李偉強(qiáng)

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)構(gòu)成水利庫(kù)岸滑坡災(zāi)害防范和控制的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，關(guān)系庫(kù)岸工程質(zhì)量及其長(zhǎng)久使用安全。本文參照案例庫(kù)岸水利工程，就庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及其數(shù)理模型分析開(kāi)展專題研究，圍繞標(biāo)準(zhǔn)化處理評(píng)價(jià)指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重的選擇和風(fēng)險(xiǎn)性模型數(shù)理計(jì)算，探討庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性數(shù)理模型的建立課題，以為同類工程技術(shù)應(yīng)用提供研究參考。

1 案例及其庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性級(jí)別區(qū)劃

1.1 工程概況

案例研究區(qū)處于我國(guó)西北橫斷山脈北段某引水工程的庫(kù)岸區(qū)，受歐亞板塊和印度洋板塊運(yùn)動(dòng)的影響，該區(qū)域多緊束式擠壓構(gòu)造，存在較大規(guī)模的褶皺帶，區(qū)內(nèi)重力侵蝕嚴(yán)重、巖層破碎、斷層交錯(cuò)、地殼強(qiáng)烈抬升、山高谷深、河流深切、地形陡峻。地質(zhì)構(gòu)造至今仍活動(dòng)強(qiáng)烈，屬于我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害尤其滑坡災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域之一。案例區(qū)域坡度及巖性地質(zhì)分布，具體見(jiàn)圖1。

圖1 案例區(qū)域坡度及巖性地質(zhì)分布

1.2 庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性級(jí)別區(qū)劃

以間距100 m×100 m對(duì)研究區(qū)實(shí)施柵格化處理，得柵格單元共84172個(gè)，其中有現(xiàn)實(shí)滑坡體分布的單元格計(jì)675個(gè)。按照滑坡危險(xiǎn)程度與滑坡點(diǎn)存在數(shù)量的正比例關(guān)系，依據(jù)有現(xiàn)實(shí)滑坡體分布的單元數(shù)量以及后驗(yàn)概率分布關(guān)系，按照極度風(fēng)險(xiǎn)、重度風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)和低度風(fēng)險(xiǎn)，我們將庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)劃分為4個(gè)等級(jí)。基于后驗(yàn)概率的庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)具體見(jiàn)表1[1]。

表1 基于后驗(yàn)概率的庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

無(wú)滑坡疊加和有滑坡疊加的風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)劃分布，具體見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 無(wú)滑坡疊加的風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)劃分別圖

圖3 有滑坡疊加的風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)劃分布圖

2 庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性數(shù)理模型

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化處理評(píng)價(jià)指標(biāo)

滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的來(lái)源、度量單位以及取值范圍各有不同，這不利于綜合度量比較和匯總。為克服這個(gè)不足，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以“越大越好”的指標(biāo)類型設(shè)計(jì)或轉(zhuǎn)化指標(biāo)，讓指標(biāo)值越大則滑坡風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)應(yīng)性就越高[2]。

正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式：

負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式：

適度性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式：

式中：xopt系適度指標(biāo)其適度值；xi系第個(gè)單元格里指標(biāo)的初始數(shù)值；x'i系第個(gè)i單元格里某指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xmax系各單元格里某指標(biāo)的最大極值；xmin系各單元格里某指標(biāo)的最小極值。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)性數(shù)理模型構(gòu)建

結(jié)合案例研究區(qū)地質(zhì)基本概況，按地質(zhì)巖性、高程、坡向、坡度、降雨量、地震烈度、距河流距離、與斷裂帶距離以及地形起伏度，建立庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)綜合數(shù)理分析模型：

式中：ωj系第i個(gè)柵格單元第j個(gè)因子的評(píng)價(jià)權(quán)重值；pj系第i個(gè)柵格單元的第j個(gè)因子的評(píng)價(jià)取值，j=1,2,3...m；i=1,2,3...n系柵格單元標(biāo)志；Fi系評(píng)價(jià)單元的庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)綜合數(shù)理分析指數(shù)[3]。

2.3 關(guān)于指標(biāo)的權(quán)重

2.3.1 指標(biāo)的主觀權(quán)重取值

通過(guò)專家打分，判斷（C9）震源距、（C8）年均降雨量、（C7）水系距、（C6）斷裂帶距、（C5）地形起伏度、（C4）高程、（C3）坡向、（C2）坡度以及（C1）地質(zhì)巖性各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行差別化判斷，形成指標(biāo)差別化矩陣，具體見(jiàn)表2[4]。

表2 差別化判斷指標(biāo)矩陣

經(jīng)過(guò)計(jì)算獲得λmax最大特征向量值10.0716，Ci歸一化特征向量值0.00796以及小于0.1的CR一致性檢驗(yàn)指標(biāo)值0.00545，這些數(shù)值揭示主觀權(quán)重排列符合一致性檢驗(yàn)結(jié)果的要求，所以最終確定地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之主觀權(quán)重值，具體見(jiàn)表3。

2.3.2 指標(biāo)的客觀權(quán)重取值

各指標(biāo)的客觀權(quán)重以變異系數(shù)法計(jì)算，所得地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之客觀權(quán)重值具體見(jiàn)表4。

表4 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之客觀權(quán)重值

2.3.3 指標(biāo)的組合權(quán)重取值

依據(jù)組合賦權(quán)規(guī)則，通過(guò)上述主客觀權(quán)重值，我們可以獲得組合分配系數(shù)α=0.5986和β=0.4014，進(jìn)而獲得地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之組合權(quán)重值，具體見(jiàn)表5。

