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Il cambiamento climatico rappresenta una delle sfide più significative che affrontano sistemi idrologici e la gestione delle risorse idriche nel XXI secolo. Il cambiamento climatico ha alimentato la scarsità di acqua creando i problemi più pressanti del XXI secolo, con impatti di vasta portata sugli ecosistemi, sulla salute pubblica e sulla stabilità economica.

La connessione fondamentale tra cambiamento climatico e idrologia

Uno dei principali impatti del riscaldamento globale è probabilmente su risorse idrologiche e idriche, perché il cambiamento climatico può alterare l'equilibrio tra i diversi componenti del ciclo idrologico. Il ciclo dell'acqua, che comprende evaporazione, condensazione, precipitazioni e deflusso, è intrinsecamente legato alle condizioni atmosferiche.

Gli effetti del cambiamento climatico sul ciclo dell'acqua sono profondi e sono stati descritti come un'intensificazione o un rafforzamento del ciclo dell'acqua (chiamato anche ciclo idrologico), che si osserva da almeno il 1980. Questa intensificazione si manifesta in molteplici modi: l'aria più calda detiene più umidità, portando a cambiamenti nei tassi di evaporazione; la precipitazioni diventa più variabile e intensa; e la tempistica e l'entità dei flussi di acqua stagionale cambiano in modo significativo.

Attualmente le risorse idriche superficiali sono messe a repentaglio da un clima in evoluzione, manifestato da alterazioni dei modelli di precipitazioni, da temperature elevate e fenomeni meteorologici estremi, che hanno un impatto sui cicli idrologici, sulla qualità, sulla distribuzione e sulla disponibilità dell'acqua.

Cambiamenti osservati e proiettati nei sistemi idrologici

Morsi di modello di precipitazione

La precipitazione media globale può aumentare del 7% per ogni grado di aumento della temperatura, indicando un futuro caratterizzato da una maggiore piovosità e da una maggiore piovosità e da un maggiore rischio di inondazione in alcune aree. Tuttavia, questo aumento è lontano dall'uniforme in tutte le regioni o stagioni.

La distribuzione spaziale e temporale delle precipitazioni sta diventando sempre più errata. Alcune regioni sperimentano stagioni umide intensificate mentre altre affrontano periodi di asciutto prolungati.Gli eventi meteorologici estremi, come inondazioni, siccità e disagi al ciclo idrologico causato dal cambiamento climatico, creano modelli di precipitazioni erratiche e tassi di evaporazione più elevati, che influiscono direttamente sulla qualità e sulla disponibilità dell'acqua.

Estrema Meteo Eventi e Clima Whiplash

Le recenti osservazioni confermano che questa tendenza è già in corso. Il clima ha un impatto disastri amplificato, con rapidi transizioni tra le condizioni umide e quelle asciutte che interessano le stesse regioni in rapida successione.

La siccità del flash sta emergendo come un pericolo sempre più distinta, spinto da rapidi decrementi nell'umidità del suolo e nell'immagazzinamento dell'acqua nei giorni a settimane piuttosto che da una graduale essiccazione stagionale. Questi eventi a rapida comparsa sfidano i tradizionali sistemi di monitoraggio e risposta della siccità, che sono stati progettati per sviluppare gradualmente le condizioni.

I pericoli legati all'acqua sono apparsi in luoghi improbabili e a frequenze senza precedenti, tra cui un ciclone equatoriale che colpisce l'Indonesia e inondazioni di espulsione glaciale del lago nell'Himalaya Kush indù.

Cambiamenti di dinamica della neve e del ghiaccio

Il pannello intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) riporta che il riscaldamento ha già portato a diminuire i pacchetti di neve e i ritiri glaciali, che alimentano i principali sistemi fluviali, e a maggiori tassi di evaporazione, riducendo ulteriormente le forniture di acqua dolce.

Il primo scioglimento di neve e la rottura di ghiaccio alterano i modelli di livello di acqua stagionale (idroperiod) in corpi idrici e nelle zone umide del NEUS. Questo cambiamento di tempismo influisce non solo sulla disponibilità dell'acqua ma anche sui processi ecologici che dipendono da specifici cicli di flusso stagionali.

In genere, in un clima più caldo, si riscontra una minore nevicata e più piovosità. Questo passaggio dalla neve alla pioggia ha implicazioni significative per l'immagazzinamento dell'acqua, poiché il pacchetto neve funge da serbatoio naturale che rilascia acqua gradualmente durante i mesi più caldi.

Flusso e Alterazioni Flusso fluviale

L'influenza umana sul clima e sui sistemi terrestri sta cambiando sempre più il flusso fluviale globale, che riflette i cambiamenti passati e proiettati nel flusso fluviale globale, con l'accento sui volumi annuali, sulle dinamiche stagionali e sui cambiamenti improvvisi delle dinamiche di flusso, che si manifestano in modo diverso in regioni e stagioni.

