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| Bachelor Thesis | FZJ-2017-08676 |
2017
Abstract: Diese Bachelorarbeit hat zum Ziel, vier bestehende geophysikalische Modellierungssoftwares im Hinblick auf ihre Eignung für mehrdimensionale Vorwärtsmodellierung von Leitfähigkeitsmessungen zu bewerten. Die Vorwärtsmodellierung ist der erste von zwei Schritten zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung in Böden mittels elektromagnetischer Induktion. Der zweite Schritt ist die Inversion der Messdaten. Aktuell wird diese eindimensional durchgeführt und kann daher nur horizontal geschichtete Böden rekonstruieren. Um auch komplexerer Leitfähigkeitsverteilungen invertieren zu können, muss eine zwei- bzw. dreidimensionale Vorwärtsmodellierungssoftware gefunden und für eine schnelle Inversion optimiert werden.Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf Parameterstudien zur Genauigkeit der Vorwärtsmodellierung im Hinblick auf die scheinbare elektrische Leitfähigkeit, über die die Bodenzusammensetzung charakterisiert wird. Letztlich wird eine qualitative Bewertung zu den verschiedenen Modellierungsprogrammen durchgeführt. Anhand dieser Bewertung soll als Ziel dieser Arbeit eine Empfehlung bezüglich der am geeignetsten Modellierungssoftware gegeben werden.Um die Softwareanalyse durchzuführen, wird in der Arbeit von einer bekannten realen Untergrundzusammensetzung ausgegangen, die durch die Programme simuliert werden soll. So kann untersucht werden, welches Maß an Modellierungsgenauigkeit eingehalten werden muss, damit der reale Untergrund mit ausreichender Genauigkeit approximiert wird. Angesichts von Einschränkungen bezüglich der erlaubten Berechnungszeit pro Modell wird in der Analyse ein besonderes Augenmerk auf das Verhältnis von Modellgröße bzw. Anzahl an Gitterelementen zu Berechnungszeit und von Modellgröße zu Genauigkeit gelegt.Schließlich soll für die dreidimensionale Modellierungssoftware eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden, durch die speziell der Einfluss von kleinen Modelländerungen auf die scheinbare elektrische Leitfähigkeit untersucht werden soll.Ebenfalls Bestandteil dieser Arbeit ist die Ausarbeitung der Grundlagen für verschiedene Verfahren zur numerischen Berechnung von elektromagnetischen Feldern sein. Da zwei der vier Softwares einen dreidimensionalen Modellierungsansatz verfolgen und diesen durch die Verwendung von finiten Elementen umsetzen, sollen zusätzlich die Grundzüge der Finiten-Elemente-Methode erläutert werden.Zum besseren Verständnis der physikalischen Grundlagen wird ein Teil der Bachelorarbeit das Verfahren der elektromagnetischen Induktion näher behandeln.
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