Titelaufnahme

Titel
Sociohydrology : an optimal control approach of human-flood interactions / von Siegfried Langer
VerfasserLanger, Siegfried
Begutachter / BegutachterinTragler, Gernot ; Fürnkranz-Prskawetz, Alexia
Erschienen2014
UmfangII, 72 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (EN)Operations Research / Optimal Control / Sociohydrology / Flood
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-66994 Persistent Identifier (URN)
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Sociohydrology [14.3 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel von Mensch und Natur, im speziellen mit den gegenseitigen Abhängigkeiten und Einflüssen der Faktoren Mensch und Wasser. Anhand einer fiktiven Stadt, welche sich aufgrund ökonomischer Vorteile in der Nähe eines Flusses ansiedelt, wird ein mathematisches Modell entwickelt. Dieses soll dazu dienen, die dynamischen Entwicklungen in diesem sogenannten soziohydrologischen Zusammenspiel möglichst gut abzubilden. Die Arbeit besteht aus drei Teilen. Als erster Schritt wird ein Modell von Baldassarre et al. erläutert und die Simulationen werden reproduziert. Es werden Schäden durch Hochwasser modelliert sowie die Reaktion der Bewohner, die Hochwasserschutz bauen und erhöhen können. Die Stadt hat die Möglichkeit, die Distanz zum Fluss zu verändern, um den Trade-Off zwischen ökonomischen Vorteilen und dem monetären Nachteil aufgrund der Schäden durch Hochwasser entsprechend zu gestalten. Schlussendlich modellieren die Autoren hier auch eine psychologische Komponente, welche in der Erinnerung an vergangene Überflutungen enthalten ist. Aufbauend auf diesem Modell behandelt der zweite Teil der vorliegenden Diplomarbeit die Entwicklung eines optimalen Kontrollmodells. Als Zustandsvariablen dienen die Distanz zum Fluss, die Erinnerung an vergangene Schäden und die Höhe der Dämme. Die beiden Kontrollen sind die Erhöhung der Dämme und ein Parameter, der die Risikopräferenz dieser Stadt misst. Dementsprechend handelt es sich um ein Modell mit zwei Kontrollvariablen und drei Zustandsvariablen. Es werden verschiedene Ansätze für die Dynamiken und funktionalen Zusammenhänge entwickelt und schrittweise verbessert. Der letzte Teil der Diplomarbeit stellt eine Vorstufe zur optimalen Kontrolltheorie dar. Es wird die beste konstante Kontrolle für einen endlichen Zeithorizont bestimmt. Darauf aufbauend wird einerseits dargestellt, wie diese Entscheidungen von der Wahl der Startwerte abhängen. Anderseits geben wir einen Überblick, wie stark sich Unterschiede zum optimalen Zielfunktionswert ergeben, wenn man geringfügige Abweichungen von der optimalen Kontrolle zulässt.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the interplay between people and nature, especially with the mutual dependences and implications of people and rivers. Using a hypothetical city, which settles near a river due to economic advantages, a mathematical model is developed. This model is used to constitute the dynamics in this sociohydrological interplay. The following work consists of three parts. Firstly, we look at a model of Baldassarre et al. (2013), of which we provide an overview and reproduce the upcoming simulations. The model contains the damage due to flooding and the distance to the river. Additionally, it deals with the height of levees, which people can build, and the psychological aspect of flooding events, which is incorporated in the awareness of flood risk. Based on this work, the second part describes the development of an optimal control model with two control and three state variables. The distance to the river, the awareness of floods and the height of the levees are used as state variables. The control variables are the additional height of the levees and a parameter measuring the risk preference of people living in this community. We give different specifications of the functional forms and dynamics, and step by step we try to improve the model and make it more realistic. Finally, some preliminary steps to optimal control theory are taken. We look at a situation, where a social planner has to choose constant control variables over a finite time horizon. Additionally, we give an overview, on how this decision depends on initial conditions. Lastly, we consider relative differences of the objective function, if not the best constant control is chosen.