We present a computational framework for dimension reduction and surrogate modeling to accelerate uncertainty quantification in computationally intensive models with high-dimensional inputs and function-valued outputs. Our driving application is multiphase flow in saturated-unsaturated porous media in the context of radioactive waste storage. For fast input dimension reduction, we utilize an approximate global sensitivity measure, for function-value outputs, motivated by ideas from the active subspace methods. The proposed approach does not require expensive gradient computations. We generate an efficient surrogate model by combining a truncated Karhunen-Lo\'{e}ve (KL) expansion of the output with polynomial chaos expansions, for the output KL modes, constructed in the reduced parameter space. We demonstrate the effectiveness of the proposed surrogate modeling approach with a comprehensive set of numerical experiments, where we consider a number of function-valued (temporally or spatially distributed) QoIs.


翻译:我们提出了一个尺寸减少和代用模型的计算框架,以便在具有高维投入和功能价值产出的计算密集型模型中加速不确定性的量化。我们的驱动应用是放射性废物储存中饱和不饱和的多孔介质的多相流动。为了快速投入层面的减少,我们使用一种近似全球敏感度测量,用于功能值产出,由活跃的子空间方法的构想驱动。拟议方法不需要昂贵的梯度计算。我们通过将输出与在减少的参数空间构建的输出 KL 模式的多维混杂扩展结合,产生了一个高效的代用模型。我们展示了拟议的代用模型方法的有效性,并采用了一套综合的数值实验,我们在这里考虑了一系列功能价值(临时或空间分布的)QOIs。

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