葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室(成都理工大學)，四川 成都 610059)

模糊綜合評判法在某工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用

葛 寶，朱麗麗，杜 勇 (地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室(成都理工大學)，四川 成都 610059)

某工區(qū)位于廣元地區(qū)，處于5.12汶川特大地震帶的北東端。為了工區(qū)內(nèi)設(shè)施的安全，在地質(zhì)災害發(fā)生之前，有必要對影響工區(qū)內(nèi)重要設(shè)施安全的滑坡、泥石流、危巖等地質(zhì)災害因素進行調(diào)查和分析。運用模糊綜合評價的方法對工區(qū)進行安全性評估，使安全管理部門對工區(qū)內(nèi)各分區(qū)的安全穩(wěn)定性有明確認識，從而提高災害防范意識。

滑坡;泥石流;危巖;地質(zhì)災害;模糊綜合評價;安全性評估

該工區(qū)位于廣元地區(qū)，處于5.12汶川特大地震帶的北東端，其出露地層為龍馬溪組四、五段(S1lm4、S1lm5)，巖性為泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)泥巖，巖層產(chǎn)狀320～344∠56～68°，地貌屬低山，高程520～750m，相對高差100～220m，坡向134～215°，平均坡度36～43°，中部山脊平緩，坡角45～60°，發(fā)育4組裂隙(Ⅰ：265∠36°；Ⅱ：310∠45°；Ⅲ：154∠50°；Ⅳ：39∠31°)，發(fā)育有3個淺層滑坡和一個小型泥石流，受人類活動影響，這些地質(zhì)災害有復活的跡象，因此在區(qū)內(nèi)開展地質(zhì)調(diào)查工作并對其作穩(wěn)定性進行評價具有十分重要的意義。

在地質(zhì)穩(wěn)定性評價中模糊性現(xiàn)象很多，如地質(zhì)條件、地形地貌、災害點的危害程度等[1]。同時地質(zhì)災害的發(fā)生是意外事件，其形成和發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果。由于安全程度的大小涉及到諸多方面，由多項指標決定，因而必須對多種因素和指標進行綜合分析，才能得出較為客觀的結(jié)果[2]。模糊綜合評判法是應(yīng)用模糊變換原理和模糊數(shù)學的基本理論-隸屬度或隸屬函數(shù)來描述中介過渡的模糊信息，考慮與評價事物相關(guān)的各個因素，浮動地選擇因素閥值，作比較合理的劃分，再利用傳統(tǒng)的數(shù)學方法進行處理，從而科學的得出評價結(jié)論[3-4]。下面，筆者利用模糊綜合評判法對某工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性進行了評價。

1 建立數(shù)學模型

模糊數(shù)學中多級模糊評價理論和方法的基本原理是模糊變換原理和最大隸屬度原則[5-6]。其具體步驟為：①確定各評價因子及其權(quán)重，建立評價模型；②按二級評價的賦值標準確定出二級模糊向量，進行二級模糊運算，計算出一級模糊向量，可表示為B1、B2、B3、B4、B5；③按二級模糊評價的結(jié)果和一級因子權(quán)重，進行一級評判，從而求得質(zhì)量評價結(jié)果向量B，按照模糊數(shù)學隸屬度最大原則，確定質(zhì)量等級。④對評價結(jié)果的合理性進行分析，若合理則可確定工區(qū)的危險度等級，不合理則需重新評價。

1.1建立模糊綜合評價集

就該工區(qū)而言，影響其安全性的因素比較多且隨時變化，在綜合考慮地質(zhì)、水文、地形地貌、區(qū)內(nèi)災害點作用情況、人為活動因素5個方面的條件后，再對相關(guān)因子進行優(yōu)篩，初步選取17項因素作為二級評價因子，如坡高、坡向、溝谷切割深度、溝谷切割密度、巖性、巖層產(chǎn)狀、背斜軸部等構(gòu)造的影響程度等。在評價對象及因素選擇的基礎(chǔ)上，根據(jù)模糊數(shù)學方法[7]建立分層次的指標框架分析模型(見圖1)。

