Progettazione a basso impatto: I sensori convalidano la gestione delle risorse idriche sotterranee della California

Strutture di design a basso impatto

Le risorse idriche sotterranee globali in ambienti urbani e costieri sono altamente vulnerabili all'aumento delle pressioni umane e alla variabilità del clima. Le superfici impermeabili, come edifici, strade e parcheggi, impediscono l'infiltrazione, riducono la ricarica delle falde acquifere sottostanti e aumentano i contaminanti nel deflusso superficiale che spesso trabocca dai sistemi fognari. Per mitigare questi effetti, le città di tutto il mondo stanno adottando approcci di progettazione a basso impatto (LID) per indirizzare il deflusso in sistemi vegetati naturali come i giardini pluviali che riducono, filtrano e rallentano il deflusso delle acque meteoriche. Il LID aumenta ipoteticamente i tassi di infiltrazione e di ricarica delle falde acquifere.

Infiltrazione e ricarica

Michelle e il team dell'Università Statale di San Francisco, con la consulenza del dottor Jason Gurdak, si sono resi conto che gli effetti della LID sui tassi di ricarica e sulla qualità erano sconosciuti, in particolare durante gli eventi di precipitazione intensi per le città lungo la costa del Pacifico in risposta alla variabilità interannuale dell'Oscillazione El Niño Sud (ENSO). Utilizzando i sensori METER per il potenziale idrico (aspirazione del suolo) e il contenuto d'acqua, è stata in grado di quantificare i tassi attuali e previsti di infiltrazione e ricarica del sistema acquifero del bacino costiero Westside della California. Il team ha confrontato una trincea di infiltrazione LID circondata da un giardino pluviale con un prato tradizionale a San Francisco.

Come spiega l'autrice, "città come San Francisco stanno implementando queste strutture LID e noi volevamo verificare la quantità d'acqua che le attraversa. Eravamo interessati in particolare a diversi scenari climatici, come El Niño rispetto a La Niña, perché gli eventi di pioggia sono molto più intensi durante gli anni di El Niño e potrebbero causare inondazioni improvvise o problemi di tracimazione di inquinanti superficiali".

I sensori raccontano la storia

Il team di ricerca ha esaminato le differenze nella quantità d'acqua che le strutture LID potevano lasciar passare. Michelle dice: "I sensori di potenziale idrico e di umidità del suolo hanno fornito dati che dimostrano che le aree LID sono efficaci nel catturare l'acqua, infiltrarla più lentamente e immagazzinarla essenzialmente nella falda acquifera". Il team ha testato il confronto tra una trincea di infiltrazione in stile sviluppo a basso impatto e un prato irrigato e ha scoperto che l'efficienza di ricarica della trincea di infiltrazione, compresa tra il 58% e il 79%, era molto più alta di quella del prato, compresa tra l'8% e il 33%.

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I pluviometri riservano sorprese

Sebbene non facesse parte del piano originale, i ricercatori hanno utilizzato dei pluviometri per misurare le precipitazioni, ottenendo dati sorprendenti.

Michelle commenta: "Volevamo usare solo il database di San Francisco, ma è stato necessario usare i pluviometri a causa della nebbia. La nebbia portava con sé molte precipitazioni che non si presentavano sotto forma di gocce di pioggia. Condensandosi sulle foglie, ha fornito una parte sostanziale dell'acqua nel bilancio, e questo mi ha sorpreso. Il pluviometro ha catturato la condensa sull'imbuto dello strumento, così siamo stati in grado di vedere che arrivava una certa quantità d'acqua che di solito viene trascurata in molti studi".

Precipitazioni future di El Niño

Michelle ha anche trovato risultati molto interessanti su El Niño e La Niña. Dice: "Ho fatto un'analisi storica per stabilire i valori di base della frequenza, dell'intensità e della durata degli eventi di precipitazione durante gli anni di El Niño e La Niña. Ho poi analizzato i dati climatici proiettati attraverso un modello Hydrus-2D e i modelli hanno mostrato che con le future intensità di El Niño, i tassi di ricarica erano effettivamente più alti per un dato evento di precipitazione. Durante questi eventi, nei tipici contesti urbani, l'acqua scorre via così velocemente che solo questi giardini e trincee pluviali sarebbero in grado di catturare la pioggia che altrimenti andrebbe persa nell'oceano. Ciò contrasta con uno scenario climatico da La Niña, in cui le precipitazioni sono in genere meno abbondanti e più diffuse. La maggior parte della pioggia potrebbe andare persa per evaporazione durante gli anni secchi. Quindi, utilizzando sensori e modelli 2D, abbiamo convalidato l'ipotesi che le strutture LID forniscano un servizio di stoccaggio dell'acqua, in particolare durante gli anni di El Niño, in cui si verificano precipitazioni più intense".

La ricerca di Michelle è stata pubblicata su internet ed è stata anche presentata nell'Editor's spotlight dell'AGU EOS. I suoi risultati sono pubblicati nella rivista Water Resources Research.

Scarica la "Guida completa al potenziale idrico per i ricercatori".