基于改进的组合权重—功效系数法的滑坡危险性评价

文凯

摘要：为了对滑坡的危险性做出准确的判断，本文通过危险性分级将功效系数法运用到滑坡危险性评价中，选取坡体风化程度、地层岩性、滑坡涉水比等9个具有代表性的影响因子构建危险性评价指标体系。以熵权法作为客观赋权法，权的最小平方法作为主观赋权法，将主客观赋权法相结合，确定各影响因子指标的权重系数，并通过多组滑坡样本建立滑坡危险性分级评价模型。本文与工程实例相结合，验证所建立的模型，评价的结果与滑坡实际危险性等级基本一致，证明了该方法评价滑坡危险性可行且准确性较高，可以很好的运用到工程项目中。

Abstract： In order to make accurate judgment on the risk of landslide， this paper applies the effective coefficient method to the risk assessment of landslide through the classification of dangerous lands， and selects nine typical influence factors including slope weathering degree， stratigraphic lithology and landslide wading ratio and so on to construction the risk assessment index system. Taking the entropy weight method as the objective weighting method and the least squares method as the subjective weighting method， the subjective and objective weighting methods are combined to determine the weight coefficient of each influencing factor index， and the landslide hazard grading evaluation is established by multiple landslide samples model. This paper is combined with the engineering examples to verify the established model. The results of the evaluation are basically consistent with the actual risk level of the landslide. It is proved that the method is feasible and accurate and can be applied to the project well.

关键词：滑坡危险性；评价；熵权法

Key words： landslide hazard；evaluation；entropy weight method

中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0048-04

0 引言

滑坡灾害是发生最频繁的地质灾害之一，直接危害威胁人民，间接影响社会活动，妨碍社会稳定。为了对滑坡稳定性作出准确的判断，预防滑坡失稳灾害的发生，对滑坡进行危险性分级研究的意义重大。

目前有多种方法可以对滑坡稳定性做出评价：宋盛渊[1]等采用突变理论进行滑坡稳定性分析，通过选取的评价指标，以突变理论为核心，结合模糊数学理论，利用工程实例进行了验证。李军霞[2]等通过组合赋权—未确知测度理论耦合评价模型，利用建立的模型对所研究的滑坡进行可靠的评价。谢贤健[3]等通过建立投影寻踪的模型，将样本的各种评价指标因素进行线性投影，通过建立的评价模型，绘制出滑坡危险性等级分布图。许冲[4]等通过证据权的方法，收集滑坡危险性评价因子，采用证据权方法，对玉树地震滑坡进行评价。本文将功效系数法运用到滑坡危险性评价中，选取影响因子构建评价指标体系，确定指标的权重系数，建立滑坡危险性分等级评价模型，与工程实例相结合，验证了所建立的模型。

1 功效系数法基本原理

功效系数法是以多目标规划为基本原理，把所要评价的各项指标划分多档次标准，在确定各项指标的权重系数后，通过功效函数转变为可以度量的评价分数值，并将每一项指标的单项评价分数值加总，最终得出综合评价分数，进行滑坡危险性分级。其评价过程如下：

①确定评价指标体系。

各类影响因子中选取典型的影响因子作为评价指标，使其在评价体系中独立互补，且能够最大程度反映出评价目标的综合状况。

②确定各项指标的满意值和不允许。

设定各项指标的满意值和不允许值。满意值是专家结合自身行业经验确定的数值，不允许值一般为评价指标范围内可接受的极值。

③确定各项指标的单项功效系数值。

式中：S为总功效系数值；si为第i个滑坡危险性评价指标的单项功效系数值；ωi为第i个滑坡危险性评价指标的权重系数；n為评价指标个数。

2 边坡的危险性分级预测模型

2.1 边坡危险性的影响因素分析和评价指标体系的确立

滑坡危险性的影响因素有很多，参考国内外专家常用的影响滑坡稳定性的因素[5]，选取地层岩性、风化程度、坡面倾向、坡体到构造带距离、植被覆盖率、斜坡坡度、斜坡高度、滑体体积及正常蓄水后坡体被浸没比例作为该方法的影响因素。（表1）

