Identifizierung und Formulierung von Unsicherheiten in der Siedlungswasserwirtschaft

Bei der Untersuchung spezifischer Probleme im Bereich der Umweltingenieurwissenschaften wie auch in allen anderen technischen Gebieten muss stets ein bestimmtes reales Systemverhalten analysiert oder prognostiziert werden. In Abhängigkeit von der konkreten Fragestellung modellieren wir dieses Verhalten mit einem passenden Abstraktionsgrad (Modellstruktur), den dazugehörigen Modellparametern und Eingangsvariablen (Daten). Alle drei Faktoren sind unsicher. Dieser Sachverhalt wird entweder implizit über Sicherheitsfaktoren, Literaturwerte, Erfahrung, Intuition etc. oder explizit berücksichtigt. Letzteres bedeutet, dass die unsicheren Variablen und Parameter nicht als fixe Werte angesehen, sondern durch eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ihres Wertes beschrieben werden. Die Berechnung der Modelresultate erfolgt unter direkter Berücksichtigung dieser Beschreibungen. Die Ergebnisse entsprechen demnach auch keinen fixen Werten und wirken sehr vertrauenswürdig. In den meisten Fällen werden die einfliessenden Unsicherheiten jedoch unzureichend evaluiert. Der Fehler, der aufgrund dieses Vorgehens hingenommen wird, kann den Wert expliziter Berücksichtigung von Unsicherheiten in Frage stellen.

Der Fokus dieser Dissertation liegt auf den Modell-Inputs – Variablen und Parameter. Es wird eine objektive Strategie entwickelt, welche die einfliessenden Unsicherheiten bei der Anwendung von Modellen in der Siedlungswasserwirtschaft identifiziert und mathematisch formuliert. Auf folgende Fragen werden für jedes untersuchte Modell Antworten erarbeitet.

Welches sind die Unsicherheitsquellen und welchen Einfluss haben sie auf das Modellresultat?
Was sind die zugrunde liegenden Zusammenhänge bezüglich der Unsicherheiten?
Korrelieren verschiedene Eingangsvariablen oder Modellparameter in ihren Werten?
Wie können die Unsicherheiten und ihre Verknüpfungen folgerichtig mathematisch formuliert werden? Wie werden Daten, Expertenwissen und Erfahrungswerte korrekt in diese Formulierung integriert?