Stochastische Modellierung von Strömungs- und Transportprozessen im Untergrund

Forschungsschwerpunkt am LH2

Natürliche Variabilität geologischer Materialien kombiniert mit der typischerweise spärlichen Datenlage erzwingt eine statistische oder geostatistische Beschreibung des Untergrundes, begleitet von stochastischen Simulationen. Dabei müssen Unsicherheiten in der Modellformulierung, in Randbedingungen und äußeren Kräften sowie in Materialparametern berücksichtigt werden. Selbst geostatistische Annahmen über die Natur von unbekannten Bodenstrukturen müssen als unsicher gehandhabt werden.

Wenn man Teile dieser Modellunsicherheit unangemessen behandelt oder gar vernachlässigt, resultiert dies zwangsläufig in übermäßig zuversichtlichen Vorhersagen, fehlerhaften Entwürfen und in wirtschaftlich/politischen Fehlentscheidungen mit rechtlicher und finanzieller Haftung.

Genau wie normale Modelle können auch stochastische Modelle auf Daten aus Erkundungsmaßnahmen (z.B. aus Pump- oder Tracerversuchen) angepasst werden, wodurch die Vorhersageunsicherheit verringert werden kann. Typische Fragestellungen bei solchen Vorgängen sind, welche Arten von Erkundungen die informativsten Daten liefern oder die zuversichtlichsten Entwürfe erlauben, während die Erkundungskosten minimal gehalten werden.

Adäquate stochastische Ansätze sind grundsätzlich mit extrem hinderlichen Rechenaufwand verbunden. Als Gegenmaßnahmen müssen der jeweiligen Aufgabe angepasste Problemformulierungen, passende Vereinfachungen und problemspezifische analytische oder numerische Lösungsansätze gefunden und kombiniert werden. Nur so können stochastische Techniken für komplexe und realitätsnahe Aufgaben der Ingenieurswelt anwendbar gemacht werden.

Typische Anwendungsfelder sind zum Beispiel:

  1. die Definition von Brunneneinzugsgebieten mit unsicherem Umriss in stark heterogenen oder karstischen Systemen,
  2. die Vorhersage von Gesundheitsrisiken durch Grundwasserverschmutzungen in der Umgebung von Trinkwasserbrunnen,
  3. Kostenminimierung von Erkundungs- und Sanierungsmaßnahmen durch optimierte Abwägung zwischen weiterer Datenerfassung und der dadurch möglichen Verringerung von Sicherheitsmargen,
  4. die Planung und Auslegung von CO2-Injektionen in den Untergrund mit Augenmerk auf die Versagenswahrscheinlichkeit des Systems

Am Forschungsschwerpunkt beteiligte Wissenschaftler:

  •  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

 

Zugeordnete Forschungsprojekte

Beschreibung Titel
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
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