Progetti di ricerca Hydro-CH2018

Uno degli obiettivi di Hydro-CH2018 è approfondire la comprensione del processo idrologico per colmare le lacune conoscitive sugli effetti che i cambiamenti climatici hanno sulle risorse idriche in Svizzera. A tale scopo sono stati eseguiti diversi progetti di ricerca in collaborazione con numerosi istituti di ricerca svizzeri.


Informazioni migliori sull'irrigazione a fini agricoli in Svizzera (SwissIrrigationInfo)

[in corso - il completamento del progetto è previsto per il 2023]

La pressione sulle risorse idriche aumenta anche a causa del progressivo cambiamento climatico. I nuovi scenari idrologici prevedono un netto calo dei deflussi in estate, in particolare nell'Altipiano. Al contempo, il fabbisogno di irrigazione in agricoltura è destinato a crescere a causa dell'aumento delle temperature. Oggi è difficile valutare se e dove tali cambiamenti potrebbero generare a lungo termine conflitti d'uso, poiché mancano dati sul consumo d'acqua ai fini dell'irrigazione agricola relativi a gran parte dei Cantoni e all'intera Svizzera. Tuttavia, tali informazioni sono di fondamentale importanza per l'individuazione precoce, la pianificazione a lungo termine, la prevenzione dei conflitti d'uso dell'acqua come pure per la protezione degli ecosistemi.

Qui entra in gioco il progetto «SwissIrrigationInfo», il cui obiettivo è quello di raccogliere sistematicamente i dati disponibili sull'uso dell'acqua in agricoltura (p. es. da Cantoni, Comuni, dalle cooperative di irrigazione ecc.). Su questa nuova base, è possibile stabilire il consumo d'acqua attuale e passato nell'agricoltura; inoltre, con l'ausilio di scenari agricoli e climatici, è possibile sviluppare anche uno strumento per stimare la futura domanda di acqua.

I risultati del progetto costituiranno quindi una base importante per una pianificazione lungimirante e sostenibile delle risorse come pure per l'individuazione precoce di conflitti d'uso dell'acqua (p. es. nella pianificazione di progetti d'irrigazione). Inoltre, attuano la misura PA2-s1 «Rilevamento dei dati sul fabbisogno idrico in Svizzera» del secondo piano d'azione Adattamento ai cambiamenti climatici.
 

Eventi di siccità in Svizzera: cause meteorologiche e sovrapposizione di siccità di natura meteorologica, idrologica e agricola (COM-DROUGHTS)

[in corso - il completamento del progetto è previsto per il 2023]

A causa del riscaldamento climatico, in Svizzera si prevede un aumento della siccità Stando ai più recenti scenari idrologici, nell'Altipiano, nel Giura e in Ticino si assisterà in futuro a una diminuzione dei deflussi in estate e al contempo a un aumento dell'utilizzo di acqua, specialmente nel settore agricolo. Bisogna quindi aspettarsi eventi di siccità come quelli del 2003 o del 2018 e carenze d'acqua più frequenti.
Si sa ancora poco sull'origine e sulla concomitanza di eventi (compound events) dei tre tipi di siccità (idrologica, agricola e meteorologica). L'obiettivo del presente progetto è pertanto quello di esaminare detti eventi sulla base dei dati dei nuovi scenari idrologici Hydro-CH18 e di valutarne i futuri mutamenti. In particolare, saranno analizzate anche le condizioni (preliminari) meteorologiche associate alla siccità idrologica. Ciò presenta un grande potenziale per migliorare la previsione e il rilevamento precoce della siccità.
I risultati servono come base per l'adattamento ai cambiamenti climatici nell'ambito della siccità come pure per la pianificazione sostenibile delle risorse idriche. Inoltre, il progetto contribuisce alla realizzazione della misura PA1-ga10 «Diagnosi precoce della siccità» del primo piano d'azione Adattamento ai cambiamenti climatici.

Aggiornamento degli scenari idrologici sulla base dei nuovi scenari climatici

In che modo si modificano le portate nei diversi scenari climatici?