Il NEUS sta vivendo un flusso crescente e un flusso di base nei mesi invernali ma un declino in estate/autunno. Questa ridistribuzione stagionale della disponibilità idrica crea sfide per i sistemi di approvvigionamento idrico, le operazioni agricole e la gestione dell'ecosistema. La magnitudine di questi cambiamenti varia attraverso diverse proiezioni climatiche, con tutte ma una proiezione che indica un sostanziale calo degli indicatori a basso flusso, e tutta una proiezione che prevede una diminuzione delle risorse acqua totali (flusso medio), anche meno accentuata.

Impatti delle acque sotterranee

I tortuosi possono alterare la quantità totale di acqua dolce e provocare un calo dell'accumulo di acqua sotterranea e una riduzione della ricarica delle acque sotterranee. I sistemi di acqua potabile, che forniscono acqua potabile per miliardi di persone in tutto il mondo e servono come buffer critici durante la siccità, sono sempre più stressati cambiando i modelli di ricarica e aumentando l'estrazione per compensare la disponibilità di acqua di superficie ridotta.

L'interazione tra acqua di superficie e acqua sotterranea sta cambiando. I modelli di precipitazioni alterate influenzano i tassi di infiltrazione, mentre l'aumento dell'evapotraspirazione riduce la quantità di acqua disponibile per il rifornimento delle acque sotterranee. Questi cambiamenti possono richiedere anni o decenni per manifestarsi pienamente nei sistemi di acque sotterranee, creando sfide di sicurezza dell'acqua a lungo termine.

Implicazioni per la sicurezza e l'infrastruttura dell'acqua

I cambiamenti causati dall'uomo nel ciclo dell'acqua aumenteranno la variabilità idrologica e avranno quindi un impatto profondo sul settore idrico e sulle decisioni di investimento, che influenzeranno la disponibilità dell'acqua (risorse acqua), l'offerta idrica, la domanda idrica, la sicurezza idrica e l'allocazione dell'acqua a livello regionale, bacino e locale.

Le modifiche del ciclo idrico minacciano l'infrastruttura idrica esistente e futura, e sarà più difficile pianificare gli investimenti per le infrastrutture idriche future, poiché ci sono così tante incertezze sulla variabilità futura per il ciclo dell'acqua.

La pratica di basare il design idrologico dell'infrastruttura idrica sui principi in cui il clima è fermo e le condizioni future possono essere rappresentate da variazioni nelle tendenze storiche non è più appropriata data i cambiamenti previsti.

Sfide per settori multipli

Molti settori economici sono interessati, tra cui idroelettrico, approvvigionamento idrico, drenaggio urbano, protezione delle inondazioni, turismo, navigazione e agricoltura.

  • L'agricoltura:[] Lo stress idrico ha un impatto grave sul settore agricolo, contribuendo a guasti alle colture, all'insicurezza alimentare e ad un aumento dei prezzi nelle regioni che si basano pesantemente su terreni irrigati.
  • Ecosistemi:[[] Wetlands, fiumi e laghi affrontano livelli di acqua in diminuzione, mettendo a rischio i servizi ecosistemici della depurazione delle acque, della regolazione delle inondazioni e della manutenzione della biodiversità.
  • Salute pubblica:[] Questo porta ad una carenza di acqua pulita, che a sua volta favorisce la proliferazione delle malattie a base di acqua e pone un rischio significativo per la salute pubblica, in particolare nelle aree sottosviluppati.
  • Qualità dell'acqua:[] L'intensificazione del ciclo idrologico (evaporazione, condensazione, precipitazioni, ecc.) a causa del cambiamento climatico e degli eventi di precipitazioni estreme può aumentare la consegna di nutrienti e inquinanti agli habitat a valle e costieri.

Adattare principi di progettazione idrologica per le condizioni future

L'adattamento al cambiamento climatico è intrinsecamente difficile da raggiungere grazie al sistema dinamico della terra e alla mancanza di una comprensione completa del clima futuro e delle sue incertezze associate. Nonostante queste sfide, l'adattamento dei principi di progettazione è essenziale per garantire l'infrastruttura idrica in grado di soddisfare le esigenze future.

Incorporando modelli climatici e proiezioni

I modelli idrologici guidati dalle proiezioni climatiche (sotto il profilo della scala e dei bias corretti per eliminare gli errori sistematici) sono strumenti efficaci per valutare questo potenziale impatto.

Valutare gli impatti idrologici del cambiamento climatico comprende la proiezione del clima su scala globale utilizzando i GCM, la riduzione delle proiezioni globali su scala regionale utilizzando modelli climatici regionali e/o modelli statistici, e infine, utilizzando le uscite regionali nella modellazione idrologica.