1.2危險度等級的劃分及建立評判集

根據(jù)該研究區(qū)的實際情況制定相應(yīng)的工區(qū)危險度等級的劃分標準(見表1)及工區(qū)災害危險度參評因素等級標準(見表2)。

圖1 分層次的指標框架分析模型

表1 工區(qū)危險度分級標準表

表2 工區(qū)災害危險度參評因素等級劃分標準

1.3確定指標因素的權(quán)重及隸屬函數(shù)

1)因素權(quán)重的確定 權(quán)重的確定方法中有專家評判法，其中包括直接評判法、0～1兩兩對比法、0～4兩兩對比法和判斷矩陣法等。筆者根據(jù)表3，通過構(gòu)造兩兩比較矩陣來確定各因素的權(quán)重(即判斷矩陣法)。因素權(quán)重的確定分別如表4～表7所示。

表3 因素重要程度的判斷值

表4 A-B判斷矩陣(一級評判矩陣)

表5 B-C1判斷矩陣(二級評判矩陣)

表6 B-C2判斷矩陣(二級評判矩陣)

表7 B-C3判斷矩陣(二級評判矩陣)

對于地下水和其他因素這2個二級因子的權(quán)重，由于二級因子較少，所以不必用構(gòu)造矩陣的方法給出權(quán)重值，可通過直接評判法給出其權(quán)重。

利用以上面比較矩陣，可以算出各因子的權(quán)重值，其結(jié)果如表8所示。

2)隸屬函數(shù)rij的確定 對于隸屬函數(shù)的選擇問題，筆者采用柯西偏大型函數(shù)作為隸屬函數(shù)[6]，然后根據(jù)表1和表2對工區(qū)的參評因素進行模糊量化。下面以該工區(qū)的B區(qū)為例,對該區(qū)各參評因素進行模糊量化后的隸屬度值如表9所示。

2 地質(zhì)穩(wěn)定性模糊綜合評價

以該工區(qū)的B區(qū)為例，根據(jù)表9進行如下運算：

Ⅱ級評判:

B1=(0.4651，0.2620，0.144，0.0845，0.0444)·(0.464，0.7，0.464，0.869，0.869)T=0.5602

同理可得：

B2=0.633B3=0.8764B4= 0.7676B5= 0.7

Ⅰ級評判:

B=(0.129，0.5128，0.2615，0.0634，0.0333)·(0.5602，0.633，0.8764，0.7676，0.7)T=0.698

根據(jù)表2的評級標準，可以得出該工區(qū)B區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性模糊評判結(jié)果：B區(qū)危險性一般，危險等級Ⅲ級。根據(jù)上述評判結(jié)果，建議對該區(qū)部分不穩(wěn)定邊坡采取安全預警監(jiān)測和進行加固治理的措施，以消除安全隱患。

3 結(jié) 語

利用模糊數(shù)學綜合評判方法對工區(qū)設(shè)施周邊的地質(zhì)環(huán)境進行穩(wěn)定性評價，將各個影響工區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性的抽象化地質(zhì)因素轉(zhuǎn)化成為可用數(shù)學形式表達的隸屬度值，降低人為因素或不確定因素對判斷結(jié)果的影響。運用模糊數(shù)學評判的方法對工區(qū)進行穩(wěn)定性評價需建立在一定的勘察工作基礎(chǔ)之上，且最終評價精度與信息量是否充足和人為對界限值的設(shè)定是否合理有關(guān)。基于模糊綜合評判理論構(gòu)建的B區(qū)穩(wěn)定性評價模型，對影響區(qū)內(nèi)地質(zhì)穩(wěn)定性的因素進行了綜合考慮，最后通過建立危險度等級評價表，給出了該區(qū)B區(qū)的危險度評價等級，并提出了相關(guān)建議。

表8 工區(qū)主要構(gòu)成因素權(quán)值統(tǒng)計表

表9 B區(qū)各參評因素隸屬度值

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[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.021

P631.3

A

1673-1409(2012)04-N064-04

2012-02-27

葛寶(1984-)，男，2008年大學畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事地球物理探測與地質(zhì)災害勘查方面的研究工作。