Procedura

Con il modello PREVAH-UniBE sono stati calibrati e validati in totale 93 bacini imbriferi (stazioni dell’UFAM) che coprono diversi regimi di deflusso (pluviale, nivale, glaciale, sudalpino) ed estensioni (10-1700 km2). Per ogni bacino imbrifero sono state quindi calcolate serie temporali del deflusso per diversi scenari di emissione (RCP2.6, 4.5, 8.5) con risoluzione giornaliera. Le portate giornaliere risultanti sono state analizzate in relazione a diversi indicatori di acque medie, piena e magra. Poiché i nuovi scenari climatici sono disponibili in maniera continuativa lungo un periodo di 120 anni, per la prima volta è possibile determinare anche il momento in cui si verificano variazioni significative della portata.

Risultati principali

  • Le variazioni significative della portata si verificano tendenzialmente prima nei bacini imbriferi a quote più elevate che in quelli dell’Altipiano.
  • Ulteriori risultati sono disponibili nell’Atlante interattivo del NCCS e nell’Atlante idrologico della Svizzera HADES.

Quantificazione dell’incidenza della neve e dello scioglimento dei ghiacciai sulla portata

Schnee- und Gletscherschmelze
Vista dal Pizzo Tagliola verso la Val Maighels e il ghiacciaio Maighels (Reno Anteriore).
© Markus Weiler

Quali effetti hanno lo scioglimento dei ghiacciai e il ritiro del manto nevoso?

Procedura

Le percentuali di deflusso da pioggia, scioglimento della neve e dei ghiacciai sono state determinate in 190 bacini imbriferi di testa ghiacciati delle Alpi svizzere con il modello idrologico HBV Light-UniZH. I moduli relativi a neve e ghiacciai del modello sono stati appositamente adattati per rappresentare nel miglior modo possibile il manto nevoso e i ghiacciai. La calibrazione del modello è stata effettuata sulla base dei dati di portata, della copertura nevosa e dei dati dei ghiacciai. La disponibilità capillare dei dati relativi alla copertura nevosa e alla superficie dei ghiacciai ha consentito di calcolare le percentuali di deflusso anche per le aree senza dati di portata.

Risultati principali

Il contributo complessivo dallo scioglimento dei ghiacciai dei 190 bacini imbriferi di testa rappresenta oggi l’8 per cento della portata annua e senza misure di protezione del clima scenderà a meno del 2 per cento verso la fine del secolo. Senza misure di protezione del clima (RCP8.5), il contributo della neve passerà dall’attuale 34 per cento della portata annua al 25 per cento alla fine del secolo.


Scenari idrologici basati su dati climatici ad alta risoluzione

Quali effetti ha la variabilità naturale dei dati climatici sugli scenari idrologici?

Procedura

Per nove proiezioni climatiche di CH2018 è stata simulata la variabilità naturale dell’atmosfera con l’ausilio di un generatore meteo. Per i tre bacini imbriferi di Thur, Kleine Emme e Maggia è stato così possibile calcolare con elevata risoluzione temporale e spaziale i parametri meteorologici (p. es. valori orari delle precipitazioni) attesi in condizioni climatiche future. Sulla base di tali dati climatici sono stati quindi calcolati degli scenari idrologici con il modello idrologico Topkapi-ETH. I risultati sono stati confrontati con la variabilità naturale attuale.

Risultati principali

  • I modelli mostrano variazioni nelle precipitazioni annue già per il periodo 2020-2049. Le variazioni sono però superiori all’attuale variabilità naturale soltanto in uno scenario senza misure di protezione del clima e alla fine del secolo.
  • L’intensità delle forti precipitazioni può variare considerevolmente nel raggio di brevi distanze, anche all’interno dello stesso bacino imbrifero. Per esempio, verso la fine del secolo le forti precipitazioni nel bacino della Kleine Emme e della Thur aumenteranno alle quote più basse, registrando invece un calo tendenziale alle quote più elevate.
  • Senza misure di protezione del clima, da qui alla fine del secolo i valori orari delle forti precipitazioni segneranno un aumento (mediana attorno al 5% per la Thur e la Kleine Emme e attorno al 20% per la Maggia). Tale aumento, calcolato sia per gli eventi di forti precipitazioni con probabilità di accadimento ogni due anni sia per quelli che dovrebbero verificarsi una volta ogni 30 anni, non è tuttavia statisticamente rilevante e si colloca nell’intervallo di variabilità naturale.
  • Le variazioni nelle portate di piena annue non sono significative dal punto di vista statistico e rientrano anch’esse entro i limiti dell’attuale variabilità naturale.