Si consiglia di generare proiezioni di scarica fluviale per multi-GCM (General Circulation Models, noto anche come Global Climate Models) ensemble e realizzazioni multiple dello stesso modello(s). Uno dei principali problemi relativi a GCM, nel contesto idrologico, e che è responsabile di una quota importante in totale incertezza, è la grande discrepanza tra diverse proiezioni GCM per gli stessi scenari di emissione su alcune regioni del mondo.

Il pannello intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) ha selezionato diversi percorsi di emissione (o scenari), come le vie di concentrazione rappresentativa (RCP) e le vie socioeconomiche condivise (SSP), per descrivere possibili condizioni future alternative.

Gestione dell'incertezza nel design

Questi includono l'incertezza esogene nel forcing, la struttura del modello e i parametri propagati attraverso una catena di modelli climatici e idrologici; l'incertezza endogena nelle dinamiche del sistema umano-ambientale su più scale; e il campionamento dell'incertezza a causa della lunghezza finita delle osservazioni storiche e delle proiezioni future.

Il secondo criterio, riduzione dell'incertezza, affronta come l'approccio riduce la sfida di includere l'incertezza nel processo decisionale. I professionisti delle risorse idriche e i manager affrontano problemi di gestione che vanno da insufficienti lunghezze di record idrologici, variabilità naturale mescolata con cambiamenti indotti antropogenici, risultati inconclusi dagli studi sui cambiamenti climatici, e l'effetto dei cambiamenti climatici futuri sul design idrologico.

Per questo motivo, i responsabili dell'acqua devono prendere decisioni sulle pratiche nel contesto di condizioni climatiche incerte e future. Sono necessari approcci flessibili e basati sui rischi che considerino una gamma di potenziali condizioni climatiche e idrologiche future. Questo spostamento verso il processo decisionale basato sul rischio rappresenta un cambiamento fondamentale rispetto agli approcci tradizionali di progettazione deterministica.

Approcci Top Down e Bottom-Up

I due principali approcci per l'adattamento CC nella gestione dell'acqua sono top-down e bottom-up. L'approccio top-down inizia studiando l'impatto CC sui driver climatici (ad esempio, precipitazioni e temperatura) e la sua riflessione sull'idrologia del bacino di studio.

Al contrario, l'approccio bottom-up si concentra sull'aumento della resilienza dei sistemi di gestione dell'acqua per migliorare le loro capacità di adattamento e ridurre la loro vulnerabilità agli impatti negativi futuri.

Tuttavia, gli approcci di gestione adattativa sono più adatti per le riduzioni dell'incertezza in quanto offrono opportunità di regolare costantemente le decisioni basate su dati migliorati del cambiamento climatico.

Valutazione dell'evento di progettazione sotto la non-stazione

Tuttavia, il cambiamento climatico complica la pianificazione delle risorse idriche in generale, e l'uso di eventi di progettazione e periodi di ritorno in particolare.

Questi impatti climatici dovrebbero alterare la distribuzione degli estremi idrologici nel tempo, mentre la Terra continua a riscaldarsi. La mappatura dei cambiamenti nei conducenti climatici ai cambiamenti negli estremi idrologici è impegnativa a causa della natura complessa e non lineare del ciclo idrologico e della dipendenza del percorso degli eventi estremi.

I nuovi approcci alla stima degli eventi di progettazione devono essere in grado di spiegare le distribuzioni di probabilità nel tempo, che possono comportare l'utilizzo di parametri di tempo nei modelli statistici, utilizzando approcci basati su scenari che rappresentano una serie di possibili futures, o adottando quadri basati sui rischi che considerano esplicitamente l'evoluzione dei rischi sulla vita progettuale di un'infrastruttura.

Strategie complete per la gestione dell'acqua in termini di clima-resiliente

Infrastrutture Verdi e soluzioni basate sulla natura

L'infrastruttura verde sfrutta i processi naturali per gestire l'acqua, fornendo molteplici vantaggi, tra cui la mitigazione delle inondazioni, il miglioramento della qualità dell'acqua, la ricarica delle acque sotterranee e i servizi ecosistemici, che spesso sono più flessibili e adattabili alle condizioni di cambiamento rispetto alle tradizionali infrastrutture grigie.

Terreni umidi e stoccaggio naturale:[ Le terre umide agiscono come spugne naturali, assorbendo l'acqua in eccesso durante le inondazioni e rilasciandola lentamente durante i periodi asciutti.

Green Roofs and Permeable Surfaces:[ Nelle aree urbane, i tetti verdi e i pavimenti permeabili riducono il disgelo d'acqua piovana, riducono gli effetti dell'isola di calore urbano e promuovono la ricarica delle acque sotterranee. Queste soluzioni distribuite possono essere scalate in una città per fornire benefici cumulativi significativi.

