Effektive und Realitätstreue hydrologische Simulation von Karstsystemen und Inferenz

Description: Karstaquifere, die etwa 25 % der Weltbevölkerung mit Wasser versorgen, sind wichtige natürliche Wasserressourcen. Die realistische und prozessbasierte hydrologische Modellierung der Abflussmenge von Karstquellen stellt jedoch aufgrund der Komplexität des Systems und der begrenzten Datenverfügbarkeit nach wie vor eine Herausforderung dar. Daher werden in der Praxis häufig vereinfachte Lumped Parameter Modelle (LMs) angewendet, die das System in einer räumlich aggregierten Weise mit vereinfachten Prozessdarstellungen abbilden. Die Parameter dieser LMs sind jedoch möglicherweise nicht direkt physikalisch interpretierbar oder messbar, und Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Karstsystems anhand von LMs sind oft eingeschränkt- unter anderem durch Parameterunsicherheiten und einen unbekannten Grad an Modellrealismus. Aufgrund der globalen Bedeutung von LMs für die hydrologische Modellierung von Karstsystemen ist es erforderlich, diese Probleme anzugehen und zu lösen, um in Zukunft effizientere und realistischere hydrologische Modellierungen von Karstsystemen zu ermöglichen. Unsere Hypothese ist, dass es durch Methoden der Unsicherheitsquantifizierung, Sensitivitätsanalyse und Modellevaluation möglich ist, das realistischste LM für ein bestimmtes Karstsystem zu identifizieren, um Systemeigenschaften aufzudecken und genaue Simulationen zu ermöglichen. Wir konzentrieren uns darauf, Zusammenhänge zwischen den LM-Parametern und den physikalischen Systemeigenschaften für eine große Anzahl synthetischer Karstsysteme herzustellen. Diese werden mithilfe kürzlich entwickelter stochastischer Karstnetzwerk-Generatoren in Kombination mit einem hochmodernen, räumlich verteilten prozessbasierten distributiven numerischen Modell (PBM) erzeugt. Wir simulieren entsprechende synthetische Quellabflusszeitreihen, die als bekannte Referenzdaten dienen. Letztlich ermöglicht dies die Entdeckung von Mustern in Modellrealismus, Prozessdarstellungen und Parameterbeziehungen für eine große Anzahl von Karstsystemen auf eine bisher beispiellose und verallgemeinerte Weise.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Hydrogeologie ? Karstwasser ? Hydrochemie ? Karstgebiet ? Limnologie ? Mathematisches Modell ? Sensitivitätsanalyse ? Siedlungswasserwirtschaft ? Modellierung ? Weltbevölkerung ? Hydrologie ? Wasserressourcen ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Saxony

Bounding boxes: 13.25° .. 13.25° x 51° .. 51°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Grundwasserwirtschaft (Projektverantwortung)
• Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Grundwasserwirtschaft, Professur Grundwassersysteme (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2025-01-01 - 2025-10-02

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Effective and Realistic KArst Hydrological SIMulation and InfeRenc
  Description: Providing water to around 25% of the world’s population, karst aquifers are important natural water resources. However, the realistic and process-based hydrological modelling of karst system spring discharge still poses a challenge due to system complexity and data scarcity. Therefore, lumped models (LMs) are commonly applied in practice, which represent the system in a spatially aggregated manner using simplified process representations. LM parameters, however, might not be directly physically interpretable or measurable and inferences made about karst system properties with LMs are often compromised, among other aspects, by parameter uncertainty and an unknown degree of model realism. Due to the global importance of LMs for karst hydrological modelling, there is a need to tackle and resolve these problems to enable more efficient and realistic karst hydrological modelling in the future. We hypothesize that, given methods of uncertainty quantification, sensitivity analysis, and model evaluation, it is possible to identify the most realistic LM for a given karst system, unveiling system characteristics and enabling accurate simulations. We will focus on establishing relationships between LM parameters and physical system properties for a large number of synthetic karst systems, generated using recently developed stochastic karst conduit network generators in combination with a state-of-the-art spatially distributed process-based model (PBM). We will simulate corresponding synthetic spring discharge time series, which serve as a known ground truth. Ultimately, this allows for the discovery of patterns in model realism, process representation, and parameter relationships for a large number of karst systems in an unprecedented and generalized manner. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138805

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/560588049 (Webseite)

Status

Aktiv

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