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Combination of methodologies for three-dimensional geological and geotechnical modeling exemplifying the inner Aachen City, Germany = Kombination verschiedener Methoden für dreidimensionale geologische und geotechnische Modellierung : das Beispiel der Innenstadt von Aachen, Deutschland



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mei Dong

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

UmfangXII, 157 S. : Ill., graph. Darst., Kt.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Zsfassung in engl. und dt. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-04-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-45645
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/210357/files/4564.pdf

Einrichtungen

  1. Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie (530000)
  2. Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (532110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Modell (Genormte SW) ; Geostatistik (Genormte SW) ; Bodenfraktion (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; volumetrische Wassergehalt (frei) ; hydraulische Leitfähigkeit (frei) ; modeling (frei) ; geostatistics (frei) ; soil fraction (frei) ; hydraulic parameters (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Das kontinuierliche und rasche Wachstum der Urbanisierung im 20. Jahrhundert hat zu einem Anstieg von anthropogen induzierten Georisiken geführt, welche durch Unsicherheiten in geologischen und geotechnischen Modellen aufgrund fehlender geologischer Informationen und mangelndem Fachwissen im Modellierungsprozess begründet sind. Um eine nachhaltige Stadtentwicklung zu fördern, wird ein umfassendes 3-D geologisches Modellierungsverfahren zur Erfassung und Darstellung der geologischen Variabilität und Komplexität im oberflächennahen Untergrund des Stadtgebiets vorgeschlagen. Für eine zuverlässige Beschreibung der geologischen Grenzen ist im Rahmen dieser Arbeit eine Methode entwickelt worden, bei der die auf zweidimensionale (2-D) Variogrammanalyse basierende geostatistische Analyse von geologischen Schichtgrenzen mit Diskrete Smooth Interpolation (DSI) gekoppelt worden ist. Das Hauptziel des 3-D geologischen Modells im Stadtgebiet ist, ein Attributionsmodell mit zuverlässigem geologischen Rahmen zu unterstützen. Das zurzeit häufig eingesetzte Attributionsmodell weist jeder geologische Einheit einer einzigartigen Eigenschaft zu, deren Variabilität im Untergrund dadurch allerdings nur unzureichend beschrieben werden kann. Eine informativere Methode für Attributionsmodellierung ist in dieser Arbeit vorgeschlagen. Bei dieser Methode bedarf es dreier Schritte: Zuordnung der diskreten Eigenschaftswerte ins geologische Modell an den realen Positionen, Analyse der räumlichen Variabilität der Eigenschaftswerte und Vorhersage der Eigenschaften im gesamten Modell. Das vorgeschlagene Verfahren kann nur auf Basis eines zellbasierten volumetrischen Modells umgesetzt werden, das aus dem vorgestellten 3-D geologischen Modell erzeugt werden kann. Die beiden Methoden sind am Beispiel des Innenstadtbereichs der Stadt Aachen, Deutschland veranschaulicht. In diesem Testgebiet ist der durch Störungssysteme verformte oberflächennahe Untergrund mit Hilfe des vorgeschlagenen Modellierungsverfahrens visualisiert. Die Eigenschaft der Tragfähigkeit der geologischen Schichtenist dem geologischen Modell attributiert und als 2-D Karte im Querschnitt visualisiert. Die Fraktionen von Kies, Sand, Schluff und Ton sind im Modell der Quartärablagerungen zugewiesen, um ein 3-D Modell der Bodenfraktionen als Basis für weitere Attributierungen zu erstellen. So sind auf diesem 3-D Bodenfraktionmodell die zwei für GW-Strömungsmodellierung wichtigsten Parameter bzw. volumetrische Wassergehalt und hydraulische Leitfähigkeit für jedes Volumenelement des Modells von Quartärablagerungen mit Hilfe sogenannter Pedo-Transferfunktionen abgeleitet. Die daraus resultierenden 3-D geologischen Attributionsmodelle haben die Verfügbarkeit der vorgeschlagenen Methoden nachgewiesen und ermöglichen weitere Anwendungen im Bereich von Geotechnik, Ingenieurbau und hydrogeologische Untersuchungen.

The continuous and rapid growth of urbanization over the twentieth century has led to increasing man-made geohazards caused by uncertainties in the geological and geotechnical models due to lack of geological information and skills of modeling process. In order to maintain a sustainable city development, a comprehensive three-dimensional (3-D) geological modeling procedure has been proposed to capture and represent the geological variability and complexity of the shallow subsurface in the urban area. Within the scope of this thesis an approach coupling geostatistical analysis based on two-dimensional (2-D) variogram analysis with Discrete Smooth Interpolation was developed to describe a reliable geological boundary. The main objective of 3-D geological model in the urban area is to support attribution models with more reliable geological framework. The widely applied attribution model at present is to assign each geological unit with one unique property, which however cannot describe the variability of the property in the subsurface. A more informative attribution modeling method has been proposed, which consists of three steps: assigning the geological model with discrete property values at the real positions, analyzing the spatial variability of the property, and predicting the property in the whole model. The proposed method can only be implemented based on a cell-based volumetric model, which can be generated from the proposed 3-D geological modeling procedure. The two methodologies were exemplified by the inner Aachen City, Germany. The shallow subsurface of the modeling area deformed by the fault system was visualized from the proposed modeling methodology. The property of bearing capacity was attributed to the geological model and visualized as 2-D cross-section maps. The percentage gravel, sand, silt and clay data were assigned to the model of the Quaternary deposits, and then estimated in the 3-D space to generate a 3-D soil fraction model. Based on the soil fraction model, volumetric water content and hydraulic conductivity, two most important parameters in groundwater flow modeling, were inferred for each voxel of the model of the Quaternary deposits by establishment of Pedo-transfer functions. The resultant 3-D geological and attribution models have demonstrated the availability of the presented methodologies and can allow more applications regarding geotechnical engineering, civil engineering and hydrogeological investigation.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-143559
Datensatz-ID: 210357

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Georesources and Materials Engineering (Fac.5) > Division of Earth Sciences and Geography
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
532110
530000

 Record created 2013-07-17, last modified 2022-04-22


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