Stochastischer Ansatz zur Lösung von Strömungs- und Transportproblemen in porösen Medien

Ein besseres Verständnis komplexer Untergrundbeschaffenheit ist ein Thema von anhaltendem Interesse, denn die Auswirkungen von Heterogenität in den Materialparametern (Leitfähigkeit, Porosität, etc.) auf die Qualität der Vorhersagen von Strömungs- und Stofftransport im Untergrund kann nicht ignoriert werden. So wirkt sich beispielsweise eine starke Variabilität der hydraulischen Leitfähigkeit im Raum über variierende Fließgeschwindigkeiten auch erheblich auf die Dispersion gelöster Stoffe im Untergrund aus.

Die Möglichkeit, die hydraulischen Eigenschaften poröser Medien statistisch zu beschreiben, legt es angesichts des Mangels an Information über die hydraulische Leitfähigkeitsverteilung zwischen den Messstellen nahe, die Leitfähigkeit als korreliertes Zufallsfeld zu betrachten. Neben Unbestimmtheit und räumlicher Variabilität tragen Mess- und Interpretationsfehler (insbesondere bei indirekten Messmethoden) zur Zufälligkeit dieses Feldes bei. Die Bestimmung dieser virtuellen Parameter ist ein Schwerpunkt stochastischer Theorien.

In Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes zwischen DHI-WASY und dem Weierstrass Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) Berlin wird aktuell die Eignung stochastischer Ansätze im Kontext von Strömung und Transport in heterogenen porösen Medien untersucht. Das Ziel des Projektes ist zweifach: Neben der Erarbeitung neuer Methoden und Algorithmen für Unsicherheitsabschätzungen (insbesondere als Teil des Kalibrierungsprozesses) geht es darum, effiziente und robuste Software-Ansätze für diese Algorithmen auf modernen Parallelrechner-Architekturen zu entwickeln. Positiv bewertete Methoden werden unter praxisrelevanten Gesichtspunkten angepasst, getestet und schließlich in FEFLOW implementiert.