沈 力

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430079)

1 利用分形理論研究滑坡預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀

滑坡是斜坡上的巖石受到自然的影響，如河流的沖擊、雨水的侵蝕、地震等，在重力或人為的作用下向山坡下滑動(dòng)的現(xiàn)象。這種滑坡通常會(huì)對(duì)地質(zhì)和當(dāng)?shù)鼐用裼幸欢ǖ奈：??；挛灰票O(jiān)測(cè)是對(duì)滑坡現(xiàn)象進(jìn)行觀察和檢驗(yàn)的重點(diǎn)工作，由監(jiān)測(cè)所得時(shí)間位移序列是滑坡的整體滑動(dòng)過程的最外在最直接的表現(xiàn)，同時(shí)其具有明顯的非線性特點(diǎn)。加強(qiáng)對(duì)滑坡時(shí)間位移序列的分析和研究，可以減少滑坡對(duì)人們的危害。作為非線性理論重要組成部分的分形理論近些年來在機(jī)械、制造、地質(zhì)學(xué)、災(zāi)害預(yù)測(cè)等領(lǐng)域的運(yùn)用取得了重要進(jìn)展，它是在分形幾何學(xué)科的基礎(chǔ)之上得來的，是通過數(shù)學(xué)分析的方式來解決復(fù)雜問題。這種理論方式具備分析物體特征的條件，能夠?qū)φw的特點(diǎn)進(jìn)行分析后，對(duì)部分也進(jìn)行描述定性。在分析的過程中我們需要了解到，雖然子體是整體的組成部分，子體擁有的個(gè)性并不代表整體也的個(gè)性與子體完全相同，整體更具有復(fù)雜性，是每個(gè)個(gè)體不能夠完全展示出來的。經(jīng)過學(xué)者們不斷的分析和研究，通過地質(zhì)學(xué)、理化學(xué)、生物學(xué)和圖形學(xué)等各領(lǐng)域，對(duì)分形理論進(jìn)行了整合，奠定了分形理論對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的思路。雖然分形理論的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，但分形理論在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用將會(huì)得到有力的推進(jìn)，研究的范圍也會(huì)越來越廣泛。有專家和學(xué)者對(duì)滑坡的時(shí)間位移順序進(jìn)行了特征分析，滿足分形體所具有的的時(shí)不變性和自相似性，確定了滑坡時(shí)間位移序列是分形體。同時(shí)對(duì)時(shí)間位移序列盒維數(shù)值進(jìn)行了研究，明確了時(shí)間位移序列與波定性和維數(shù)的關(guān)系。時(shí)間位移序列越復(fù)雜，山體波動(dòng)性越強(qiáng)，維數(shù)則越高，滑坡的穩(wěn)定性也就越高。但當(dāng)時(shí)間位移序列的線性較好的時(shí)候，滑坡位移量有了一定程度的增加，但維數(shù)卻相對(duì)來說較低時(shí)，滑坡不穩(wěn)定狀態(tài)就越強(qiáng)烈。在我國，目前滑坡預(yù)測(cè)還僅僅只是時(shí)間的一個(gè)預(yù)報(bào)，空間預(yù)測(cè)還需要更進(jìn)一步的研究和深入的探討。在滑坡時(shí)間預(yù)測(cè)中已經(jīng)開發(fā)出了預(yù)報(bào)軟件，通過預(yù)報(bào)軟件已經(jīng)有融入了各種能夠影響滑坡產(chǎn)生的因素。從20世紀(jì)80年代開始，有越來越的專家和學(xué)者通過概率論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)相關(guān)的學(xué)術(shù)，對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)相應(yīng)的建樹模型來進(jìn)行預(yù)報(bào)。很多學(xué)者也對(duì)滑坡體系進(jìn)行了大量的實(shí)際分析和研究，也運(yùn)用了模型和數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過大量的分形理論研究，專家和學(xué)者提出了空間分布的從集性規(guī)律和滑坡宏觀變形破壞所具備的分期配套的特征。很多專家學(xué)者也通過具體的實(shí)驗(yàn)研究，來利用分形理論在滑坡中的預(yù)測(cè)進(jìn)行應(yīng)用的探究，在三峽庫區(qū)白水河滑坡和新灘滑坡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過滑坡系統(tǒng)的非線性性出發(fā)，對(duì)非線性科學(xué)在地質(zhì)災(zāi)害中的作用進(jìn)行了分析，并提出了存在的相關(guān)問題，也對(duì)滑坡進(jìn)行了長時(shí)間的數(shù)據(jù)分析，通過分析和研究，指定了整個(gè)分形理論的技術(shù)研究方向。