表5 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之組合權(quán)重值

3 風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果的比對(duì)分析

依據(jù)上述庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性數(shù)理模型及權(quán)重規(guī)則，借助計(jì)算機(jī)對(duì)案例庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性開(kāi)展基于模糊證據(jù)權(quán)和基于綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的數(shù)理模擬計(jì)算，獲得案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性分段與區(qū)劃數(shù)據(jù)分布結(jié)果。

案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性分段計(jì)算結(jié)果，具體見(jiàn)圖4。在包括支流在內(nèi)的整個(gè)金沙江流域，大型工程建設(shè)以及人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)相對(duì)密集，區(qū)間河流的動(dòng)力侵蝕作用亦相對(duì)明顯。區(qū)域內(nèi)斜坡體的地質(zhì)穩(wěn)定性總體較差，區(qū)域內(nèi)巖體風(fēng)化嚴(yán)重，總體上地質(zhì)結(jié)構(gòu)破碎。盡管個(gè)別岸段巖層厚度較大，具有較完整的巖體結(jié)構(gòu)，屬于不易發(fā)生庫(kù)岸滑坡地質(zhì)岸段，但該區(qū)間絕大多數(shù)岸段還是屬于容易或較容易發(fā)生庫(kù)岸滑坡地質(zhì)[5]。

圖4 案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性分段

圖5 案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)劃分布

圖5 中的黑色實(shí)線所圈為本案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性重點(diǎn)研究區(qū)域，云圖揭示，不管是綜合風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)模型還是模糊證據(jù)權(quán)模型計(jì)算，包括支流在內(nèi)的整個(gè)金沙江流域，均屬于中度及中度以上滑坡地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)域。

需要特別指出的是，在評(píng)價(jià)所得屬于不易發(fā)生庫(kù)岸滑坡地質(zhì)岸段，這里的滑坡風(fēng)險(xiǎn)性依然在中度或重度以上，前者主要緣于基于滑坡易發(fā)性概率考慮，而后者風(fēng)險(xiǎn)性研究既要考慮滑坡易發(fā)性概率，還要參考發(fā)生滑坡后所造成的可能性損害。因?yàn)檫@些岸段均處于河流的兩岸，一旦岸坡失穩(wěn)，河流和沿岸居民的生產(chǎn)生活要受到不同程度的影響。故這些屬于不易發(fā)生庫(kù)岸滑坡地質(zhì)岸段區(qū)域所產(chǎn)生的滑坡風(fēng)險(xiǎn)性相對(duì)提高等級(jí)，可能是中度或者更高的等級(jí)。但總體說(shuō)來(lái)，還是滑坡易發(fā)區(qū)域的滑坡風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)高[6-8]。

比較兩種計(jì)算方式，組合賦權(quán)依據(jù)權(quán)重分配系數(shù)分配主客觀權(quán)重對(duì)組合權(quán)重所占比重，但所占比例不可避免受人為選擇影響，所以綜合風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算盡管以組合賦權(quán)規(guī)則指導(dǎo)，但基于主觀性權(quán)重的存在，仍不可避免地在一定程度上使評(píng)價(jià)具有人為主觀性。如果選擇完全參考客觀權(quán)重值，則研究區(qū)地質(zhì)概況的研究者實(shí)際認(rèn)知不能獲得適當(dāng)反映。

在模糊證據(jù)權(quán)的計(jì)算中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)結(jié)為一體，可以在一定程度上克服依賴知識(shí)驅(qū)動(dòng)方法給滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)帶來(lái)的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算主觀性強(qiáng)、指標(biāo)閾值劃分確定性不強(qiáng)的不足和依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的復(fù)雜、指標(biāo)間多重干擾的不足。模糊證據(jù)權(quán)計(jì)算是基于先驗(yàn)知識(shí)的，即根據(jù)各指標(biāo)證據(jù)層的屬性和滑坡點(diǎn)的屬性對(duì)災(zāi)害發(fā)生的可能性展開(kāi)評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)過(guò)程相對(duì)客觀，因此評(píng)價(jià)結(jié)果要更為可靠。

指標(biāo)權(quán)重對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性影響較大，對(duì)于諸多因素決定的綜合結(jié)果的評(píng)價(jià)顯然還離不開(kāi)指標(biāo)權(quán)重的區(qū)分和選擇。在評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定仍有諸多不足的存在的目前情況下，合理的做法就是盡可能以上述兩種計(jì)算方式對(duì)庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和區(qū)域劃分。

4 結(jié)語(yǔ)

本文參照案例庫(kù)岸水利工程，就庫(kù)岸地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及其數(shù)理模型分析開(kāi)展專題研究，圍繞標(biāo)準(zhǔn)化處理評(píng)價(jià)指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重的選擇和風(fēng)險(xiǎn)性模型數(shù)理計(jì)算，探討了庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性數(shù)理模型的建立課題，模擬計(jì)算了案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性分段，基于模糊證據(jù)權(quán)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)案例庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)劃分布進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)兩種計(jì)算方式的風(fēng)險(xiǎn)揭示性進(jìn)行了優(yōu)劣分析，得出在評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定仍有諸多不足的存在的目前情況下，合理的做法就是盡可能以上述兩種計(jì)算方式對(duì)庫(kù)岸滑坡地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和區(qū)域劃分的結(jié)論，可為同類工程技術(shù)應(yīng)用提供研究參考。