GIS-based exploration of potential water storage solutions for sustainable rice irrigation in the Ticino river basin in response to climate change

This thesis addresses the challenges posed by climate change to rice irrigation in the Ticino River Basin, located in Lombardy, Italy—a region with a long-standing tradition of rice farming that is crucial to its economy and cultural identity. Rice paddies are particularly vulnerable to climate shifts, as they depend on stable water supplies. The region is now experiencing rising temperatures and altered rainfall patterns, resulting in reduced water availability, which threatens the steady water supply that rice fields need, particularly during key growing seasons. These changes threaten the region’s agricultural heritage, economic stability, and food security. The study begins with an overview of the Ticino River Basin, including its geography, hydrology, and climate data. Using Geographic Information Systems (GIS), changes in rice fields over time are analyzed, driven by socio-economic and environmental factors. Additionally, changes in water surfaces are examined to assess their impact on rice irrigation and farming. By considering future climate scenarios and historical changes in the rice fields and water resources, the findings emphasize the urgent need for adaptive strategies to secure a reliable water supply for sustainable rice irrigation and to protect the region’s agricultural heritage. The research identifies technically feasible locations for water storage solutions, such as reservoirs and ponds, considering factors like topography, proximity to rice fields and rivers, flood hazard zones, and land use, while carefully avoiding protected areas to preserve the ecological integrity of the region. A case study of the Pavia region is presented, highlighting it as a prime location for water storage solution. A SWOT analysis identifies the strengths, weaknesses, opportunities, and threats specific to the area. The thesis also proposes a design to connect reservoirs and ponds with key elements of the rural landscape, including historic centers, productive sites, and heritage areas, ensuring these systems are harmoniously integrated into the region’s landscape while respecting its historical development. These recommendations follow an agro-ecological approach aimed at preserving the cultural and ecological heritage of the Ticino River Basin’s rice landscapes. In conclusion, this thesis provides practical solutions to the water management challenges posed by climate change, ensuring sustainable rice irrigation and preserving the cultural and ecological heritage of the Ticino River Basin for future generations.

Questa tesi affronta le sfide poste dai cambiamenti climatici all'irrigazione del riso nel bacino del fiume Ticino, situato in Lombardia, Italia—una regione con una lunga tradizione nella coltivazione del riso, fondamentale per la sua economia e identità culturale. Le risaie sono particolarmente vulnerabili ai cambiamenti climatici, poiché dipendono da un approvvigionamento idrico stabile. La regione sta attualmente affrontando l'aumento delle temperature e variazioni nei modelli di precipitazione, con una conseguente riduzione della disponibilità d’acqua, minacciando l’approvvigionamento idrico costante necessario per le risaie, soprattutto durante le stagioni di crescita critiche. Questi cambiamenti mettono a rischio il patrimonio agricolo della regione, la sua stabilità economica e la sicurezza alimentare. Lo studio inizia con una panoramica del bacino del fiume Ticino, analizzandone la geografia, l’idrologia e i dati climatici. Attraverso l’uso dei Sistemi Informativi Geografici (GIS), vengono analizzati i cambiamenti nel territorio destinato alla coltivazione del riso nel tempo, determinati da fattori socio-economici e ambientali. Inoltre, vengono esaminati i cambiamenti delle superfici idriche per valutare il loro impatto sull'irrigazione e sulla coltivazione del riso. Considerando scenari climatici futuri e i cambiamenti storici nelle risaie e nelle risorse idriche, i risultati evidenziano l’urgente necessità di strategie di adattamento per garantire un approvvigionamento idrico affidabile per un’irrigazione sostenibile e per proteggere il patrimonio agricolo della regione. La ricerca identifica le aree tecnicamente idonee per soluzioni di accumulo idrico, come bacini e laghetti, tenendo conto di fattori quali la topografia, la vicinanza alle risaie e ai corsi d’acqua, le zone a rischio di alluvione e l’uso del suolo, evitando con attenzione le aree protette per preservare l’integrità ecologica della regione. Viene presentato un caso studio relativo alla regione di Pavia, evidenziandola come un’area particolarmente adatta per l’implementazione di soluzioni di stoccaggio idrico. Un’analisi SWOT individua i punti di forza, le debolezze, le opportunità e le minacce specifiche della zona. La tesi propone inoltre un progetto per collegare bacini e laghetti con gli elementi chiave del paesaggio rurale, tra cui centri storici, siti produttivi e aree di valore storico, assicurando che tali sistemi siano armoniosamente integrati nel paesaggio della regione nel rispetto del suo sviluppo storico. Queste raccomandazioni seguono un approccio agro-ecologico volto a preservare il patrimonio culturale ed ecologico dei paesaggi risicoli del bacino del Ticino. In conclusione, questa tesi fornisce soluzioni pratiche per affrontare le sfide della gestione idrica poste dai cambiamenti climatici, garantendo un'irrigazione sostenibile del riso e preservando il patrimonio culturale ed ecologico del bacino del fiume Ticino per le generazioni future.