Quantifizierung der Prognoseunsicherheiten bei der praktischen Anwendung von numerischen Grundwassermodellen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Kaiserslautern
Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Kaiserslautern
2006
|
| Schriftenreihe: | Berichte / Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Universität Kaiserslautern
16 |
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| Beschreibung: | XI, 247 S. Ill., graph. Darst. |
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| adam_text | W, AE. R. TNV.-NR. Z FWW FACHGEBIET WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT
UNIVERSITAET KAISERSLAUTERN 40 BERICHTE 16 OE, ABWR.SSERTOCHNIK 3N 2 ^
TEL 0 61 51/ .G 36 59 + 16 27 FAX 0 6151/16 37 58 HEINZ JOSEF THEIS:
QUANTIFLZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHERHEITEN BEI DER PRAKTISCHEN ANWENDUNG
VON NUMERISCHEN GRUNDWASSERMODELLEN BEIM FACHBEREICH ARCHITEKTUR/RAUM-
UND UMWELTPLANUNG/BAUINGENIEURWESEN DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET
KAISERSLAUTERN ZUR VERLEIHUNG DES AKADEMISCHEN GRADES DOKTOR-INGENIEUR
(DR.-ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG :
06.06.2005 DEKANIN DES FACHBEREICHS: PROF. DR. GABI TROEGER-WEISS
VORSITZENDER DES PRUEFUNGSAUSSCHUSSES: PROF. DR.-ING. THEO G. SCHMITT 1.
BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. GERO KOEHLER 2. BERICHTERSTATTER: PROF.
DR. ANDRAES BAERDOSSY 3. BERICHTERSTATTER: PROF. DR. BENEDIKT TOUSSAINT 4.
BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. KLAUS ZIPFEL D386 INHALTSVERZEICHNIS 1
EINFUEHRUNG 1 1.1 PROBLEMATIK 1 1.2 ZIELSETZUNG 4 1.3 , VORGEHEN 5 2 DIE
UNSICHERHEIT IN DEN ERGEBNISSEN VON GRUNDWASSERMODELLEN 11 2.1
ALLGEMEINES-, 11 2.2 UNSICHERHEITEN BEI DER ERKUNDUNG KONTAMINIERTER
STANDORTE 14 2.2.1 DIE NATUERLICHE HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES 14
2.2.2 BEDEUTUNG DER UNTERGRUNDSTRUKTUREN FUER DIE SCHADSTOFFAUSBREITUNG
19 2.2.3 BEDEUTUNG DER STOFFEIGENSCHAFTEN 20 2.3 BESCHREIBUNG DER
HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES IN EINEM HYDROGEOLOGISCHEN MODELL 22 2.4
DER STOCHASTISCHE ANSATZ ZUR MATHEMATISCHEN BESCHREIBUNG DER
HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES26 2.4.1 GMNDZUEGE DES STOCHASTISCHEN
BODENMODELLS 26 2.4.2 GEOSTATISTISCHE INTERPOLATION 28 2.4.3 DIE
VERBINDUNG DES STOCHASTISCHEN BODENMODELLS MIT KONZEPTEN DER
HYDROGEOLOGIE 33 2.4.4 DIE STOCHASTISCHE SIMULATION 38 2.4.5 IN DIESER
ARBEIT EINGESETZTE VERFAHREN ZUR ABBILDUNG DER HETEROGENITAET 39 2.5 DAS