2 分形理論在滑坡預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

分形理論的是通過分?jǐn)?shù)和數(shù)學(xué)方式來對(duì)客觀實(shí)物進(jìn)行研究和描述的一種分析方法。這種方式因擁有統(tǒng)計(jì)意義結(jié)構(gòu)和形態(tài)的相似性，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不隨集合物體尺寸二變化的標(biāo)度不變形，體現(xiàn)物體分型特點(diǎn)的無標(biāo)度區(qū)特性，以及連續(xù)性和整分可區(qū)分性，而可以利用其特點(diǎn)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)，利用分形維數(shù)和分形統(tǒng)計(jì)模型對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)。因?yàn)榉中卫碚撌菍?duì)復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的研究，在對(duì)無序性實(shí)物研究的時(shí)候，分形理論更能夠體現(xiàn)出被研究對(duì)象的規(guī)律性特點(diǎn)。專家和學(xué)者在通過對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的研究中可以發(fā)現(xiàn)分形現(xiàn)象，這就意味著地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的理論發(fā)展是需要分形理論的應(yīng)用的。在滑坡分布規(guī)律的研究里我們可以利用分形理論對(duì)滑坡的分布和特征進(jìn)行分析。我們能夠發(fā)現(xiàn)滑坡穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)和不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)分維值的差異。因?yàn)榛率菑?fù)雜的地質(zhì)體系動(dòng)態(tài)，它形成、變化、發(fā)展和結(jié)束的過程是變幻莫測(cè)的，滑坡位移的變化也是滑坡本身對(duì)這種變化的一種相應(yīng)，本身也有復(fù)雜和非線性性。所以時(shí)間位移曲線是判斷滑坡演化階段是否具有穩(wěn)定性的重要依據(jù)之一，對(duì)時(shí)間位移曲線的演變進(jìn)行分析，就能夠了解滑坡演變的整個(gè)趨勢(shì)和情況。分維值可以判斷滑坡所處的狀態(tài)，分維值的大小是時(shí)間序列中的信息決定的，不同時(shí)期的分維值是有所不同的。滑坡預(yù)測(cè)里地質(zhì)環(huán)境的信息和各類因素對(duì)演變的行為都是有一定的影響的。滑坡演化受到不同程度和不同因素干擾的時(shí)候，時(shí)間位移序列就會(huì)出現(xiàn)分形結(jié)構(gòu)，只要時(shí)間曲線一直以分形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，并且沒有規(guī)律的變化，那么這一現(xiàn)象所產(chǎn)生的滑坡是穩(wěn)定的。只要影響滑坡的因素干擾能力相同，滑坡的變化就會(huì)變的極其不穩(wěn)定。

3 分形理論在滑坡預(yù)測(cè)中應(yīng)用意義

因?yàn)榛率且环N危害性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，一旦發(fā)生就會(huì)給周圍的環(huán)境、居民、企業(yè)帶來破壞性的災(zāi)難，會(huì)讓個(gè)行業(yè)各都受到極為嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，讓人民也受到安全的威脅。所以對(duì)滑坡的及時(shí)預(yù)測(cè)就能夠降低滑坡帶來的災(zāi)害，讓損失降到最低。滑坡是斜坡上巖體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象，尤其我國山地眾多、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生幾率較大，次數(shù)較頻繁，損失也相對(duì)較大。尤其是三峽地區(qū)，因?yàn)樘厥獾牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)和環(huán)境，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生帶來了極為嚴(yán)重的損失。所以為了有效的掌握滑坡的產(chǎn)生和演變過程，需要有分形理論對(duì)其進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)，并需要通過在滑坡上布置檢測(cè)儀器，對(duì)實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。分形理論能夠很好的處理無序和復(fù)雜的研究對(duì)象，對(duì)于不規(guī)則的研究對(duì)象也能夠進(jìn)行透徹的分析?；聲r(shí)間位移序列是滑坡監(jiān)測(cè)工作中能夠獲取的一個(gè)重要的信息資料，并且對(duì)研究滑坡過程和演化階段都能夠很好的對(duì)其進(jìn)行分析和掌握?？梢酝ㄟ^統(tǒng)計(jì)處在不同演化階段的滑坡時(shí)間位移序列分維值的分布情況，提出基于分維值的滑坡演化階段判別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于群測(cè)群防工作能夠提供有效的參考數(shù)據(jù)，是了解和研究滑坡時(shí)間位移序列的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的得力助手。

4 總結(jié)

分形理論是一個(gè)非常龐大的科學(xué)體系，涵蓋的知識(shí)內(nèi)容豐富，設(shè)計(jì)的知識(shí)方面較多，所以需要深入的分析和理解，也需要完整的運(yùn)算體系。分形理論能夠很好的對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)測(cè)，解決滑坡災(zāi)害帶來的問題。但目前分形理論在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用還相對(duì)簡單，沒有形成深入的研究和探討，所以我們?cè)诶梅中卫碚摰耐瑫r(shí)，需要對(duì)自然界中的客觀事物進(jìn)行數(shù)學(xué)公式的表達(dá)，并通過數(shù)學(xué)來分析和解決問題，讓地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)能得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

[1]付文博, 杜光遠(yuǎn), 王凌曄, 常安代. 基于ArcGIS模型的滑坡地質(zhì)災(zāi)害敏感性評(píng)價(jià)——以金沙江上游為例[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào),2017,(1).

[2]林珊珊, 楊德宏. GIS支持下云南鎮(zhèn)沅縣滑坡孕災(zāi)環(huán)境因子的敏感性評(píng)價(jià)[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,(11).

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[4]沈力，吳益平.基于信息維的滑坡時(shí)間位移序列分析.[J].地質(zhì)科技情報(bào)， 2013，（02）