I tamponi tropicali:[] Mantenere o migliorare la salute della vegetazione ripariana negli SMZ è importante sostenere i benefici della qualità dell'acqua.

Foreste e giardini pionieri:[[] Alberi e giardini piovosi intercettano le precipitazioni, riducono i flussi di picco e migliorano l'evapotraspirazione. Il posizionamento strategico di queste caratteristiche durante i watershed urbani può ridurre significativamente l'inondazione, fornendo benefici estetici e ricreativi.

Sistemi di difesa dell'alluminio adattivo

Le difese tradizionali di inondazione progettate per le condizioni storiche possono essere insufficienti per le future magnitudine e frequenze di inondazione.

Design delle infrastrutture flessibile:[] L'infrastruttura può essere progettata con la capacità di essere aggiornata o modificata come cambiamento delle condizioni. Ciò potrebbe includere leve di costruzione con più ampie impronte che possono essere sollevate in futuro, progettando fuoriuscite con componenti modulari che possono essere aggiunti, o creando aree di archiviazione multiuso che servono altre funzioni durante le normali condizioni.

Camera per i fiumi:[] Piuttosto che limitare i fiumi con leve sempre più alte, alcune regioni stanno dando ai fiumi più spazio per inondare in modo sicuro. Questo approccio comporta la regolazione di leve posteriori, la creazione di bypass di inondazione e il ripristino di lamine.

Gestione delle inondazioni integrata:[[] La gestione efficace delle inondazioni richiede il coordinamento delle misure strutturali (leve, dighe, canali) con approcci non strutturali (pianificazione dell'uso terrestre, sistemi di allarme rapido, risposta di emergenza).

Infrastruttura intelligente:[] I sensori incorporanti, il monitoraggio in tempo reale e i controlli automatizzati consentono alle infrastrutture di rispondere dinamicamente alle condizioni di cambiamento. I sistemi intelligenti di tempestività possono regolare lo storage e il rilascio in base alle previsioni meteo, ottimizzando le prestazioni in una gamma di condizioni.

Conservazione e gestione delle richieste

Ridurre la domanda di acqua aumenta la resilienza alle siccità e riduce lo stress sulle fonti di acqua. Le strategie di conservazione abbracciano miglioramenti tecnologici, cambiamenti comportamentali e interventi politici.

Efficiente Irrigazione Tecnologie:[ L'agricoltura rappresenta la maggior parte dell'uso dell'acqua in molte regioni. L'irrigazione a goccia, i sensori di umidità del suolo e le tecniche di coltura di precisione possono ridurre drasticamente il consumo di acqua, mantenendo o migliorando i raccolti.

Urban Water Efficiency:[[] I dispositivi a basso flusso, gli apparecchi ad acqua efficiente e i controller di irrigazione intelligenti riducono la domanda di acqua urbana. I programmi di controllo dell'acqua e di rilevamento delle perdite possono identificare e affrontare le perdite nei sistemi di distribuzione, che possono rappresentare i rifiuti di acqua significativi.

Riutilizzo e riciclaggio dell'acqua dolce:[] Trattamento e riutilizzo delle acque reflue per scopi non potabili (irrigazione, processi industriali, lavaggio dei servizi igienici) o anche per uso potabile attraverso trattamenti avanzati riduce la domanda sulle fonti di acqua dolce.

La classificazione e gli incentivi:[ I prezzi dell'acqua che riflettono la scarsità e i costi ambientali incoraggiano la conservazione. Le strutture dei prezzi a tiered, i tassi stagionali e i riduzioni per gli apparecchi efficienti possono motivare il cambiamento comportamentale.

Gestione integrata delle risorse idriche

Questo processo è basato sulla legge e si basa su un approccio globale e comune alle risorse idriche per ogni uso idrico in un'area coerente dal punto di vista idrologico o idrogeologico. Il conseguente impegno di tutti gli utenti della zona (acqua potabile, agricoltura, industria, navigazione interna, energia, pesca, usi ricreativi, ecc.) è quello di raggiungere un equilibrio a lungo termine tra esigenze e risorse disponibili.

Pianificazione coordinata tra settori:[ Le decisioni sull'acqua influiscono e sono influenzate da energia, agricoltura, sviluppo urbano e gestione ambientale.

Gestione dello spazio:[] I processi idrologici operano sulla scala dello spartiacque, richiedendo approcci di gestione che trascendeno i confini politici.

L'uso combinato di superficie e di acqua di terra:[] La gestione dell'acqua di superficie e delle acque sotterranee come sistema collegato piuttosto che risorse separate aumenta la sicurezza totale dell'acqua. Durante i periodi di umidità, l'acqua di superficie in eccesso può essere utilizzata per ricaricare gli aquile tramite ricarica controllata.

