Bayesian parameter inference for shallow subsurface modeling using field data and impacts on geothermal planning
Bayesian parameter inference for shallow subsurface modeling using field data and impacts on geothermal planning
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使用现场数据进行浅层地下建模的贝叶斯参数推断及其对地热规划的影响
DOI：
10.1017/dce.2022.32
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Kreitmair M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kreitmair M
了解地下对于建设可持续的未来至关重要，特别是对于城市中心。重要的是，需要很好地了解建筑物、隧道和地热交换器等人为基础设施对这一共享资源的热效应，以避免地面过热等问题，并确定提取和利用多余热量等机会。然而，获得地下数据可能是昂贵的，通常需要钻孔。贝叶斯统计方法可以用来克服这一点，通过结合实地数据和数值模拟推断有关地面的信息，同时量化相关的不确定性。这项工作利用在英国卡迪夫市获得的数据，以评估贝叶斯校准（使用GP替代品）方法对测量数据和相关挑战（以前未测试）的适用性，并获得该地区地下的见解。数据集大小的重要性进行了分析，显示更多的数据需要在现实（现场数据），相比控制条件（数字生成的数据），突出了识别数据点，包含最多的信息的重要性。地面的不均匀性（即，输入参数），这可能是特别突出的大规模地下域，也进行了调查，表明校准方法仍然可以产生相当准确的结果，在非均匀条件下。最后，在该地区现有的浅层地热系统中证明了考虑地下性质的不确定性的影响，显示出高于利用的地面容量，以及足够需求的更大规模系统的潜力。
Understanding the subsurface is crucial in building a sustainable future, particularly for urban centers. Importantly, the thermal effects that anthropogenic infrastructure, such as buildings, tunnels, and ground heat exchangers, can have on this shared resource need to be well understood to avoid issues, such as overheating the ground, and to identify opportunities, such as extracting and utilizing excess heat. However, obtaining data for the subsurface can be costly, typically requiring the drilling of boreholes. Bayesian statistical methodologies can be used towards overcoming this, by inferring information about the ground by combining field data and numerical modeling, while quantifying associated uncertainties. This work utilizes data obtained in the city of Cardiff, UK, to evaluate the applicability of a Bayesian calibration (using GP surrogates) approach to measured data and associated challenges (previously not tested) and to obtain insights on the subsurface of the area. The importance of the data set size is analyzed, showing that more data are required in realistic (field data), compared to controlled conditions (numerically-generated data), highlighting the importance of identifying data points that contain the most information. Heterogeneity of the ground (i.e., input parameters), which can be particularly prominent in large-scale subsurface domains, is also investigated, showing that the calibration methodology can still yield reasonably accurate results under heterogeneous conditions. Finally, the impact of considering uncertainty in subsurface properties is demonstrated in an existing shallow geothermal system in the area, showing a higher than utilized ground capacity, and the potential for a larger scale system given sufficient demand.
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DOI：
10.1016/j.scitotenv.2021.148236
发表时间：
2021-06
期刊：
The Science of the total environment
影响因子：
--
作者：
Nikolas Makasis;M. Kreitmair;A. Bidarmaghz;Gareth Farr;Johanna Scheidegger;Ruchi Choudhary
通讯作者：
Nikolas Makasis;M. Kreitmair;A. Bidarmaghz;Gareth Farr;Johanna Scheidegger;Ruchi Choudhary
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DOI：
--
发表时间：
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--
作者：
C. Abesser
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C. Abesser
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B. Williams
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通讯作者：
N. Goldscheider