MATHEMATISCH-NUMERISCHE MODELL ALS TRANSFERFUNKTION ZWISCHEN ERKUNDUNG
UND PROGNOSE 40 2.6 LOESUNGSVERFAHREN DER STOCHASTISCHEN STROEMUNGS- UND
TRANSPORTGLEICHUNGEN 43 2.6.1 DIE MONTE CARLO SIMULATION 43 2.6.2
ANALYTISCHE VERFAHREN 46 2.6.3 DAS BAYES-THEOREM 46 2.6.4
METHODENVERGLEICH 47 2.7 UMSETZUNG IN EIN PRAXISGEEIGNETES VORGEHEN ZUR
QUANTIFIZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHERHEIT... 49 2.7.1 .DAS SUFIX
VERFAHREN 50 2.7.2 DAS PROBLEM DER ZIELFUNKTION 55 2.7.3 INTEGRATION VON
DATEN UNTERSCHIEDLICHEN TYPS 60 2.8 ALTERNATIVE VERFAHREN 63 2.8.1 GLUE
METHODE 63 2.8.2 METHODE DER SCHRITTWEISEN REGRESSION 63 2.8.3 INVERSE
KALIBRIERUNG ZUSAMMEN MIT DER PILOT POINT METHODE 64 2.8.4 TRIAL AND
ERROR KALIBRIERUNG 65 3 FALLSTUDIE 1: EHEMALIGES RAFFINERIE-GELAENDE 67
3.1 DATENAUSWERTUNG 67 3.1.1 UNTERSUCHUNGSGEBIET 67 3.1.2 GEOLOGISCHE
VERHAELTNISSE 67 3.1.3 TRACERVERSUCH 71 3.2 HYDROGEOLOGISCHES MODELL 76
3.3 NUMERISCHES MODELL 78 3.4 ANWENDUNG DES SUFIX-VERFAHRENS ZUR
UNSICHERHEITSANALYSE 79 3.4.1 GENERIERUNG DER SOFT DATA AUS
BOHRBESCHREIBUNGEN 79 3.4.2 VARIOGRAPHIE 82 3.4.3 PROPAGATIONSPFAD TB 84
3.4.4 PROPAGATIONSPFAD TG 88 3.4.5 PROPAGATIONSPFAD SA 92 3.4.6
PROPAGATIONSPFAD MZ 94 3.4.7 VERGLEICHSRECHNUNGEN - FAELLE TAE1, TAE2,
TAE4, COK 94 3.5 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG 96 3.5.1 STOCHASTISCHE
SIMULATIONEN - KONTINUIERLICHE HETEROGENITAET 97 3.5.2 STOCHASTISCHE
SIMULATIONEN - DISKRETE HETEROGENITAET 103 3.5.3 PROPAGATIONSPFAD SA
(SIMULATED ANNEALING) 106 3.5.4 PROPAGATIONSPFAD MZ (MANUELLE ZONIERUNG)
107 3.5.5 VERGLEICHSRECHNUNGEN 109 3.6 ZUSAMMENFASSUNG 112 4 FALLSTUDIE
2: NEUWIEDER BECKEN 113 4.1 DATENAUSWERTUNG 113 4.1.1
UNTERSUCHUNGSGEBIET 113 4.1.2 GEOLOGISCHE VERHAELTNISSE 113 4.1.3
KONZENTRATIONSDATEN AUS DER SANIERUNG 116 4.2 HYDROGEOLOGISCHES MODELL
121 4.3 NUMERISCHES MODELL 124 4.4 ANWENDUNG DES SUFIX-VERFAHRENS ZUR
UNSICHERHEITSANALYSE 128 4.4.1 GENERIERUNG DER SOFT DATA AUS
BOHRBESCHREIBUNGEN 128 4.4.2 VARIOGRAPHIE 128 4.4.3 PROPAGATIONSPFAD TB
133 4.4.4 PROPAGATIONSPFAD TG 135 4.4.5 PROPAGATIONSPFAD SA 136 4.4.6
PROPAGATIONSPFAD MZ 137 4.4.7 DETERMINISTISCHE VERGLEICHSRECHNUNGEN 139
4.5 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG 139 4.5.1 STOCHASTISCHE SIMULATIONEN -
KONTINUIERLICHE HETEROGENITAET 139 4.5.2 STOCHASTISCHE SIMULATIONEN -
DISKRETE HETEROGENITAET 142 4.5.3 DETERMINISTISCHE VERGLEICHSRECHNUNGEN
146 4.6 ZUSAMMENFASSUNG 147 5 BEWERTUNG DER EINGESETZTEN VERFAHREN 149
5.1 EIGNUNG DES SUFIX-VERFAHRENS FUER DEN PRAKTISCHEN EINSATZ BEI DER