Positivi di gestione:[] Utilizzando questo approccio di modellazione sul bacino francese Sèvre Nantaise e collaborando con le parti interessate attraverso i workshop, abbiamo sviluppato una serie di scenari futuri della domanda idrica per esaminare la sostenibilità dell'uso dell'acqua in futuro.

Ricaricare Aquifer gestita

La ricarica dell'aquifero (MAR) è intenzionalmente diretta in acqua per immagazzinarla per un uso successivo, in modo da poter aiutare il buffer contro siccità e variabilità stagionale.

Come metodo di adattamento economico, i nostri risultati suggeriscono un design MAR appropriato per IAFA basato sui CC proiettati, la capacità del sistema di acque sotterranee, e la terra disponibile per l'infiltrazione può mitigare l'impatto della siccità fornendo grandi buffer per climi con periodi asciutti e bagnati alternativi.

L'efficacia di MAR dipende dall'idrogeologia locale, dalla qualità dell'acqua e dalla tempistica della disponibilità dell'acqua. Nelle regioni con precipitazioni stagionali, cattura e stoccaggio dei flussi di stagione umidi per l'uso durante le stagioni secche può aumentare significativamente la sicurezza dell'acqua.

Operazioni di conservazione e stoccaggio dell'acqua

I serbatoi artificiali creati dalle dighe possono svolgere un ruolo chiave nelle strategie di adattamento al cambiamento climatico, ma i serbatoi operativi in condizioni di cambiamento climatico richiedono nuovi approcci.

Steinschneider e Brown (2012) hanno aggiornato le curve di controllo del serbatoio indagando su due strategie: (1) la migliore strategia di indovinare, che ottimizza le operazioni per la proiezione media del clima futuro come simulato da GCM, e (2) la strategia dinamica, che gestisce dinamicamente il sistema per la variabilità del clima a breve termine utilizzando previsioni idrologiche stagionali.

Le operazioni di riserva devono bilanciare obiettivi concorrenti, tra cui il controllo delle inondazioni, l'approvvigionamento idrico, la generazione di energia idroelettrica, i flussi ambientali e la ricreazione.

Le operazioni di serbatoi informate sulle previsioni meteorologiche stagionali e le previsioni meteorologiche per guidare le decisioni di rilascio. Durante i periodi in cui le previsioni indicano un'alta precipitazioni, i serbatoi possono essere prelevati per creare capacità di stoccaggio delle inondazioni.

Preparazioni e risposte

Poiché la siccità diventa più frequente e grave, la pianificazione proattiva della siccità diventa essenziale. I piani di siccità globali includono sistemi di monitoraggio, punti di attivazione per diversi livelli di risposta e azioni pre-identificate per ridurre gli impatti.

Sistemi di allarme rapido:[] Monitoraggio delle precipitazioni, flusso di flusso, umidità del suolo, livelli di acque sotterranee, e il pacchetto di neve fornisce l'indicazione precoce di sviluppare le condizioni di siccità.

Piano di risposta tiered:[[] I piani di risposta Drought includono tipicamente più fasi di aumento della gravità, con azioni specifiche innescate in ogni fase. Le prime fasi potrebbero coinvolgere campagne di conservazione volontaria e di sensibilizzazione pubblica, mentre le fasi successive potrebbero includere restrizioni obbligatorie e trasferimenti di acqua di emergenza.

Portafogli dell'acqua diversificata:[] Il ripiegamento su più sorgenti d'acqua (acqua di superficie, acque sotterranee, acqua riciclata, desalinizzazione) riduce la vulnerabilità a qualsiasi singolo difetto di origine durante la siccità.

Sfide e soluzioni di attuazione

Requisiti di dati e monitoraggio

La maggior parte dei paesi in via di sviluppo, l'adattamento climatico è ostacolato dalla scarsità di buona qualità e da adeguati dati idrometeorologici.

I dati di monitoraggio sono essenziali per documentare e comprendere le prestazioni a lungo termine delle pratiche in diversi contesti regionali e idroclimatici. Tali informazioni possono anche aiutare le località e i pianificatori a giustificare gli investimenti di costi delle pratiche, identificare le esigenze di gestione adattativa e informare le decisioni future in materia di individuazione e selezione delle nuove pratiche.

La carta conclude che i dati idrometeorologici adeguati sono fondamentali per avere un modello robusto e misure di adattamento climatico efficaci, quindi in bacini scarsamente misurati l'uso di reti neurali artificiali e di dataset satellitari hanno dimostrato di essere strumenti di successo, tra cui per la calibrazione e la validazione del modello.

Sfide istituzionali e di governance

L'effettivo adattamento climatico richiede strutture istituzionali che possono coordinarsi tra giurisdizioni, settori e scadenze. Molte istituzioni di gestione dell'acqua esistenti sono state progettate per condizioni stabili e lotta per adattarsi al rapido cambiamento.

