utilizzate possano comportare abbassamenti significativi rispetto alle condizioni presenti fino ad oltre 12 m. Lo studio denota quindi che le tecniche di irrigazione oggi utilizzate risultano essere di fondamentale importanza per mantenere i livelli di falda attuali e che eventuali variazioni devono essere attentamente considerate per non incorrere in problematiche di depauperamento della risorsa idrica sotterranea e prosciugamento delle risorgive di pianura.