Stochastic modelling of subsurface flow and transport processes

Focal point of research activities LH2

Variability of geologic materials in combination with the scarcity of data lead to a statistical or geostatistical description of subsurface systems coupled with stochastic simulation. Uncertainties in model formulation and model choice, in boundary conditions and external system forcing as well as uncertainties of material parameters have to be considered. Even assumptions that characterize unknown spatial variability of subsurface materials must be considered as uncertain.

Without appropriate consideration of these uncertainties, overly confident predictions, engineering designs and management decisions are inevitable, followed by legal and financial liability.

Experimental site data, e.g., from well tests or tracer tests, may be assimilated into stochastic simulation via Bayesian updating. This helps to reduce the prediction uncertainty. A frequently asked question is which kind of site investigation will lead to the most informative data or most confident engineering design at the smallest investigation costs.

These stochastic modeling tasks are notoriously expensive in computer power. Task-driven problem formulations, suitable simplifications and problem-adapted analytical or numerical solution techniques need to be found and combined in order to make the stochastic applicable to complex real-world engineering tasks.

Typical fields of application include, e.g.,

  1. the stochastic definition of well capture zones in heterogeneous or karstic systems,
  2. the prediction of human health risk from groundwater contamination in the vicinity of drinking water wells,
  3. cost minimization of site exploration and remediation actions through optimized tradeoff between safety margins and additional data acquisition
  4. the design of CO2 injection schemes with a focus on system failure.

 

Scientists working in this research area

 

 

  • András Bárdossy
  • Felix Bode
  • Rainer Enzenhöfer
  • Andreas Geiges
  • Frieder Haakh
  • Rainer Helmig
  • Jonas Koch
  • Philipp Leube
  • Sebastian Most
  • Wolfgang Nowak
  • Sergey Oladyshkin
  • Christian Rohde
  • Michael Sinsbeck

 

Focal point of research activities

Description Title
Laufzeit: 01.09.2008 bis 31.08.2011
Abteilung: LH2
Stochastische Modelle für nichtlineare Advektionsdominierte Probleme
Laufzeit: 01.10.2014 bis 30.09.2016
Abteilung: LH2
statistische Fließzeitanalyse in mehrskaligen Formationen
Laufzeit: 01.01.2008 bis 31.12.2011
Abteilung: LH2
Risikoanalyse in geklüfteten porösen Medien am Beispiel eines Wasserschutzgebietes
Laufzeit: 01.11.2012 bis 30.04.2013
Abteilung: LH2
Quantitative Aggregierung von Einzelrisiken zum Gesamtrisiko für Brunneneinzugsgebiete
Laufzeit: 16.01.2009 bis 15.01.2014
Abteilung: LH2
Gekoppelte Datenkompression und Modellreduktion für konditionelle stochastische Modellierung von Strömungs- und Transportprozessen im Untergrund
Laufzeit: 01.07.2013 bis 31.12.2015
Abteilung: LH2
Frühwarn - Überwachungssysteme für verbesserten Trinkwasserschutz
Laufzeit: 16.06.2011 bis 15.06.2014
Abteilung: LS3
Ein probabilistisches Risikomanagement als integrales Trinkwassersicherheitskonzept
Laufzeit: 17.08.2011 bis 16.08.2014
Abteilung: LH2
Ein integrativer Ansatz für Konditionierung, robustes Design und Regelung im Untergrund
Laufzeit: 01.08.2009 bis 16.02.2014
Abteilung: LH2
Effiziente Konzepte für die optimale Versuchsplanung
Laufzeit: 01.07.2010 bis 31.12.2013
Abteilung: LH2
Die Architektur von Schadensherden: multivariate phenomenaologische Beschreibung, Identifizierung und Simulation