I sistemi di diritti dell'acqua basati sui flussi storici possono avere bisogno di una revisione per soddisfare le mutevoli disponibilità. Gli accordi di acqua transfrontaliera devono costruire in flessibilità per adattarsi alle mutevoli condizioni, mantenendo l'equità.

L'impegno degli stakeholder è fondamentale per sviluppare strategie di adattamento socialmente accettabili e politicamente fattibili. I processi di pianificazione partecipativi che coinvolgono diversi stakeholder possono costruire comprensione condivisa, identificare soluzioni creative e generare impegno per l'implementazione.

Finanziamento dell'adattamento climatico

L'adattamento climatico richiede un investimento sostanziale in nuove infrastrutture, rettifiche dei sistemi esistenti, monitoraggio e gestione in corso. È necessario un processo decisionale basato sul rischio economico, cioè cercare livelli appropriati di infrastrutture basate sui danni attesi evitati rispetto al costo dell'infrastruttura.

I meccanismi di finanziamento delle infrastrutture tradizionali possono essere inadeguati per l'adattamento climatico, che comporta la gestione di rischi futuri incerti piuttosto che affrontare le esigenze attuali note.

I progetti che forniscono co-benefici (protezione del legno e ricreazione, miglioramento della qualità dell'acqua e habitat) hanno spesso una giustificazione economica più forte dell'infrastruttura di uso singolo.

Trasferimento di capacità e di conoscenza

L'implementazione del design idrologico informato sul clima richiede nuove competenze e conoscenze tra i professionisti dell'acqua. Programmi di formazione, documenti di orientamento tecnico e strumenti di supporto decisionale possono aiutare i professionisti ad applicare nuovi approcci.

È importante notare anche che gli standard di progettazione ingegneristica servono come base giuridica per la progettazione, la costruzione e la manutenzione delle infrastrutture. Gli standard di progettazione ingegneristica sono sottoposti a rigorose e approfondite revisioni di una società di ingegneria professionale. Anche se si basano sulla letteratura scientifica peer-reviewed 'best', gli standard di progettazione ingegneristica rappresentano un sottoinsieme pratico di un vasto corpo di scienze idrologiche e letteratura ingegneristica.

Le comunità di pratica che riuniscono i professionisti che lavorano su sfide simili possono facilitare la condivisione delle conoscenze e la risoluzione dei problemi collaborativi.

Considerazioni regionali e approcci di tipo contestuale

Gli impatti dei cambiamenti climatici variano in modo significativo per regione, richiedendo strategie di adattamento su misura per le condizioni locali, le vulnerabilità e le capacità.

Regioni Arid e Semi-Arid

Le regioni che vivono già di scarsità d'acqua affrontano sfide intensificate in quanto il cambiamento climatico riduce la disponibilità di acqua già limitata. Le priorità di adattamento includono la massimizzazione dell'efficienza dell'uso dell'acqua, lo sviluppo di fonti di acqua resistenti alla siccità (acqua di scarico, disalizzamento), e l'attuazione di una rigorosa gestione della domanda.

In particolare, le siccità sono aumentate nella regione mediterranea e si intensificheranno in futuro, con impatti idrologici, agricoli ed ecologici potenzialmente gravi. Le tecniche tradizionali di raccolta dell'acqua, come le cisterne e le dighe di controllo, possono essere ravvivate e modernizzate per catturare scarse precipitazioni.

Regioni umide e tropicali

Anche le regioni con risorse idriche abbondanti affrontano sfide dal cambiamento della stagionalità e dall'aumento della variabilità. L'adattamento si concentra sulla gestione dei rischi di inondazione, mantenendo la qualità dell'acqua durante gli eventi di pioggia intenso e garantendo forniture di stagione secca nonostante i cicli di precipitazioni in fase di spostamento.

Le regioni tropicali possono sperimentare cambiamenti nella tempistica e nell'intensità dei monsoni, che richiedono modifiche ai calendari agricoli e alle strategie di stoccaggio delle acque.

Spazzolini ad acqua innevati

Le regioni dipendenti da nevemmelt affrontano cambiamenti fondamentali come il riscaldamento sposta la precipitazione dalla neve alla pioggia e accelera il tempo di fusione. Le strategie di adattamento includono il potenziamento della conservazione del serbatoio per catturare il runoff precedente, lo sviluppo di fonti d'acqua alternative per la fine dell'estate quando la nevemella è esaurita, e la regolazione dei sistemi di allocazione dell'acqua per riflettere la modifica della disponibilità stagionale.

Le pratiche di gestione forestale che mantengono l'accumulo di neve e le lente temperature di fusione possono contribuire a moderare gli impatti del riscaldamento, includendo il mantenimento della copertura forestale in luoghi strategici e la gestione della vegetazione per ottimizzare le dinamiche di neve.

