Plot für Sensitivitätsindizes erster und zweiter Ordnung für einen Satz von beobachteten Größen in einem THM-Problem. Kreise entlang der Diagonale repräsentieren S1, während nicht-diagonale Einheiten (mit Ausnahme von Kreuzen) Wechselwirkungen S2 zwischen Parametern zeigen.
Quantifizierung von Ungewissheiten und Sensitivitätsanalysen in gekoppelten THMC-Analysen für geotechnische Sicherheitsbewertungen
Thermisch,hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelte (THMC) Modelle werden für die Sicherheitsanalysen in der nuklearen Entsorgung, der Lagerstättenexploration und vielen anderen Bereichen der Geotechnik verwendet. Die zunehmende Verfügbarkeit rechentechnischer Kapazitäten führt zur Verwendung immer komplexerer mathematischer Modelle in der geotechnischen Forschung und Praxis. Ein wesentlicher Aspekt dieser gestiegenen Komplexität ist unter anderem die erhöhte Anzahl nötiger Modelleingaben. Wenn die fraglichen Modelle komplexe physikalische Phänomene im Untergrund auf großen räumlichen und zeitlichen Skalen beschreiben, können diese Parameter in der Regel nicht ohne erhebliche verbleibende Ungewissheiten bestimmt werden. Deterministische Analysen mit einem gewählten Parametersatz erschließen das Spektrum möglicher Systemantworten nur ungenügend und eröffnen nur einen begrenzten Blick auf die Auswertung der Analysen. Modellbasierte Entscheidungsfindung und Optimierung erfordern daher Sensitivitätsanalysen (SA) und die Quantifizierung von Ungewissheiten (UQ). Die Beurteilung der Eignung verschiedener UQ- und SA-Methoden für gekoppelte THMC-Probleme auf einer ingenieurtechnischen Skala steht in weiten Teilen noch aus. Ziel dieser Arbeit ist der systematische Vergleich der Informationen, die durch verschiedene Ansätze der Sensitivitätsanalyse gewonnen werden können, wobei sowohl lokale als auch globale Ansätze verwendet werden.
Die Analysen werden orts- und zeitabhängig durchgeführt, um sowohl Nah- und Fernfeldeffekte als auch die Reaktion der analysierten Systeme in der Früh- und Spätphase zu beobachten und sie mit geotechnischen Beobachtungsmethoden zu verknüpfen. Wir analysieren, welche Parameter und Parameterinteraktionen die Ergebnisse in diesen verschiedenen Bereichen steuern und wie dieses Wissen zu einer verbesserten physikalischen Interpretation und zu verbesserten Beobachtungsmethoden beitragen kann.
Uncertainty quantification and sensitivity analyses in THMC models for geotechnical safety assessment
Coupled thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) models are used for the assessment of nuclear waste disposal, reservoir engineering, and geotechnical engineering. With the availability and continuous increase in computational resources, the tendency to employ increasingly complex mathematical models for geotechnical safety assessment is becoming more prevalent. Among others, an important aspect of this increased complexity is the increased number of model inputs. When the models in question describe complex physical phenomena in the subsurface on large spatial and temporal scales, these parameters can usually not be determined without considerable uncertainty or imprecision. Deterministic analyses with a selected parameter set only insufficiently open up the spectrum of possible system responses and provide only a limited view during the evaluation of the analyses. Thus, model-based decision making and optimization require sensitivity analyses (SA) and uncertainty quantification (UQ). Assessment of the suitability of different UQ and SA methods for coupled THMC problems on an engineering scale is required. The objective of this work is to systematically compare the information gained by different approaches to sensitivity analysis using both local and global approaches. The analyses are performed for different spatio-temporal settings to observe both near and far-field effects as well as early- and late-stage system response and link them to monitoring approaches. We analyze which parameters and parameter interactions control the results in these different domains and how this knowledge can inform an enhanced physical interpretation.