Modellazione degli effetti dei cambiamenti climatici e dell'uso del suolo sulle dinamiche di erosione superficiale: il caso di studio dell'Hydrological Open-Air Laboratory di Petzenkirchen, Austria

Abstract

L’erosione del suolo costituisce una criticità ambientale rilevante, con implicazioni per l’agricoltura, la qualità delle acque e la stabilità del territorio, in particolare nei piccoli bacini agricoli. La previsione delle dinamiche erosive in condizioni di cambiamento climatico e di uso del suolo è è fondamentale per una gestione sostenibile dei bacini. Il presente studio analizza i processi erosivi nel laboratorio idrologico a cielo aperto HOAL (Hydrological Open-Air Laboratory), in Austria, utilizzando un modello fisicamente basato per valutare gli hotspot erosivi, i pattern di trasporto dei sedimenti e i principali driver ambientali.

Mediante una calibrazione e validazione pluriennale (2015–2020), lo studio esamina come gli eventi di pioggia intensa, l’uso del suolo e la connettività idrologica influenzino i processi erosivi. I risultati evidenziano come precipitazioni intense e di breve durata inducano il trasporto dei sedimenti in misura maggiore rispetto a cambiamenti graduali nell’uso del suolo. La connettività idrologica, più della prossimità al punto di chiusura, ha un ruolo dominante nei pattern erosivi. Persistono tuttavia criticità legate alla calibrazione del modello, alla disponibilità dei dati e alla rappresentazione dei processi, in particolare in inverno, quando il ruscellamento da saturazione e le dinamiche stagionali non sono pienamente rappresentati.

Integrando dati idrologici ad alta risoluzione con analisi spaziali, questa ricerca evidenzia l’importanza della modellazione basata sugli eventi e di strategie di parametrizzazione migliorate per la valutazione dell’erosione. Gli sviluppi futuri dovrebbero concentrarsi sulla calibrazione automatica, su una maggiore risoluzione temporale e sull’integrazione di pratiche agricole specifiche a livello regionale, per migliorare l’applicabilità del modello nei bacini europei. I risultati offrono spunti utili per strategie di controllo dell’erosione e misure di adattamento climatico nei bacini agricoli.

Soil erosion is a critical environmental challenge affecting agriculture, water quality, and land stability, particularly in small agricultural catchments. Predicting erosion dynamics under changing climatic and landuse conditions is essential for sustainable watershed management. This study investigates erosion processes in the Hydrological Open-Air Laboratory (HOAL), Austria, using a physically based modeling approach to assess erosion hotspots, sediment transport patterns, and key environmental drivers.

Through multi-year calibration and validation (2015–2020), the study evaluates how extreme rainfall events, land use, and hydrological connectivity influence erosion processes. Results indicate that short-duration, high-intensity storms drive sediment transport more significantly than gradual land-use changes. Hydrological connectivity, rather than proximity to the outlet, plays a dominant role in erosion patterns. However, challenges arise in model calibration, data availability, and process representation, particularly in winter conditions, where saturation excess runoff and seasonal dynamics are not fully captured.

By integrating high-resolution hydrological data with spatial analysis, this research highlights the importance of event-based modeling and improved parameterization strategies for erosion assessment. Future advancements should focus on automated calibration, finer temporal resolution, and the integration of region-specific land-use practices to enhance model applicability in European catchments. These findings provide valuable insights for erosion control strategies and climate adaptation measures in agricultural watersheds.