Zone costiere e basse di litorale

Le regioni costiere affrontano le sfide combinate dell'aumento del livello del mare, dell'intrusione delle acque salate in acque dolci e dei mutevoli modelli di precipitazioni. L'adattamento richiede la protezione delle risorse di acqua dolce dalla contaminazione delle acque salate, la gestione di maggiori rischi di inondazione dalla combinazione di sovratensione e precipitazioni pesanti, e potenzialmente la localizzazione delle infrastrutture di approvvigionamento idrico lontano da zone costiere vulnerabili.

La ritironza gestita dalle aree più vulnerabili, unita alle difese costiere a base di natura come le zone umide e le mangrovie restaurate, può fornire un adattamento a lungo termine più sostenibile che tentare di tenere indietro i mari in aumento con strutture solo ingegnerizzate.

Aree urbane

Le città concentrano le richieste di acqua e affrontano sfide uniche da superfici impervi che aumentano il deflusso e riducono il carico idrico. Le strategie di adattamento urbano sottolineano l'infrastruttura verde per gestire le acque di tempesta, il riutilizzo dell'acqua per ridurre la domanda su fonti esterne, e la pianificazione integrata che coordina la gestione dell'acqua con l'uso del suolo e le decisioni di sviluppo.

Il retrofitting delle aree urbane esistenti con infrastrutture verdi è più impegnativo che incorporarlo in un nuovo sviluppo, ma offre notevoli vantaggi per la resilienza del clima.

Ricerca futura necessita e approcci emergenti

Tuttavia, nonostante gli sviluppi negli ultimi decenni, la ricerca sull'impatto dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche e idriche ha ancora bisogno di miglioramento.

Migliorare i modelli climatici e idrologici

I meccanismi di circolazione atmosferica e ciclo idrologico, così come i rapporti interni tra di loro, non sono pienamente compresi, e gli effetti del cambiamento climatico sul ciclo idrologico sono associati con grande incertezza sia nelle proiezioni climatiche che negli approcci di modellazione idrologica.

Promuovere i modelli climatici per rappresentare meglio i modelli di precipitazione regionale, gli eventi estremi e le interazioni terrestri miglioreranno le basi per le proiezioni idrologiche. Analogamente, migliorare i modelli idrologici per catturare meglio le interazioni delle acque sotterranee, le influenze umane e le risposte degli ecosistemi aumenteranno le valutazioni di impatto.

Inoltre, le recensioni mostrano che, come i sistemi umani continuano a dominare all'interno del sistema terrestre in diversi modi, la modellazione efficace dovrebbe coinvolgere l'accoppiamento di modelli di terra e sistemi umani in quanto questi possono rappresentare veramente il feedback bidirezionale sperimentato nel mondo moderno.

Quantificazione e comunicazione incertezze

Proponiamo una serie di lacune e opportunità di ricerca in questo settore incentrate sulla sfida di caratterizzare l'incertezza, che impedisce l'applicazione inequivocabile dei metodi di controllo a questo problema. Riconoscendo queste sfide, esistono diverse opportunità per migliorare l'uso dei metodi di controllo per l'adattamento climatico, vale a dire, come contesto di problemi e comprensione dei processi climatici variabili potrebbe aiutare con l'incertezza quantifica e progettazione sperimentale, la convalida fuoricampionistica e la robustezza delle politiche di monitoraggio ottimizzate delle tendenze di adattamento ottimizzate.

Sono necessari metodi migliori per quantificare e comunicare l'incertezza ai decisori, che includono lo sviluppo di strumenti di visualizzazione che trasmettono efficacemente le informazioni probabilistiche, la creazione di quadri decisionali che tengano esplicitamente conto dell'incertezza e l'individuazione di strategie robuste che eseguono bene in una gamma di possibili futures.

Rischi di composte e di cascata

Il cambiamento climatico può creare eventi composti in cui si verificano più pericoli simultaneamente o in sequenza, amplificando gli impatti. Ad esempio, la siccità seguita da un incendio selvaggio seguito da intense precipitazioni può innescare flussi di detriti e crisi di qualità dell'acqua.

Dimensioni sociali dell'adattamento

Le soluzioni tecniche sono insufficienti per un adattamento efficace. La ricerca sulle dimensioni sociali, economiche e politiche dell'adattamento dell'acqua è necessaria per capire come le comunità percepiscono e rispondono ai rischi climatici, quali fattori permettono o ostacolano l'azione di adattamento, e come garantire gli sforzi di adattamento sono equi e giusti.

Le popolazioni vulnerabili spesso affrontano impatti sproporzionati dal cambiamento climatico, pur avendo meno risorse per l'adattamento. Assicurarsi che le strategie di adattamento si rivolgono piuttosto che esacerbare le inequità esistenti richiede un'attenzione esplicita agli impatti distributivi e un significativo impegno con le comunità colpite.

