Geostatistik für die hydrogeologische Praxis

1 Einführung.- 1.1 Geostatistik.- 1.1.1 Ziele und Aufgaben der Geostatistik.- 1.2 Aufbau des Textes.- 1.3 Quantitative Hydrogeologie.- 1.3.1 Hydrogeologische Modelle.- 1.3.1.1 Prozeßmodellierung.- 1.3.1.2 Geographische Informationssysteme (GIS).- 1.3.2 Geostatistik in der Hydrogeologie.- 2 Räumliche Struktur von Boden- und Grundwasserleitereigenschaften.- 2.1 Ortsabhängige Variable (ReV).- 2.2 Räumliche Strukturanalyse - Variographie.- 2.2.1 Theoretische Grundlagen.- 2.2.1.1 Geostatistische Grundannahmen.- 2.2.1.2 Das experimentelle Variogramm.- 2.2.1.3 Das Variogrammodell.- 2.2.1.4 Räumliche Anisotropien.- 2.2.1.5 Die Drift.- 2.2.2 Vorgehen bei der Anpassung experimenteller Variogramme.- 2.2.3 Fallbeispiel:Variogrammanalyse.- 2.2.3.1 Strukturanalyse von Bodenkenngrößen einer ackerbaulich genutzten Fläche.- 2.2.4 Schlußfolgerungen.- 3 Erstellen von Karten hydrogeologischer Kenngrößen.- 3.1 Räumliche Schätzung - Kriging.- 3.1.1 Gewöhnliches Kriging (Ordinary Kriging).- 3.1.2 Kriging bei instationären Variablen (Universal Kriging).- 3.1.3 Kriging mit Externer Drift.- 3.1.4 Raum-Zeit Kriging.- 3.1.5 Die Methode der Kreuzvalidation.- 3.1.6 Fallbeispiel: Kriging.- 3.1.6.1 Erstellung eines Grundwassergleichenplans in einem städtischen Gebiet.- 3.1.7 Schlußfolgerungen.- 3.2 Multivariate Geostatistik.- 3.2.1 Co-Kriging.- 3.2.1.1 Das Co-Kriging Gleichungssystem.- 3.2.1.2 Kreuz-Kovarianzen und Kreuz-Variogramme.- 3.2.2 Kriging von Einflußfaktoren.- 3.2.2.1 Faktorenanalyse.- 3.2.3 Fallbeispiel: Multivariate Schätzung.- 3.2.3.1 Interpolation der räumlichen Verteilung des Redoxpotentials im Grundwasser des Oderbruchs im Winter 1995.- 3.2.3.2 Räumliche Analyse der hydrochemischen Beeinflussung im Grundwasser des Oderbruchs.- 4 Regionalisierung hydrodynamischer Eigenschaften.- 4.1 Indikatoransatz.- 4.1.1 Kriging von Nominalvariablen.- 4.1.2 Indikatorkriging für Variablen des Intervalltyps.- 4.2 Stochastische Simulationsverfahren.- 4.2.1 Methode der Turning Bands.- 4.2.2 Sequentielle Simulation.- 4.2.2.1 Sequentielle Gauß-Simulation.- 4.2.2.2 Sequentielle Indikator Simulation.- 4.2.3 Simuliertes Abkühlen (Simulated Annealing).- 4.2.4 Fallbeispiel: Simulation.- 4.2.4.1 Worst-Case Modellstudie für den Transport von Schadstoffen in einem porösen Grundwasserleiter in Ontario/Kanada.- 4.2.4.2 Untersuchung der Abhängigkeit des Fließverhaltens von der räumlichen Erhaltungsneigung der Aquiferkomponenten - ein numerisches Experiment.- 4.2.5 Weitere Verfahren - Kritik.- 5 Umgang mit Fehlern und Unsicherheiten.- 5.1 Probenahme- und Sanierungsplanung.- 5.1.1 Theoretische Grundlagen.- 5.1.1.1 Die Ausdehnungsvarianz.- 5.1.1.2 Fehlerbetrachtung bei unregelmäßiger Probenanordnung - Voronoi-Zerlegung.- 5.1.2 Das Programmsystem GEOP zur Gefährdungsabschätzung und zur Unterstützung von Probenahme und Sanierungsplanung.- 5.1.2.1 Behandlung multivariater Probleme.- 5.1.3 Fallbeispiel: Gefährdungsabschätzung.- 5.1.3.1 Probenahmeplanung auf einem ehemaligen Kokereigelände.- 5.1.4 Schlußbemerkung.- 5.2 Räumliche Schätzung nicht sicherer Information.- 5.2.1 Fuzzy-Kriging.- 5.2.2 Softkriging.- 5.2.2.1 Definition der Indikatorvariablen für „weiche“ Daten.- 5.2.3 Fallbeispiel: Softkriging.- 5.2.3.1 Verbesserte Regionalisierung von kf-Werten als Parameter in einem numerischen Grundwassermodell unter Nutzung qualitativer Informationen.- 6 Resümee und Ausblick.- 6.1 Zusammenfassung.- 6.2 Ausblick.- Literatur.

Die Autorin erläutert die Methoden der Geostatistik und deren Anwendung speziell in der hydrogeologischen bzw. umweltgeologischen Praxis. Nach der Einführung in die Theorie der ortsabhängigen Variablen und deren Bedeutung für hydrogeologische und umweltbezogene Fragestellungen wird die räumlich-statistische Datenanalyse - die Variographie - vorgestellt. Anschließend werden die Familie der geostatistischen Schätzmethoden - das Kriging - sowie Algorithmen der stochastischen Erzeugung von Parameterfeldern - die geostatistische Simulation - dargestellt. Abgerundet wird der Inhalt mit Methoden der Probenahmeoptimierung für Fragen der Boden- und Grundwasserkontamination. Alle Abschnitte des Buches werden anhand praktischer Fallstudien illustriert. Auch die Einsatzmöglichkeit leicht zugänglicher, preiswerter Programme wird beschrieben und diskutiert.

Einführung in die Anwendung der mathematischen Verfahren anhand praktischer Beispiele