Influenza del cambiamento climatico sui volumi di laminazione: sviluppo di un metodo per una progettazione idraulica resiliente

Climate change is deeply changing several aspects regarding the raining events, such as frequency, strength, and the rainstorms’ structure. Because of this, the climate stationarity concept is no longer valid for hydraulic design. The problem is made worse by a fragmented set of regional rules, which do not provide for clear guidance on how to include the future climate scenarios when defining design rainfall or checking hydraulic invariance. At the same time, cities keep growing, and the number of impermeable surfaces increases. These surfaces do not let water enter the soil, causing an increase in runoffs: this makes drainage systems weaker and increases flood risk in urban areas. In this context, this work aims to create a new method to understand how different rainfall assumptions—based on historical data, simple safety increases, and future climate projections—change the required storage volumes needed to guarantee hydraulic invariance. The proposed method combines institutional data, statistical analysis of annual maximum rainfall, construction of LSPP and IDF curves, creation of future rainfalls using the Morphing method (through the WeatherShift™ platform), and dynamic modelling in SWMM. The analysis considers three design conditions: • Condition A: historical climate based on observed IDF curves. • Condition B: a precautionary 20% increase in historical intensities. • Condition C: future scenarios based on climate projections RCP 4.5 and RCP 8.5, for the periods 2026–2045 and 2081–2099, using several percentiles (5th–95th). The method was applied to a real case study: the design of a Data Center campus in the Monza and Brianza district, Lombardy. A complete hydraulic model was built, including the drainage network and the storage basins. In total, 150 simulations were run for the historical condition, the precautionary condition, and the future climate scenarios, in order to estimate the storage volumes. Varying the design conditions, several differences can be observed: the historical condition underestimates future extreme events, while the 20% increase method, although producing larger volumes, is often too high and not consistent with how extreme rainfall is changing. For this reason, even if it produces bigger volumes, the 20% increase cannot be considered resilient. In hydraulic design, resilience does not mean building bigger structures but building more suitable ones—able to properly work under current conditions and also adapt to the changing nature of extreme rainfall, which does not increase uniformly but changes in structure, timing, and critical duration. In contrast, future climate scenarios show intensity trends that better match the physical processes of climate change, especially for critical durations. This confirms that non-stationarity cannot be represented by a simple uniform percentage increase. This work shows the importance of moving beyond traditional methods based on stationarity and arbitrary increases, highlighting how using future climate scenarios in a systematic way can reduce uncertainty, avoid oversizing, and support more informed design decisions. In a context where climate non-stationarity is now a reality, the proposed methodology is a concrete step toward modern, robust, and truly adaptive hydraulic design.

Il cambiamento climatico sta modificando in modo profondo la frequenza, l’intensità e la struttura degli eventi di pioggia, mettendo in crisi l’assunzione di stazionarietà che ha storicamente guidato la progettazione idraulica. Tale criticità è accentuata da un quadro normativo frammentato, composto da regolamenti regionali privi di indicazioni univoche riguardanti l’integrazione gli effetti climatici futuri nella verifica dell’invarianza idraulica. Parallelamente, la crescente urbanizzazione comporta un aumento delle superfici impermeabili, che riducono la capacità del suolo di assorbire l’acqua piovana e intensificano il deflusso superficiale. Questo rende i sistemi di drenaggio più vulnerabili e contribuisce ad amplificare il rischio idraulico nelle aree urbanizzate. In questo contesto, il presente elaborato si pone l’obiettivo di sviluppare una metodologia innovativa utile per valutare come diverse ipotesi di precipitazione influenzino i volumi di laminazione necessari a garantire l’invarianza idraulica. La metodologia innovativa proposta, integra fonti istituzionali, analisi statistiche delle massime annuali, costruzione di curve LSPP e IDF, generazione di piogge future mediante il metodo Morphing (implementato tramite la piattaforma WeatherShift™) e modellazione dinamica in SWMM. L’analisi considera tre condizioni di progetto: • Condizione A: clima storico basato su curve IDF osservate; • Condizione B: incremento cautelativo del 20% delle intensità storiche; • Condizione C: scenari futuri basati su proiezioni climatiche RCP 4.5 e RCP 8.5, per gli orizzonti 2026–2045 e 2081–2099, analizzati attraverso diversi percentili (5°–95°). La metodologia è stata applicata a un caso studio reale, ovvero la progettazione di un campus Data Center sito nella provincia di Monza e Brianza, in Lombardia, per il quale è stato realizzato un modello idraulico completo. Sono state eseguite complessivamente 150 simulazioni numeriche, relative alla condizione di progetto storica, a quella cautelativa e agli scenari climatici futuri indagati, atte a stimare i volumi di laminazione. I risultati evidenziano differenze marcate tale le condizioni di progetto: la condizione storica tende a sottostimare gli eventi estremi futuri, mentre la maggiorazione cautelativa del 20% risulta eccessiva e non coerente con l’evoluzione reale delle precipitazioni estreme. Per questo motivo, anche se tale approccio genera volumi più grandi, non può essere considerato resiliente. Infatti, la resilienza, in ambito idraulico, non significa realizzare opere più grandi, ma opere più adeguate, cioè capaci di funzionare correttamente non solo nelle condizioni attuali, ma capaci soprattutto di adattarsi all’evoluzione delle precipitazioni estreme, che non aumentano in modo uniforme, ma cambiano struttura, distribuzione temporale e durata critica. Al contrario, gli scenari futuri mostrano andamenti delle intensità più coerenti con le dinamiche fisiche del cambiamento climatico, soprattutto nelle durate critiche, confermando come la non stazionarietà non possa essere adeguatamente rappresentata da un semplice incremento percentuale uniforme. Il lavoro dimostra quindi l’importanza di superare le logiche tradizionali basate sulla stazionarietà e sugli incrementi arbitrari, evidenziando come l’utilizzo sistematico degli scenari climatici futuri consenta di ridurre l’incertezza, evitare sovradimensionamenti e supportare decisioni progettuali più consapevoli. In un contesto in cui la non stazionarietà climatica è ormai una realtà consolidata, la metodologia proposta vuole rappresentare un passo concreto verso una progettazione idraulica moderna, robusta e realmente adattiva.