Dinamica del bosco, utilizzazione del suolo e regime idrico

In che modo i futuri cambiamenti nella dinamica del bosco influiscono sull’evaporazione e sulla portata?

Procedura

Il modello del regime idrico PREVAH-WSL è stato combinato con un modello di sviluppo del bosco. Sulla base degli scenari climatici CH2018 sono stati calcolati gli effetti sullo sviluppo del bosco e sul regime idrico in sei bacini imbriferi.

Risultati principali

  • Nell’Altipiano e nelle Prealpi non si prevedono grandi cambiamenti nel deflusso a causa della mutata dinamica del bosco.
  • I cambiamenti climatici favoriscono l’aumento della copertura forestale nelle Alpi. L’aumento delle superfici boschive dipende anche dall’ulteriore sviluppo dell’economia alpestre, in quanto non si vuole l’espansione del bosco sulle superfici pascolate.
  • Una crescente copertura forestale nelle Alpi avrebbe notevoli ripercussioni sull’evaporazione e sul deflusso. Nel lontano futuro, questo aspetto potrebbe dare luogo a un aumento dell’evaporazione nei bacini imbriferi alpini e quindi a una riduzione del deflusso annuo fino al 10 per cento. A causa della crescente profondità delle radici questo effetto è più evidente in autunno e potrebbe ridurre ulteriormente il deflusso minimo causato dal clima nei mesi autunnali.

AgriAdapt: effetti dei cambiamenti climatici e delle modifiche nella gestione agricola

Come cambierà il fabbisogno di irrigazione con l’avanzare dei cambiamenti climatici e quali saranno gli effetti sul livello di falda?

Procedura

Presso un acquifero nel Seeland bernese sono stati esaminati gli effetti dei cambiamenti climatici sulle colture agricole, sulle esigenze di irrigazione e sui livelli di falda con l’ausilio di un sistema integrato, composto da un modello di simulazione dei sistemi colturali, un modello idrologico e un modello delle acque sotterranee.

Risultati principali

  • Senza misure di protezione del clima (RCP8.5) il fabbisogno di irrigazione aumenterebbe entro la fine del secolo del 40 per cento circa, mentre con misure di protezione del clima (RCP2.6) l’aumento medio atteso sarebbe del 13 per cento circa.
  • Senza misure di protezione del clima e in presenza di un’intensificazione dell’agricoltura (+20% di colture che richiedono un’intensa irrigazione), il fabbisogno idrico aumenterebbe in media di un ulteriore 35 per cento. Una possibilità di ridurre il consumo idrico è offerta dalla maggiore coltivazione di varietà a rapida maturazione e di colture invernali.
  • Senza misure di protezione del clima (RCP8.5) il fabbisogno idrico stimato per l’irrigazione supererebbe l’attuale fabbisogno di acqua potabile.
  • Senza misure di protezione del clima (RCP8.5) si prevede un abbassamento del livello di falda nei mesi estivi e autunnali. Tale effetto sarebbe intensificato da prelievi supplementari d’acqua per l’irrigazione. In ogni caso, l’effetto dei cambiamenti climatici sul livello di falda predomina rispetto agli effetti degli scenari di utilizzazione del suolo considerati (+/-20% di colture che richiedono un’intensa irrigazione).

Bilancio idrologico e siccità

In che modo i cambiamenti climatici influiscono sulla siccità, sulla fisiologia delle piante in termini di regolazione della traspirazione e sul futuro fabbisogno di irrigazione?

Procedura

Il modello climatico regionale combinato COSMO-CLM2 è stato usato per calcolare gli effetti dei cambiamenti climatici sul bilancio idrico e sui periodi di siccità in Europa in una griglia di 50 km (scenario RCP8.5). Sono stati esaminati in particolare il futuro fabbisogno di irrigazione e gli adattamenti fisiologici delle piante alle più elevate concentrazioni CO2. Inoltre le catene di modelli tratte da CH2018 sono state analizzate in maniera approfondita per quanto riguarda futuri eventi di siccità.

