Geochemical processes in subsurface reservoirs affected by microbial activity change the material properties of porous media. This is a complex biogeochemical process in subsurface reservoirs that currently contains strong conceptual uncertainty. This means, several modeling approaches describing the biogeochemical process are plausible and modelers face the uncertainty of choosing the most appropriate one. Once observation data becomes available, a rigorous Bayesian model selection accompanied by a Bayesian model justifiability analysis could be employed to choose the most appropriate model, i.e. the one that describes the underlying physical processes best in the light of the available data. However, biogeochemical modeling is computationally very demanding because it conceptualizes different phases, biomass dynamics, geochemistry, precipitation and dissolution in porous media. Therefore, the Bayesian framework cannot be based directly on the full computational models as this would require too many expensive model evaluations. To circumvent this problem, we suggest performing both Bayesian model selection and justifiability analysis after constructing surrogates for the competing biogeochemical models. Here, we use the arbitrary polynomial chaos expansion. We account for the approximation error in the Bayesian analysis by introducing novel correction factors for the resulting model weights. Thereby, we extend the Bayesian justifiability analysis and assess model similarities for computationally expensive models. We demonstrate the method on a representative scenario for microbially induced calcite precipitation in a porous medium. Our extension of the justifiability analysis provides a suitable approach for the comparison of computationally demanding models and gives an insight on the necessary amount of data for a reliable model performance.


翻译:受微生物活动影响的地下水库中的地球化学过程会改变多孔介质的物质特性。 这是一个复杂的地下水库生物地球化学过程,目前含有很强的概念不确定性。 这意味着,描述生物地球化学过程的几种建模方法是有道理的,而模型者则面临选择最适当模型的不确定性。 一旦有了观察数据,就可采用严格的贝叶斯模型选择模式,并辅之以贝叶斯模型的可合理性分析,以选择最合适的模型,即根据现有数据,描述基础物理过程。然而,生物地球化学建模在计算上要求很高,因为它对不同阶段、生物动态、地球化学、降水和多孔媒体的解体进行概念化分析。因此,贝叶斯框架不能直接以全面计算模型为基础,因为这需要花费太多的模型评估。为了回避这一问题,我们建议在为相互竞争的生物地球化学模型的代谢性模型中,我们使用任意的多度模型扩展,因为生物物理化学模型的计算要求非常高,我们用精确性模型来进行精确的精确性分析。我们用精确性模型来评估贝斯的可比较性模型的精确性模型分析,我们用来分析。我们用来推估的可贵度的精确性模型,我们用来推算。

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