GRUNDWASSER- MODELLIERUNG 150 5.1.1 BEWERTUNG DER VERFAHREN ZUR
ABBILDUNG DER HETEROGENITAET ANHAND EINER INTEGRALEN ZIELFUNKTION 150
5.1.2 EIGNUNG DER PROPAGATIONSPFADE FUER DAS *BAYES SCHE UPDATING 155
5.1.3 BEISPIEL FUER DIE QUANTIFIZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHER-HEITEN 158
5.1.4 BESCHRAENKUNGEN DES SUFIX-VERFAHRENS 159 5.2 AUSBLICK 160 5.2.1
KONDITIONIERUNG 161 5.2.2 DATENGRUNDLAGE 162 5.3 FAZIT 163 ANHANG A
ERGEBNISTABELLEN 165 A.L FALLSTUDIE 1 165 A.2 FALLSTUDIE 2 177 ANHANG B
ERGEBNISABBILDUNGEN ZUR FALLSTUDIE 1 179 B.L KORRELATION ZWISCHEN HARD-
UND SOFT DATA 179 B.2 MANUELLE ZONIERUNG 181 B.3 DIE
HETEROGENITAETSABBILDUNGEN NACH DEM COKRIGING VERFAHREN 183 B.4
ERGEBNISSE DER NUMERISCHEN MODELLIERUNG 185 ANHANG C ERGEBNISABBILDUNGEN
ZUR FALLSTUDIE 2 199 C. 1 BEISPIELE FUER DIE SIMULATIONEN NACH DEM
TURNING-BANDS VERFAHREN: 199 C.2 BEISPIELE FUER DIE SIMULATIONEN NACH DEM
TRUNCATED GAUSS VERFAHREN: 202 C.3 SEQUENTIAL INDICATOR SIMULATION UND
SIMULATED ANNEALING 205 C.4 MANUELLE ZONIERUNG 206 C.5 ERGEBNISSE DER
NUMERISCHEN MODELLIERUNG 208 ANHANG D DEFINITIONEN 209 D.L DAS
ZUFALLSMODELL 209 D.2 GAUSS SCHE MODELLE - EFFEKTIVE PARAMETER 213 D.3
METHODEN DER STOCHASTISCHEN SIMULATION 215 D.4 STICHPROBENAUSWAHL BEI
MONTE CARLO SIMULATIONEN : 223 D.5 ANALYTISCHE LOESUNGSVERFAHREN DER
STOCHASTISCHEN STROEMUNGSGLEICHUNG 225 D.6 UNSICHERHEIT - CHAOS -FEHLER
226 D.7 STOFFEIGENSCHAFTEN 227 ANHANG E GLOSSAR 231 ANHANG F SYMBOLE UND
ABKUERZUNGEN 235 LITERATURVERZEICHNIS 239 III
|
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W, AE. R. TNV.-NR. Z FWW FACHGEBIET WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT
UNIVERSITAET KAISERSLAUTERN 40 BERICHTE 16 OE, ABWR.SSERTOCHNIK 3N 2 ^
TEL 0 61 51/'.G 36 59 + 16 27 FAX 0 6151/16 37 58 HEINZ JOSEF THEIS:
QUANTIFLZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHERHEITEN BEI DER PRAKTISCHEN ANWENDUNG
VON NUMERISCHEN GRUNDWASSERMODELLEN BEIM FACHBEREICH ARCHITEKTUR/RAUM-
UND UMWELTPLANUNG/BAUINGENIEURWESEN DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET
KAISERSLAUTERN ZUR VERLEIHUNG DES AKADEMISCHEN GRADES DOKTOR-INGENIEUR
(DR.-ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG :
06.06.2005 DEKANIN DES FACHBEREICHS: PROF. DR. GABI TROEGER-WEISS
VORSITZENDER DES PRUEFUNGSAUSSCHUSSES: PROF. DR.-ING. THEO G. SCHMITT 1.
BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. GERO KOEHLER 2. BERICHTERSTATTER: PROF.
DR. ANDRAES BAERDOSSY 3. BERICHTERSTATTER: PROF. DR. BENEDIKT TOUSSAINT 4.
