模糊综合评判法在某工区地质稳定性评价中的应用

2012-11-10朱丽丽地球探测与信息技术教育部重点实验室成都理工大学四川成都610059

长江大学学报(自科版) 2012年10期

葛宝，朱丽丽，杜勇 (地球探测与信息技术教育部重点实验室(成都理工大学)，四川成都 610059)

葛宝，朱丽丽，杜勇 (地球探测与信息技术教育部重点实验室(成都理工大学)，四川成都 610059)

某工区位于广元地区，处于5.12汶川特大地震带的北东端。为了工区内设施的安全，在地质灾害发生之前，有必要对影响工区内重要设施安全的滑坡、泥石流、危岩等地质灾害因素进行调查和分析。运用模糊综合评价的方法对工区进行安全性评估，使安全管理部门对工区内各分区的安全稳定性有明确认识，从而提高灾害防范意识。

滑坡;泥石流;危岩;地质灾害;模糊综合评价;安全性评估

该工区位于广元地区，处于5.12汶川特大地震带的北东端，其出露地层为龙马溪组四、五段(S1lm4、S1lm5)，岩性为泥质砂岩、粉砂质页岩和粉砂质泥岩，岩层产状320～344∠56～68°，地貌属低山，高程520～750m，相对高差100～220m，坡向134～215°，平均坡度36～43°，中部山脊平缓，坡角45～60°，发育4组裂隙(Ⅰ：265∠36°；Ⅱ：310∠45°；Ⅲ：154∠50°；Ⅳ：39∠31°)，发育有3个浅层滑坡和一个小型泥石流，受人类活动影响，这些地质灾害有复活的迹象，因此在区内开展地质调查工作并对其作稳定性进行评价具有十分重要的意义。

在地质稳定性评价中模糊性现象很多，如地质条件、地形地貌、灾害点的危害程度等[1]。同时地质灾害的发生是意外事件，其形成和发生是多种因素共同作用的结果。由于安全程度的大小涉及到诸多方面，由多项指标决定，因而必须对多种因素和指标进行综合分析，才能得出较为客观的结果[2]。模糊综合评判法是应用模糊变换原理和模糊数学的基本理论-隶属度或隶属函数来描述中介过渡的模糊信息，考虑与评价事物相关的各个因素，浮动地选择因素阀值，作比较合理的划分，再利用传统的数学方法进行处理，从而科学的得出评价结论[3-4]。下面，笔者利用模糊综合评判法对某工区地质稳定性进行了评价。

1 建立数学模型

模糊数学中多级模糊评价理论和方法的基本原理是模糊变换原理和最大隶属度原则[5-6]。其具体步骤为：①确定各评价因子及其权重，建立评价模型；②按二级评价的赋值标准确定出二级模糊向量，进行二级模糊运算，计算出一级模糊向量，可表示为B1、B2、B3、B4、B5；③按二级模糊评价的结果和一级因子权重，进行一级评判，从而求得质量评价结果向量B，按照模糊数学隶属度最大原则，确定质量等级。④对评价结果的合理性进行分析，若合理则可确定工区的危险度等级，不合理则需重新评价。

1.1建立模糊综合评价集

就该工区而言，影响其安全性的因素比较多且随时变化，在综合考虑地质、水文、地形地貌、区内灾害点作用情况、人为活动因素5个方面的条件后，再对相关因子进行优筛，初步选取17项因素作为二级评价因子，如坡高、坡向、沟谷切割深度、沟谷切割密度、岩性、岩层产状、背斜轴部等构造的影响程度等。在评价对象及因素选择的基础上，根据模糊数学方法[7]建立分层次的指标框架分析模型(见图1)。

1.2危险度等级的划分及建立评判集

根据该研究区的实际情况制定相应的工区危险度等级的划分标准(见表1)及工区灾害危险度参评因素等级标准(见表2)。

图1 分层次的指标框架分析模型

表1 工区危险度分级标准表

表2 工区灾害危险度参评因素等级划分标准

1.3确定指标因素的权重及隶属函数

1)因素权重的确定权重的确定方法中有专家评判法，其中包括直接评判法、0～1两两对比法、0～4两两对比法和判断矩阵法等。笔者根据表3，通过构造两两比较矩阵来确定各因素的权重(即判断矩阵法)。因素权重的确定分别如表4～表7所示。

表3 因素重要程度的判断值

表4 A-B判断矩阵(一级评判矩阵)

表5 B-C1判断矩阵(二级评判矩阵)

表6 B-C2判断矩阵(二级评判矩阵)

表7 B-C3判断矩阵(二级评判矩阵)

对于地下水和其他因素这2个二级因子的权重，由于二级因子较少，所以不必用构造矩阵的方法给出权重值，可通过直接评判法给出其权重。

利用以上面比较矩阵，可以算出各因子的权重值，其结果如表8所示。

2)隶属函数rij的确定对于隶属函数的选择问题，笔者采用柯西偏大型函数作为隶属函数[6]，然后根据表1和表2对工区的参评因素进行模糊量化。下面以该工区的B区为例,对该区各参评因素进行模糊量化后的隶属度值如表9所示。

2 地质稳定性模糊综合评价

以该工区的B区为例，根据表9进行如下运算：

Ⅱ级评判:

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级评判:

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

根据表2的评级标准，可以得出该工区B区地质稳定性模糊评判结果：B区危险性一般，危险等级Ⅲ级。根据上述评判结果，建议对该区部分不稳定边坡采取安全预警监测和进行加固治理的措施，以消除安全隐患。

3 结语

利用模糊数学综合评判方法对工区设施周边的地质环境进行稳定性评价，将各个影响工区地质稳定性的抽象化地质因素转化成为可用数学形式表达的隶属度值，降低人为因素或不确定因素对判断结果的影响。运用模糊数学评判的方法对工区进行稳定性评价需建立在一定的勘察工作基础之上，且最终评价精度与信息量是否充足和人为对界限值的设定是否合理有关。基于模糊综合评判理论构建的B区稳定性评价模型，对影响区内地质稳定性的因素进行了综合考虑，最后通过建立危险度等级评价表，给出了该区B区的危险度评价等级，并提出了相关建议。