An approach to model reduction and sensitivity analysis for preliminary risk assessment of groundwater bodies associated with hydraulic fracturing

The content of this thesis is mainly concerned with the exploration of two different techniques of Global Sensitivity Analysis (GSA) group in a context of gas intrusion coming from a reservoir into an aquifer due to fracking operations. The process of intrusion has been described by two target quantities defined for the system under analysis. Two GSA techniques are represented by Sobol and Morris indices and indices principally state the level of influence of input parameters of the problem on the output target quantities. Sobol indices are easily computed through the use of a surrogate model of the full model built with the Polynomial Chaos Expansion (PCE) technique. The surrogate model also allows to achieve a Monte Carlo Analysis of global target quantities, defining their probability density functions and as a consequence giving some information about response surfaces.

Il contenuto di questa tesi riguarda principalmente l’esplorazione e l’utilizzo di due differenti tecniche di Analisi di Sensitività Globale nel contesto di un’intrusione di un gas proveniente da un giacimento e entrante in un acquifero a cause di operazioni di fracking. Il processo di intrusione è stato descritto da due quantità di interesse definite per il sistema sotto analisi. Le due tecniche di sensitività sono rappresentate dagli indici di Sobol e Morris e gli indici determinano principalmente il livello di influenza dei parametri di ingresso del problema sulle quantità di interesse in uscita. Gli indici di Sobol sono facilmente calcolati attraverso l’utilizzo di un modello surrogato del modello completo costruito con la espansione di tipo Polynomial Chaos Expansion. Il modello surrogato permette inoltre di ottenere un’analisi Monte Carlo delle quantità globali di interesse, definendo le loro funzioni di distribuzione di probabilità e di conseguenza fornendo informazioni riguardo alle superfici di risposta.