Assessing multi-source uncertainties in defining the Mekong River basin Safe Operating Space

Under conditions of deep uncertainty, water resource decision-making must shift from single optimal solutions toward robust, flexible management strategies, making essential the identification and quantification of the propagating layers of uncertainty. This study utilizes the SOS-Water framework to operationalize the global Planetary Boundaries approach for the Mekong River basin, defining a localized Safe Operating Space (SOS) through sector-specific thresholds that partition the indicator space into safe, risk, and danger zones. Within this workflow, four overlapping layers of uncertainty are evaluated: climate projections from multiple Global Climate Models (GCMs) under the SSP2-4.5 scenario; management pathways represented by three distinct dam portfolios; structural uncertainty in the Integrated Water System Model via alternative parameterizations; and threshold definition ambiguity. The framework, applied over a 20-year horizon (2031-2050), evaluates four critical sectors of the Mekong river system: hydropower production, reservoir carbon intensity, sediment transport, and the seasonal flood pulse. Results demonstrate that dominant uncertainty sources are highly sector-specific, though GCM climate variability emerges as the least impactful driver. Hydropower, sediment, and flood pulse robustness exhibit strong dependency on the chosen infrastructure pathway, with sediment delivery also highly sensitive to parameterization and threshold definitions. While the Low-Impact pathway emerges as the most balanced alternative—preventing sectors from entering the danger zone—it remains highly vulnerable to threshold definition shifts. Conversely, reservoir carbon intensity shows negligible sensitivity to climate or pathway variations but emerges as the most uncertain sector overall due to extreme vulnerability to model parameterization and threshold definitions, highlighting critical knowledge gaps surrounding this process.

In condizioni di profonda incertezza, il processo decisionale sulle risorse idriche deve orientarsi verso strategie robuste nei confronti di molteplici cambiamenti, rendendo essenziale quantificare le incertezze che si propagano nel sistema. Questo studio utilizza la metodologia SOS-Water per rendere operativo il concetto dei Confini Planetari per il bacino del fiume Mekong, definendo uno Spazio Operativo Sicuro (SOS) localizzato tramite soglie di sicurezza settoriali che ripartiscono lo spazio degli indicatori in zona sicura, a rischio e di pericolo. All’interno di questa metodologia, vengono valutate quattro fonti di incertezza: diverse proiezioni da modelli climatici globali (GCM) per lo scenario SSP2-4.5; tre traiettorie di sviluppo infrastrutturale di dighe; l’incertezza strutturale nel Modello Integrato del Sistema Idrico tramite parametrizzazioni alternative; e l’ambiguità nella definizione delle soglie. Il framework, applicato su un orizzonte ventennale (2031-2050), valuta quattro settori critici del bacino del Mekong: produzione idroelettrica, intensità di emissioni dei bacini artificiali, trasporto dei sedimenti e impulso di piena stagionale. I risultati dimostrano che le fonti dominanti di incertezza sono specifiche per settore, sebbene la variabilità climatica dei GCM sia il fattore meno impattante nel sistema. Idroelettrico, sedimenti e impulso di piena dipendono fortemente dalla traiettoria infrastrutturale, con i sedimenti altamente sensibili anche a diverse parametrizzazioni e soglie. Lo scenario a "Basso Impatto" emerge come il più equilibrato, impedendo l’ingresso dei settori nella zona di pericolo, ma resta il più vulnerabile alle variazioni delle soglie. Al contrario, l’intensità di emissioni dei bacini mostra una sensibilità trascurabile a clima e infrastrutture, ma risulta il settore generalmente più incerto a causa dell’estrema vulnerabilità a parametrizzazioni e soglie, evidenziando critiche lacune conoscitive su questo processo.