Risultati principali

  • Senza misure di protezione del clima, in Svizzera si prevedono periodi di siccità prolungati, una diminuzione dell’umidità del suolo e un calo del deflusso. Il grado esatto del prosciugamento nei mesi estivi è ancora incerto.
  • Per le colture attuali a superficie agricola utile invariata, entro la fine del secolo il fabbisogno di irrigazione dovrebbe raddoppiare a causa dei cambiamenti climatici.
  • Le piante reagiscono all’aumento delle concentrazioni di CO2 chiudendo le fessure sulla loro superficie (stomi), una reazione che riduce anche la fuoriuscita d’acqua. Ciò determina un calo generalizzato dell’evapotraspirazione, che in ampie parti dell’Europa centrale e settentrionale potrebbe concorrere ad aggravare l’aumento della temperatura dell’aria e gli estremi di temperatura.
  • Mentre i modelli climatici globali tengono conto di questo effetto fisiologico delle piante, esso è assente nelle proiezioni climatiche regionali che sono state utilizzate per gli scenari climatici CH2018. Considerando tale processo, la temperatura massima prevista nei mesi estivi aumenterebbe ulteriormente rispetto a CH2018.

Dinamica delle acque sotterranee e stoccaggio nei bacini imbriferi alpini

Come cambieranno le risorse idriche sotterranee nei bacini imbriferi alpini a causa dei cambiamenti climatici e come influiscono sulla formazione del deflusso?

Procedura

Per undici bacini imbriferi alpini è stata esaminata la correlazione tra la dinamica del deflusso e quella delle acque sotterranee. I dati misurati e le informazioni geologiche sono quindi stati integrati in modelli su base fisica. Tali simulazioni consentono di quantificare l’incidenza dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche sotterranee e la reazione dei bacini imbriferi.

Risultati principali

  • Le falde freatiche alpine presenti in rocce coerenti e incoerenti reagiscono diversamente ai cambiamenti climatici. Nelle rocce incoerenti si modifica soprattutto la dinamica stagionale, ma il volume sull’intero anno rimane invariato. Diversamente dalle località nell’Altipiano, nelle rocce incoerenti alpine si registra una riduzione della dinamica stagionale delle acque sotterranee.
  • Nelle rocce coerenti alpine potrebbe anche manifestarsi, nel lungo periodo, un calo tendenziale della quantità di acque sotterranee accumulate.
  • Nonostante lo scioglimento anticipato della neve e la maggiore evapotraspirazione nei mesi estivi, la quantità di acque sotterranee accumulate e il tasso di deflusso nelle regioni alpine rimarranno più elevati in estate che in inverno. Estesi depositi di rocce incoerenti hanno un effetto stabilizzatore sul deflusso, in quanto sono in grado di accumulare per poi rilasciare nuovamente i volumi stagionalmente più elevati di acque sotterranee.

Serbatoi idrici

Speichersee
© Manfred Stähli, WSL

I laghi naturali e i serbatoi artificiali possono contribuire a gestire la penuria di acqua estiva?

Procedura

Con il modello idrologico PREVAH-WSL sono stati calcolati scenari idrologici per tutta la Svizzera, utilizzando a tal fine otto catene di modelli climatici con misure di protezione del clima (RCP2.6) e 18 catene di modelli climatici senza misure di protezione del clima (RCP8.5). Sulla base di tali risultati è possibile determinare le variazioni dell’offerta complessiva d’acqua in Svizzera. Sulla base degli scenari idrologici è stato inoltre stimato il futuro fabbisogno d’acqua.

Risultati principali

  • Nel caso dei serbatoi artificiali la capacità di accumulo è effettivamente utilizzabile quasi per intero, anche se oggi è solitamente riservata alla produzione di energia idroelettrica. Nel caso dei laghi naturali si può utilizzare in modo sostenibile solo una piccola parte, in quanto non è consentito scendere al di sotto di un livello idrometrico minimo. Per tutti i laghi occorre anche considerare i deflussi minimi nei corsi d’acqua a valle.
  • Si prevede una penuria d’acqua nei mesi estivi soprattutto nell’Altipiano e in misura solo limitata nelle regioni alpine. I serbatoi artificiali si trovano soprattutto nelle Alpi, quindi molto distanti dalle aree che potrebbero essere interessate da una carenza d’acqua. Pertanto il possibile contributo dei laghi artificiali alpini alla riduzione della penuria d’acqua estiva nell’Altipiano è piuttosto esiguo. Sarebbe più utile disporre di serbatoi locali, per i quali però l’Altipiano non offre spazio sufficiente.

