1、1模糊评判法在泥石流危险性评价中的应用摘要：介绍了模糊评判法在泥石流危险性评价中的应用，较详细介绍了模糊评判的基本原理，在大量资料基础上建立了泥石流单因素危险性分级标准。以某条泥石流沟为实例做了危险性评价，并用在泥石流危险性评价中得到广泛应用的刘希林模型的结果验证，得出较为一致的结论，证明模糊评判法是一种较为有效的泥石流危险性评价方法。 关键字：模糊评判法 泥石流 危险性评价 隶属函数 中图分类号：P642.23 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂，石块的暂时性急水流1。由于它具有强大的破坏力，往往在很短的时间内造成工程设施，农田和生命财产的严重损失，所
2、以是严重威胁山区居民生存和工程建设的一种地质灾害。所以对于泥石流危险性评价具有重要意义。 由于泥石流致灾条件的复杂，使泥石流危险性在定量分析基础上的评价具有极大的难度。随着一些新技术新理论的发展，多种评价方法和理论被引入到泥石流评价中。如模糊数学综合评判法、灰色系统理论、GIS 技术、多元回归分析、神经网络等等2。 模糊评判方法引入泥石流评价工作已有很多实例，如王学武等5运用多级模糊综合评判法对几条泥石流沟作了评价；刘加龙等运用模糊综2合评判法对泥石流灾度作了评价10，陈情来8用模糊综合评判法对好几种地质灾害的危险性评价做了探讨。侯兰功，崔鹏等2在对单沟泥石流灾害危险性评价中，简要介绍了模糊评
3、判法在泥石流危险性评价中的应用。可见模糊评判法在泥石流评价中已得到较多的应用，但是还存在一些问题，那就是对于泥石流单因素危险性分级标准还未建立，使具体评价工作较难实施，笔者从单因素危险性分级入手，运用模糊评判法评价泥石流危险性取得了较好的效果。 1 模糊评判基本原理 由于在对泥石流进行危险性评价时涉及到多个影响因素，且各因素之间又存在着各种各样的联系。因此目前尚未形成一种公认的统一的泥石流危险性评价标准。作为综合评价方法之一的模糊评判方法具有数学模型简单、容易掌握、对影响因素众多而又关系复杂的问题具有较大的优越性。 模糊数学综合评价的基本原理3-6是模糊变换原理和最大隶属原则，以及构造隶属函数
4、等。模糊综合评判的主要工作包含两方面：1 选取评判因子；2 构造隶属函数。 模糊评判基本原理：一般设所研究的对象的影响因素集和评语集分别为： U=u1，u2，um V=v1，v2，vn 以上两式中的含义为 u1，u2，um 是研究对象的 m 个影响因素，而 v1，v2，vn 则是对于这每一个因素的评语，经过模糊变换 UV3可得到一个 U 与 V 之间的模糊关系矩阵 R。 R=（rij）mn 式中 rij 表示第 i 个因素对第 j 个评语的隶属度。由于各因素的地位不同，作用也不一样，因此我们在评判时对各因素所持的权重就必然不一样。在评判时我们总会确定一个对各因素的权重向量A=a1，a2，am。
5、经过取小取大运算，用扎德算子表示即为模型M(，)。得到综合评判结果： B=AR 式中为合成运算，这里指（，） ；按最大隶属原则取 B 中最大值 max bj（1jn） 。 此外对于较复杂问题在模型选取上经常将影响因素集再分为几大类，再重复以上过程，此即为二级模糊综合评判。 2 模糊评判法的应用 2.1 泥石流评价因素的选取 泥石流危险性评价因子结合已有资料以及参考一些文献5, 7-9中提出的经过 Delphi 法的专家调查所确定的 10 个泥石流形成要素以及其他因素来判断泥石流危险性。然后在选择其中对泥石流危险性影响最大的 6 个作为评判因素。 这六个因素主要包括： （1）F1 固体松散物质储
