Climate change impacts on surface hydrology and aquifers in the Po Valley: a focus on the Ticino-Adda catchments

Climate change effects on the hydrological cycle of the Po Basin are already significant. Groundwater takes longer to respond to climate change with respect to surface waters, thanks to the soil and rock coverage. Nevertheless, also the groundwater is suffering, and the population growth and the increase in water demand is likely to cause the groundwater depletion in the following years. The management of groundwater resources requires the assessment of water exchanges between surface and subsurface bodies, making thus necessary the development of a holistic approach to safeguard water resource availability in the future. This work aims to frame a comprehensive modelling chain made up of climate, hydrological, hydraulic, and hydrogeological tools, to improve the present state of the art of hydrological modelling within a climate change context. The physically based hydrological model Poli-Hydro was set up for the study area nested in the Po Basin, supported by weather, snow, and hydrological data validation. It was fed with Global Circulation Models’(GCMs) outputs in response to several emission scenarios provided in the latest Assessment Report 6 of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) to simulate the future hydrological conditions. Then, it was coupled with an HECRAS hydraulic modelling to provide the hydraulic characterization of the main rivers of the study area. To gain reliable results and to increase confidence in climate and hydrological projections, an ex post validation of GCMs was also pursued. The methodology was then applied to a CAP Holding project aiming at assessing the hydrological flows in Lombardy Alpine rivers and their connections with the underground aquifer under potential climate change scenarios, to delineate sustainable groundwater management strategies.

Gli effetti del cambiamento climatico sul ciclo idrologico dei bacini della pianura padana sono già notevoli. I sistemi di acque sotterranee impiegano più tempo a rispondere ai cambiamenti climatici rispetto alle acque superficiali, grazie alla copertura data dal terreno e dalla roccia. Ciò non vuol dire che ne siano immuni e unitamente alla crescita della popolazione e della domanda di acqua da parte di tutti i settori si potrà assistere nei prossimi anni all’impoverimento della falda aquifera. La gestione delle acque sotterranee non può prescindere dallo studio delle dinamiche del ciclo idrologico superficiale, richiedendo pertanto lo sviluppo di un approccio olistico volto alla ricerca di tecniche per la salvaguardia della risorsa idrica. Questo lavoro di tesi si pone come obiettivo lo sviluppo di una catena modellistica composta da modelli climatici, idrologi, idraulici e idrogeologici per cercare di ampliare lo stato dell’arte relativo alla modellazione idrologica in contesto di cambiamenti climatici. L’area di studio comprende un ampio bacino della pianura Padana, per il quale il modello idrologico fisicamanete basato Poli-Hydro è stato calibrato con il supporto di dati meto, nivali e idrologici. Successivamente, sono stati forniti come input per il modello le proiezioni di precipitazione e temperatura derivanti dai modelli di circolazione globale (GCM), in risposta a diversi scenari di emissione contenuti nell’ultimo rapporto (AR6) dell’Intergovernamental Panel on Climate Chnage (IPCC), ottenendo gli scenari idrologici per l’area di interessa. Il modello idrologico è stato poi utilizzato per fornire portate fluviali ad un modello idraulico sviluppato in HECRAS per la caratterizzazione idraulica dei fiumi all’interno del bacino di interesse. Per aumentare l’affidibilita dei risultati ottenuti e poterli utilizzare con maggiore confidenza in ambito di gestione della risorsa idrica, le proiezioni climatiche e idrologiche sono state validate attraverso un’analisi ex post degli output forniti dai GCMs. La metodologia è stata infine applicata ad un progetto finanziato dal Gruppo CAP, il cui scopo è quello di valutare i deflussi idrologici nei principali fiumi Lombardi e la loro influenza sulla falda acquifera sotto scenari di cambiamenti climatici, per definire delle potenziali strategie di gestione sostenibile della risorsa idrica sotterranea.