Incidenza dei cambiamenti climatici sulle temperature dei corsi e specchi d’acqua

Come evolveranno in futuro le temperature delle acque nei corsi d’acqua e nei laghi svizzeri?

Procedura

Con i modelli Snowpack/Alpine3D e StreamFlow sono stati calcolati scenari di temperatura a titolo esemplificativo per sei corsi d’acqua nell’Altipiano svizzero (Birs, Broye, Eulach Ergolz, Rietholzbach und Suze) e per quattro in territorio alpino (Inn, Kander, Landwasser, Lonza). I risultati sono riassunti nella figura 6‑18. In ragione dei lunghi tempi di calcolo, sette proiezioni climatiche RCP8.5 e quattro proiezioni climatiche RCP2.6 hanno potuto essere considerate per un periodo di riferimento più breve (1990-2000) e per due periodi decennali futuri (2055-2065 e 2080-2090).

Le temperature e i processi di miscelazione in 29 laghi sono stati calcolati in maniera continuativa con il modello fisico unidimensionale Simstrat per gli anni dal 1981 al 2099 in relazione ai tre scenari con misure di protezione coerente del clima (RCP2.6), media protezione del clima (RCP4.5) e senza misure di protezione del clima (RCP8.5). I laghi selezionati sono situati a quote da 200 m s.l.m. a 1800 m s.l.m. e hanno un volume compreso tra 0,004 e 89 km3.


Evoluzione delle temperature negli acquiferi in rocce incoerenti in Svizzera

Quali sono i principali fattori d’influenza sull’evoluzione delle temperature degli acquiferi e come evolveranno in futuro le temperature delle acque sotterranee?

Procedura

Per 35 acquiferi in cinque regioni della Svizzera (Basilea-Città, Basilea-Campagna, Bienne, Winterthur e Davos) sono stati esaminati in dettaglio gli effetti dei cambiamenti climatici sulla rigenerazione dell’acquifero e sulla temperatura e ne sono stati ricavati parametri chiave rappresentativi (p. es. geometrie degli acquiferi, caratteristiche di accumulo, tassi di rigenerazione dell’acquifero e relativi tempi di permanenza). Da un lato gli acquiferi in area urbana sono stati modellati per mezzo di modelli 3D di trasporto del calore ad alta risoluzione spaziale e temporale.

Dall’altro, in cooperazione con il PFL e con il modello Alpine3D, sono stati valutati l’andamento delle precipitazioni e dei deflussi nonché l’evoluzione delle temperature nei tre scenari di emissione di protezione coerente del clima (RCP2.6), media protezione del clima (RCP4.5) e senza misure di protezione del clima (RCP8.5) per i 35 acquiferi. Le valutazioni hanno permesso di descrivere la sensibilità delle temperature delle acque sotterranee in relazione ai principali processi di rigenerazione dell’acquifero per diversi scenari di emissione del futuro.

Risultati principali

  • Gli effetti sulle temperature delle acque sotterranee dipendono soprattutto dagli spostamenti stagionali della rigenerazione dell’acquifero. Uno spostamento degli eventi di precipitazione e di piena dai mesi estivi a quelli invernali va infatti di pari passo con un aumento della rigenerazione dell’acquifero in stagioni relativamente «fredde».
  • Nel caso di acquiferi urbani e poco profondi con spessore ridotto, come per esempio a Davos, si può prevedere una maggiore influenza sulle temperature delle acque sotterranee. Per contro, i cambiamenti nelle temperature delle risorse idriche sotterranee più profonde, come per esempio a Bienne, o che presentano distanze in parte elevate tra la superficie del terreno e la falda freatica, come per esempio a Winterthur, dovrebbero verificarsi solo in misura molto attenuata e su lunghi periodi di osservazione.

Ultima modifica 16.03.2021

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