Efficacia delle soluzioni basate sulla natura

Sebbene siano stati applicati in larga misura i principi fondamentali sulla risposta del sistema ai cambiamenti dei conducenti climatici, sono necessari studi rappresentativi per informare la pianificazione dell'adattamento locale.

Per ulteriori ricerche, è necessario disporre di soluzioni a lungo termine basate sulla natura in condizioni di cambiamento climatico, comprendendo come le infrastrutture verdi si esibiscono durante eventi estremi, come gli ecosistemi si adattano alle condizioni di cambiamento, e come progettare e mantenere soluzioni basate sulla natura per la massima resilienza.

Avanzamento: Un percorso per i sistemi di acqua resilienti

La sfida di adattare i principi di progettazione idrologica al cambiamento climatico è sostanziale, ma non insormontabile. Il successo richiede l'adozione dell'incertezza piuttosto che cercare di eliminarlo, la costruzione della flessibilità nelle infrastrutture e nelle istituzioni, e l'impegno per l'apprendimento e l'adattamento in corso.

I principi chiave per andare avanti includono:

  • Embrace Adaptive Management:[] Tratta la gestione dell'acqua come un processo continuo di apprendimento e di regolazione piuttosto che un problema di progettazione di una volta sola.
  • Plan for Multiple Futures:[] Piuttosto che cercare di prevedere un solo futuro, sviluppare strategie che sono robuste in una gamma di scenari climatici plausbili.
  • Prioritizzare la flessibilità:[] Infrastrutture e istituzioni di progettazione che possono essere modificate come cambiamento delle condizioni. Le soluzioni modulari, distribuite e basate sulla natura spesso forniscono maggiore flessibilità rispetto ai sistemi di grandi dimensioni, centralizzati e ingegnerizzati.
  • Integrate Across Scales and Sectors:[ Le sfide dell'acqua non possono essere risolte in isolamento. L'adattamento efficace richiede il coordinamento tra scale spaziali (locali a globali), scale temporali (immediate a lungo termine), e settori (acqua, energia, agricoltura, ambiente).
  • I titolari di prestiti:[] L'adattamento di successo richiede l'acquisto da parte di diversi stakeholder. I processi partecipativi che coinvolgono comunità, utenti di acqua e decisori nello sviluppo e nell'attuazione delle strategie di adattamento sono più probabili avere successo.
  • Acquista su più linee di evidenza:[] Utilizzare diverse fonti di informazione tra cui modelli climatici, osservazioni storiche, conoscenze indigene e pianificazione dello scenario per sviluppare una solida comprensione dei rischi e delle opportunità.
  • Inizio:[] Il cambiamento climatico sta già influenzando i sistemi idrici. In attesa di informazioni o di certezza perfette aumenterà solo i costi e i rischi futuri. Iniziare a implementare strategie no-regret che forniscono benefici in condizioni attuali, mentre la costruzione di resilienza per il futuro.

In molti luoghi, le pratiche progettate per le condizioni climatiche storiche non possono avere la capacità di gestire aumenti di precipitazioni pesanti o altrimenti funzione come previsto. Gestire il rischio di impatti futuri richiederà anticipazione e pianificazione in anticipo per l'adattamento. La complessità e l'incertezza intrinseca del problema, tuttavia, è una sfida per i decisori che cercano informazioni attuabili.

Nonostante queste sfide, le comunità di tutto il mondo stanno dimostrando che è possibile un adattamento efficace. Dai sistemi di riutilizzo dell'acqua innovativi nelle regioni di scarto d'acqua ai progetti di ambiente-per-river nelle aree profuse di inondazione, gli esempi pratici mostrano come il design in futuro può creare sistemi idrici che sono resilienti al cambiamento climatico, fornendo molteplici vantaggi.

Il passaggio al design idrologico informato sul clima rappresenta un cambiamento fondamentale nel modo in cui ci avviciniamo alla gestione dell'acqua. Richiede di andare oltre l'ipotesi che il passato sia una guida affidabile al futuro, abbracciando l'incertezza e la complessità, e sistemi di costruzione che possono adattarsi alle mutevoli condizioni.

Per ulteriori risorse sull'adattamento climatico nella gestione dell'acqua, il Pannello intergovernativo sul cambiamento climatico fornisce valutazioni complete della scienza del clima e degli impatti.La piattaforma globale di approvvigionamento idrico offre indicazioni e studi di casi sulla gestione delle risorse idriche in base al cambiamento climatico.

Il percorso in avanti richiede un impegno costante da parte di ricercatori, professionisti, politici e comunità, lavorando insieme per sviluppare e implementare i principi di progettazione idrologica a livello climatico, possiamo costruire sistemi idrici che si rispettino alle sfide che si attendono, supportando comunità prospere e ecosistemi sani.