Modelling climate-change impacts on groundwater recharge in the Murray-Darling Basin, Australia

Abstract

A methodology is presented for assessing the average changes in groundwater recharge under a future climate. The method is applied to the 1,060,000 km² Murray-Darling Basin (MDB) in Australia. Climate sequences were developed based upon three scenarios for a 2030 climate relative to a 1990 climate from the outputs of 15 global climate models. Dryland diffuse groundwater recharge was modelled in WAVES using these 45 climate scenarios and fitted to a Pearson Type III probability distribution to condense the 45 scenarios down to three: a wet future, a median future and a dry future. The use of a probability distribution allowed the significance of any change in recharge to be assessed. This study found that for the median future, climate recharge is projected to increase on average by 5% across the MDB but this is not spatially uniform. In the wet and dry future scenarios the recharge is projected to increase by 32% and decrease by 12% on average across the MDB, respectively. The differences between the climate sequences generated by the 15 different global climate models makes it difficult to project the direction of the change in recharge for a 2030 climate, let alone the magnitude.

Résumé

Une méthode est présentée pour évaluer les variations moyennes de la recharge de nappes souterraines sous un climat futur. La méthode est appliquée au Murray-Darling Basin (MDB), Australie, d’une superficie de 1,060,000 km². Des séquences climatiques ont été dévelopées sur la base de trois scénarios pour 2030 rapportés au climat de 1990, à partir de 15 modèles climatiques globaux. La recharge diffuse en milieu aride a été modélisée avec WAVES en utilisant 45 scénarios climatiques ajustés à une distribution de Pearson de Type III pour réduire le nombre de scénarios à trois: climat futur humide, climat futur intermédiaire, climat futur sec. L’utilisation d’une distribution probabiliste a permis d’évaluer l’importance de n’importe quelle variation de la recharge. Cette étude a mis en évidence que, pour un futur climatique intermédiaire, la recharge augmente en moyenne de 5% dans le MDB, mais de façon non uniforme sur l’ensemble du bassin. Pour les scénarios humide et sec, la recharge augmenterait en moyenne de 32% et baisserait de 12% respectivement dans le MDB. Les différences entre les séquences climatiques générées par les 15 modèles climatiques globaux rendent difficile la projection de la tendance d’évolution de la recharge à l’horizon 2030, sans parler de son amplitude.

Resumen

Se presenta una metodología para evaluar los cambios promedios en la recarga del agua subterránea bajo un clima futuro. El método se aplica a los 1,060,000 km² de la Cuenca Murray-Darling (MDB) en Australia. Se desarrollaron secuencias climáticas basadas sobre tres escenarios para el clima de 2030 relativo al clima de 1990 a partir de las salidas de 15 modelos climáticos globales. La recarga difusa de agua subterránea en tierras desérticas fue modelada con WAVES usando estos 45 escenarios climáticos y ajustados a una distribución de probabilidad Pearson Tipo III para condensar estos 45 escenarios a 3: un futuro húmedo, un futuro mediano y un futuro seco. El uso de la distribución de probabilidad permitió evaluar la importancia de cualquier cambio climático en la futura recarga. Este estudio encontró que para un futuro clima medio la recarga se proyecta incrementándose en promedio un 5% a través de la MDB pero esto no es espacialmente uniforme. En los escenarios futuros húmedos y secos la recarga se ve proyectada a incrementarse en un 32% y decrecer 12% en promedio a través de la MDB, respectivamente. Las diferencias entre las secuencias climáticas por 15 modelos climáticos globales diferentes hace difícil proyectar la dirección del cambio en la recarga para el clima del 2030, y mucho menos aún la magnitud.

摘要

本文提出了一种方法用于评估未来气候条件下地下水补给的平均变化。将该方法应用于面积约1,060,000 km2的澳大利亚墨累-达令 (Murray-Darling) 盆地。基于15个全球气候模型和三个基于1990年气候的2030年气候情景, 预测了气候序列。利用WAVES模拟45个不同气候情景下干旱大陆的地下水补给。之后使用皮尔逊III型概率分布曲线将这45个情景分为三个类型: 潮湿、正常和干旱的未来。应用概率分布评估任意补给变化的意义。研究发现正常气候会导致MD盆地平均补给增加5%, 但是这个补给存在空间差异。在干旱和湿润情景下, MD盆地平均补给分别降低12%和增加32%。由15个不同的全球气候模型生成的气候序列的差异导致2030年气候条件下地下水补给变化趋势评估变的困难, 更不用说其定量化。

Resumo

Apresenta-se uma metodologia para avaliar as alterações médias da recarga de água subterrânea sob um cenário futuro de alterações climáticas. O método foi aplicado à Bacia Murray-Darling (BMD), com 1,060,000 km², na Austrália. Foram desenvolvidas sequências climáticas baseadas em três cenários para o clima em 2030 relativamente ao clima em 1990, a partir dos resultados de 15 modelos climáticos globais. A recarga difusa da água subterrânea de Dryland foi modelada com programa WAVES, usando estes 45 cenários de clima, e foi ajustada a uma distribuição de probabilidades do Tipo Pearson III, de modo a condensar os 45 cenários a três: um futuro húmido, um futuro mediano e um futuro seco. A utilização de uma distribuição de probabilidades permitiu avaliar a significância de qualquer alteração da recarga a atingir. Neste estudo prevê-se que a recarga correspondente ao futuro cenário climático mediano aumente em média 5% ao longo da BMD, mas este aumento não é espacialmente uniforme. Nos futuros cenários húmido e seco prevê-se que a recarga aumente 32% e diminua 12% em média ao longo da BMD, respectivamente. As diferenças entre as sequências climáticas geradas pelos 15 modelos de clima global dificultam a previsão do sentido de alteração da recarga para o clima em 2030, se excluirmos a magnitude.