BERICHTERSTATTER: PROF. DR.-ING. KLAUS ZIPFEL D386 INHALTSVERZEICHNIS 1
EINFUEHRUNG 1 1.1 PROBLEMATIK 1 1.2 ZIELSETZUNG 4 1.3 , VORGEHEN 5 2 DIE
UNSICHERHEIT IN DEN ERGEBNISSEN VON GRUNDWASSERMODELLEN 11 2.1
ALLGEMEINES-, ' 11 2.2 UNSICHERHEITEN BEI DER ERKUNDUNG KONTAMINIERTER
STANDORTE 14 2.2.1 DIE NATUERLICHE HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES 14
2.2.2 BEDEUTUNG DER UNTERGRUNDSTRUKTUREN FUER DIE SCHADSTOFFAUSBREITUNG
19 2.2.3 BEDEUTUNG DER STOFFEIGENSCHAFTEN 20 2.3 BESCHREIBUNG DER
HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES IN EINEM HYDROGEOLOGISCHEN MODELL 22 2.4
DER STOCHASTISCHE ANSATZ ZUR MATHEMATISCHEN BESCHREIBUNG DER
HETEROGENITAET DES UNTERGRUNDES26 2.4.1 GMNDZUEGE DES STOCHASTISCHEN
BODENMODELLS 26 2.4.2 GEOSTATISTISCHE INTERPOLATION 28 2.4.3 DIE
VERBINDUNG DES STOCHASTISCHEN BODENMODELLS MIT KONZEPTEN DER
HYDROGEOLOGIE 33 2.4.4 DIE STOCHASTISCHE SIMULATION 38 2.4.5 IN DIESER
ARBEIT EINGESETZTE VERFAHREN ZUR ABBILDUNG DER HETEROGENITAET 39 2.5 DAS
MATHEMATISCH-NUMERISCHE MODELL ALS TRANSFERFUNKTION ZWISCHEN ERKUNDUNG
UND PROGNOSE 40 2.6 LOESUNGSVERFAHREN DER STOCHASTISCHEN STROEMUNGS- UND
TRANSPORTGLEICHUNGEN 43 2.6.1 DIE MONTE CARLO SIMULATION 43 2.6.2
ANALYTISCHE VERFAHREN 46 2.6.3 DAS BAYES-THEOREM 46 2.6.4
METHODENVERGLEICH 47 2.7 UMSETZUNG IN EIN PRAXISGEEIGNETES VORGEHEN ZUR
QUANTIFIZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHERHEIT. 49 2.7.1 .DAS SUFIX
VERFAHREN 50 2.7.2 DAS PROBLEM DER ZIELFUNKTION 55 2.7.3 INTEGRATION VON
DATEN UNTERSCHIEDLICHEN TYPS 60 2.8 ALTERNATIVE VERFAHREN 63 2.8.1 GLUE
METHODE 63 2.8.2 METHODE DER 'SCHRITTWEISEN REGRESSION' 63 2.8.3 INVERSE
KALIBRIERUNG ZUSAMMEN MIT DER PILOT POINT METHODE 64 2.8.4 TRIAL AND
ERROR KALIBRIERUNG 65 3 FALLSTUDIE 1: EHEMALIGES RAFFINERIE-GELAENDE 67
3.1 DATENAUSWERTUNG 67 3.1.1 UNTERSUCHUNGSGEBIET 67 3.1.2 GEOLOGISCHE
VERHAELTNISSE 67 3.1.3 TRACERVERSUCH 71 3.2 HYDROGEOLOGISCHES MODELL 76
3.3 NUMERISCHES MODELL 78 3.4 ANWENDUNG DES SUFIX-VERFAHRENS ZUR
UNSICHERHEITSANALYSE 79 3.4.1 GENERIERUNG DER SOFT DATA AUS
BOHRBESCHREIBUNGEN 79 3.4.2 VARIOGRAPHIE 82 3.4.3 PROPAGATIONSPFAD TB 84
3.4.4 PROPAGATIONSPFAD TG 88 3.4.5 PROPAGATIONSPFAD SA 92 3.4.6
PROPAGATIONSPFAD MZ 94 3.4.7 VERGLEICHSRECHNUNGEN - FAELLE TAE1, TAE2,
TAE4, COK 94 3.5 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG 96 3.5.1 STOCHASTISCHE
SIMULATIONEN - KONTINUIERLICHE HETEROGENITAET 97 3.5.2 STOCHASTISCHE
SIMULATIONEN - DISKRETE HETEROGENITAET 103 3.5.3 PROPAGATIONSPFAD SA
