Impact of multiple sources of uncertainty on Groundwater Recharge

No matter what steps society takes to mitigate its effects, climate change has already demonstrated its ability to affect the hydrologic cycle. Although science has made significant progress to model and forecast its consequences in the future, its effects on the future climate variables are still uncertain, and a comparison of several climate projections reveals a considerable deal of ambiguity. When performing a simulation on a model of future hydrologic conditions, the uncertainty deriving from climate projections propagates on all the outputs, including groundwater recharge. Uncertainty is likewise anchored in the specification of the hydrologic properties of the soil interested by hydrologic models and affects the models’ results. Here, we consider multiple simulations of historical and future climate conditions and analyze how uncertainty in their definition propagates into the quantification of groundwater recharge. As test case for our analysis, we consider the full Lombardy Region (Italy). Four alternative combinations of hydrological inputs for historical climate and two emission scenarios from four general circulation models for future climate are used. At the Regional scale, the results of our simulations indicate only a marginal impact of climate change uncertainty on the annual recharge volumes of the Lombardy aquifer. However, at the sub-Regional scale climate change significantly impacts the groundwater recharge volumes. In particular, in the northern mountain area there is an estimated increases of annual recharge volumes, while the opposite is observed in the southern plain area of the Pianura Padana. Additionally, our analysis suggests that variations in climate change projections have a greater impact on groundwater recharge uncertainty than the impact produced by variations in soil characteristics.

Indipendentemente dalle scelte che verranno adottate per mitigarne gli effetti, il cambiamento climatico ha già dimostrato di essere in grado di influenzare il ciclo idrologico. Sebbene la scienza abbia compiuto grandi progressi nel tentativo di modellarne e prevederne le sue conseguenze future, i suoi effetti sul clima futuro sono ancora incerti, e il confronto tra diverse proiezioni climatiche rivela una notevole dose di incertezza. Eseguendo una simulazione idrologica basata su condizioni climatiche future, l’incertezza derivante dalle proiezioni climatiche si propaga sugli output della simulazione stessa, incluse le stime di ricarica della falda acquifera. L'incertezza è in aggiunta legata alla determinazione e definizione delle proprietà idrologiche del suolo interessate dai modelli idrologici. In questa tesi, si considerano diverse simulazioni di condizioni climatiche storiche e future per analizzare come l'incertezza nella loro definizione si propaghi nella quantificazione della ricarica delle acque sotterranee. Come caso studio per la nostra analisi, consideriamo l'intera regione Lombardia (Italia). Sono stati utilizzati quattro combinazioni alternative di input idrologici per le serie storiche e due scenari di emissione di quattro modelli climatici per le serie future. A scala regionale, i risultati delle nostre simulazioni indicano solo un impatto marginale dell'incertezza dovuta ai cambiamenti climatici sui volumi di ricarica annuale dell'acquifero lombardo. Tuttavia, alla scala sub-regionale i cambiamenti climatici hanno un impatto significativo sui volumi di ricarica delle falde acquifere. In particolare, nell'area montana settentrionale si stima un aumento dei volumi di ricarica annuale, mentre il contrario si osserva nell'area meridionale corrispondente alla Pianura Padana. Inoltre, la nostra analisi suggerisce che le variazioni nelle proiezioni dei cambiamenti climatici hanno un impatto maggiore sull'incertezza della ricarica delle acque sotterranee rispetto all'impatto prodotto dalle variazioni delle caratteristiche del suolo.