6、量（104 m3）：由于一般流域内的地质条件就决定了固体松散物质的来源，组成等。这点可由泥石流强烈发育的山区，多是地质构造特征复杂，新构造运动活跃，岩石风化破碎证实。因4此此处把构造、岩性归结到固体松散物质一类中。 （2）F2 主沟纵比降（）：主沟纵比降反映了泥石流主沟的纵剖面形态，它反映了泥石流的动力条件。形成区山坡平均坡度从一定程度上也可以把它归结到主沟纵比降里。 （3）F3 流域相对高差(m)：相对高差为泥石流的发生提供了主要的动力条件。因此将它单独列为一类。 （4）F4 流域面积(km2)：流域面积反映了汇水面积和松散物质分布区域大小。 （5）F5 日最大降雨量(mm)：降雨是泥石流暴
7、发的激发因素（当然激发因素不止降雨一种） ，但我国绝大部分泥石流属于降雨性泥石流。 （6）F6 植被覆盖率（)：森林覆盖率从一个侧面反映了水土流失状况，人类不合理的经济活动当然会对环境造成影响，可以把它归为这一类里。 2.2 泥石流危险性分级及标准 参考相关资料及文献并结合各因素影响下将泥石流危险性分级，将泥石流危险等级分为极度危险、高度危险、中等危险、低危险性等四级8, 10, 11。我们对影响泥石流发生的主要六个因素进行了危险性分级，从而建立起了泥石流单因素危险性分级标准（表 1 中数据主要为参考相关文献并稍作了修改所得到的） 。这一分级标准的建立使我们的泥石流危险性评价工作变得简单易行，
8、增强了可操作性。 5表 1 泥石流危险性等级划分及划分标准 Table 1 debris-flow dangerous grade differentiation and criteria 由于各因素量纲不同，为了评价的方便故将表 1 中数据按一定方式进行归一化处理后得下表 2 所示。 表 2 各因素数据及归一化处理 Table 2 factors data criteria and normalization process 2.3 隶属函数的构造及各因素权重分配 隶属函数确定由于尚无统一的标准，因此在确定时具有一定的主观性。故在确定隶属函数时应注意应用多种方法以确保隶属函数的客观性。根据划
9、分的危险等级标准可构造这 6 个因素对危险等级的隶属函数如下: 1x3 A= x-2 2x3 （2-x）1x2 0 x1 0 x3 6B=1 2x3 2-x1x2 0 x1 x-22x3 C=1 1x2 x x1 02x D= （2-x）1x2 10x1 由于各因素的地位和作用是不同的，因此在模糊评判下还应该确定各因素对各危险等级隶属程度的贡献大小，既要确定各因素所占的权重。即 A=（a1，a2，an） ， A 是各因素上的模糊子集， =1。参考文献5, 6, 10可将权重大致确定如表 3。 表 3 各因素权重分布 Table3 factors weight distribution 2.4
10、模糊评判法应用实例 现以成昆铁路沿线某泥石流沟12的基础资料代入上述隶属函数求得模糊关系矩阵。 7成昆铁路某泥石流沟属于中高山河谷地貌，沟谷形态为梨叶型，支沟不太发育。流域面积为 3.4 km2。沟内分水岭最高海拔标高为 2681m，主沟所在的分水岭垭口海拔标高为 2510m，沟口最低海拔标高为 985m，相对高差 1525m。主沟床长约 3430m，平均纵坡降为 281.2 。两岸陡坡发育，山坡坡度约 40-65。沟上部植被覆盖率为 50%-60%，下部植被覆盖率为 10%-20%。以低矮灌木为主。沟床纵坡大，粗糙度较小，弯曲系数小。气象资料表明，该泥石流沟年平均降雨量为 949mm，年平均