(SIMULATED ANNEALING) 106 3.5.4 PROPAGATIONSPFAD MZ (MANUELLE ZONIERUNG)
107 3.5.5 VERGLEICHSRECHNUNGEN 109 3.6 ZUSAMMENFASSUNG 112 4 FALLSTUDIE
2: NEUWIEDER BECKEN 113 4.1 DATENAUSWERTUNG 113 4.1.1
UNTERSUCHUNGSGEBIET 113 4.1.2 GEOLOGISCHE VERHAELTNISSE 113 4.1.3
KONZENTRATIONSDATEN AUS DER SANIERUNG 116 4.2 HYDROGEOLOGISCHES MODELL '
121 4.3 NUMERISCHES MODELL 124 4.4 ANWENDUNG DES SUFIX-VERFAHRENS ZUR
UNSICHERHEITSANALYSE 128 4.4.1 GENERIERUNG DER SOFT DATA AUS
BOHRBESCHREIBUNGEN 128 4.4.2 VARIOGRAPHIE 128 4.4.3 PROPAGATIONSPFAD TB
133 4.4.4 PROPAGATIONSPFAD TG 135 4.4.5 PROPAGATIONSPFAD SA 136 4.4.6
PROPAGATIONSPFAD MZ 137 4.4.7 DETERMINISTISCHE VERGLEICHSRECHNUNGEN 139
4.5 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG 139 4.5.1 STOCHASTISCHE SIMULATIONEN -
KONTINUIERLICHE HETEROGENITAET 139 4.5.2 STOCHASTISCHE SIMULATIONEN -
DISKRETE HETEROGENITAET 142 4.5.3 DETERMINISTISCHE VERGLEICHSRECHNUNGEN
146 4.6 ZUSAMMENFASSUNG 147 5 BEWERTUNG DER EINGESETZTEN VERFAHREN 149
5.1 EIGNUNG DES SUFIX-VERFAHRENS FUER DEN PRAKTISCHEN EINSATZ BEI DER
GRUNDWASSER- MODELLIERUNG 150 5.1.1 BEWERTUNG DER VERFAHREN ZUR
ABBILDUNG DER HETEROGENITAET ANHAND EINER INTEGRALEN ZIELFUNKTION 150
5.1.2 EIGNUNG DER PROPAGATIONSPFADE FUER DAS *BAYES'SCHE UPDATING" 155
5.1.3 BEISPIEL FUER DIE QUANTIFIZIERUNG DER PROGNOSEUNSICHER-HEITEN 158
5.1.4 BESCHRAENKUNGEN DES SUFIX-VERFAHRENS 159 5.2 AUSBLICK 160 5.2.1
KONDITIONIERUNG 161 5.2.2 DATENGRUNDLAGE 162 5.3 FAZIT 163 ANHANG A
ERGEBNISTABELLEN 165 A.L FALLSTUDIE 1 165 A.2 FALLSTUDIE 2 177 ANHANG B
ERGEBNISABBILDUNGEN ZUR FALLSTUDIE 1 179 B.L KORRELATION ZWISCHEN HARD-
UND SOFT DATA 179 B.2 MANUELLE ZONIERUNG 181 B.3 DIE
HETEROGENITAETSABBILDUNGEN NACH DEM COKRIGING VERFAHREN 183 B.4
ERGEBNISSE DER NUMERISCHEN MODELLIERUNG 185 ANHANG C ERGEBNISABBILDUNGEN
ZUR FALLSTUDIE 2 199 C. 1 BEISPIELE FUER DIE SIMULATIONEN NACH DEM
TURNING-BANDS VERFAHREN: 199 C.2 BEISPIELE FUER DIE SIMULATIONEN NACH DEM
TRUNCATED GAUSS VERFAHREN: 202 C.3 SEQUENTIAL INDICATOR SIMULATION UND
SIMULATED ANNEALING 205 C.4 MANUELLE ZONIERUNG 206 C.5 ERGEBNISSE DER
NUMERISCHEN MODELLIERUNG 208 ANHANG D DEFINITIONEN 209 D.L DAS
ZUFALLSMODELL 209 D.2 GAUSS'SCHE MODELLE - EFFEKTIVE PARAMETER 213 D.3
METHODEN DER STOCHASTISCHEN SIMULATION 215 D.4 STICHPROBENAUSWAHL BEI
MONTE CARLO SIMULATIONEN : 223 D.5 ANALYTISCHE LOESUNGSVERFAHREN DER
STOCHASTISCHEN STROEMUNGSGLEICHUNG 225 D.6 UNSICHERHEIT - CHAOS -FEHLER
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