11、蒸发量为 1820mm。雨季常为集中暴雨，最大日降水量为 79.5mm，年最大日降水量均值为 60.0mm，最大小时降水量为 43.7mm，最大 30 分钟降水量为37.3mm。该沟内松散物质主要由人工采矿弃渣、崩坡积层、支沟洪积扇及沟床洪水沉积物组成，其中人工采矿弃渣为主要松散物质，松散物质总量为 1491000m3。 将各因素数据代入表 2 并进行归一化处理得表 4。 表 4 因素数据归一化 Table 4 factors data normalization 将表 4 中数据代入各隶属函数求得模糊关系矩阵 R 如下： R= 最终结果有 B=A。R =（0.306，0.286，0.17，0
12、.1）可对该结果再度进行归一化 B=（， ， ， ）=（0.355，0.332，0.197，0.116）由最大隶属原则可知该泥石流沟处于极度危险状态（可以看出极度危险的隶属度 0.3558与高危险性的隶属度 0.332 是非常接近的，实质上说明该条泥石流沟的危险性在高危险与极度危险之间） 。与在泥石流危险性评价中应用较多的基于灰色关联度分析的刘希林评价模型所得出的高度危险的结果应该说是一致的、相符合的。 3 结论 1 在参考大量相关基础资料上建立泥石流单因素危险性分级标准，为泥石流危险性评价提供定量化的标准，使泥石流危险性评价工作更易实施。 2 应用模糊评判法对成昆铁路沿线某条泥石流沟做了危险
13、性评价，并与应用刘希林评价模型得出的结果进行对比，得出较为一致的结论。模糊评判法对于泥石流危险性评价是一种简单、有效、可行的评价方法。从上述评判结果来看，模糊评判对于泥石流危险性评价是可行的。但也存在以下一些问题值得深一步的探讨： (1)在评价因素的选取上如何才能做到最大程度上的反映灾害本身的特征。从而使模型更贴近于事实。 (2)在各因素的权重的分配上，应根据具体问题选择适当的确定方法。不管是基于专家估测，还是加权统计以及模糊协调决策，最终的目的是要能正确反映各因素对各判断结果的较为客观的贡献程度。 (3)在隶属函数的构造上，由于涉及的评价因素既有定性的如岩性、构造，又有定量的如固体物质储量、
14、高差等，因此就要对这些因素进行归一化处理以统一量纲。同时又要制定统一的标准以利于分析的进行。9目前对于构造隶属函数都是具体问题具体对待，尚没有一套完整的具有普遍意义的确定方法。 References: 1. 李智毅, 王智济与杨裕云 , 工程地质学基础. 1990, 武汉: 中国地质大学出版社. 199-203. 2. 侯兰功与崔鹏, 单沟泥石流灾害危险性评价研究. 水土保持研究, 2004. 11(2). 3. 谢季坚与刘承平, 模糊数学方法及其应用（第三版）. 2006, 武汉: 华中科技大学出版社. 4. 王念秦与姚勇, 基于模糊数学和权的最小平方法的泥石流易发性评价方法. 灾害学, 2
15、008. 23(2). 5. 王学武等, 多级模糊综合评判法在泥石流评价中的应用. 灾害学, 2004. 19(2). 6. 胡厚田, 崩塌落石综合预测方法研究. 铁道工程学报, 1996(2). 7. 姚令侃. 模糊数学在确定泥石流沟临界雨量区上的应用. in 第二届全国泥石流学术会议. 1986. 成都: 科学出版社. 8. 陈情来, 模糊综合评判地质灾害的危险性. 油气储运, 2000. 9. 王昕, 泥石流沟危险度的模糊评判. 重庆师范学院学报（自然科学版）, 2002. 19(1). 10. 刘加龙, 吕希奎与刘贵应, 模糊综合评判法在泥石流灾度评价中的应用. 地质科技情报, 2001. 20(4). 1011. 中国地质调查局, 滑坡崩塌泥石流灾害详细调查规范（1：50000）. 12. 白志勇等, 成昆铁路沿线泥石流危险性调查报告, 2008.