用赋值的方法将定性的指标进行标准化处理，对于地层岩性越复杂，岩体质量越差，形成危险的滑坡的可能性越大。对于岩层组合的岩性越强的形式确定为较大的数值，对于岩质滑坡体当风化程度越严重时，岩体质量越差，如坡体风化程度越严重，岩体质量越差，所形成滑坡的危险性也越大，对于风化严重的坡体赋予较大的值。同理，影响滑坡危险性从强到弱的岩层组合形式依次为软岩、软岩夹硬岩、硬岩夹软岩、硬岩。根据相关研究表明，对于坡体风化程度P1和地层岩性P2的赋值见表2。

2.2 各评价指标的满意值和不允许值

根据功效系数法的基本原理，收集各滑坡进行地质勘察统计其工程地质勘察资料。结合边坡稳定性预警等级与评价指标的关系，确定每一项评价指标的满意值和不允许值。（表3）

2.3 单项功效系数的计算

在滑坡安全性等级预测评价体系指标中，P3，P5属于极大值变量，其单项系数按（1）计算；P1，P2，P6，P7，P8，P9属于极小值变量，其单项系数按式（2）计算；P4区间型变量，其单项系数按式（4）计算。

2.4 权重指标的确定

权重指各项指标在整体评价中的相对重要程度，主观赋权法和客观赋权法是确定指标权重的主要方法。主观赋权法确定的权重具有一定的主观性，但是能够反映决策者的意志。客观赋权法缺少了对于决策者意志的体现，但是具有较强的理论依据。本文选取权的最小平方法作为主观赋权法，熵值法作为客观赋权法，计算指标组合权重，利用专家的理论经验，判定各指标的重要程度，结合其理论数据，建立数学模型，以规避单一方法的缺陷。[7]

①权的最小平方法。

根据前人的研究成果结合研究区的特点，将评价指标构造判断矩阵。

②熵权法。

假设有m个评价指标，n个滑坡。在滑坡危险性评价中，得到评价矩阵为X=（Xij）m×n，其中Xij是第i个滑坡关于第j个指标的测量值。对于第j个评价指标，如果测量值Xij（i=1，2，…，n）的差异越大，则表明该指标对滑坡危险性影响程度越大，因此用信息熵来反映各指标的影响程度。

根据上述介绍，可得分配系数α=0.61298，β=0.38702，并求出各评价指标的组合权重值，其计算结果如表4。

2.5 评价等级标准的确定

对于滑坡危险性等级的划分，尚未形成统一的标准[8]。因此，本文参照国内外评价标准，结合研究区滑坡实际地质特征，将滑坡危险性划分为4个等级：轻度危险、中度危险、重度危险和极度危险。滑坡危险性评价指标的单指标危险性划分标准将滑坡危险性各等级的单指标值进行标准化，然后将其带入到本文方法中进行计算，确定出评价等级的标准。（表5）

2.6 模型检验

为了本文方法建立的滑坡危险性分级预测模型的有效性，选取某地的滑坡数据实例进行评价分析，有关数据主要取自文献[1]。按照功效系数法进行危险性分级综合评价，计算结果如表6所示。

可以看出，除了样本11误判为中度（实际为轻度）以外，其他的判别结果与实际相一致，准确率达到91.7%，且与突变理论的判别方法判定的结果基本一致。发生误判的原因可能是：地层岩性和风化程度是一个较复杂的情况，在定性的评价中不够精准导致单项评价指标过低，结果导致总功效值较低，判别结果为中度危险，从安全的角度考虑是可以接受的。

3 工程实例

3.1 背景介绍

三峡库区峡谷深切，山势险峻，自然地质条件极其复杂，地质环境复杂，暴雨、洪水频繁，历来是我国地质灾害的多发区，近些来随着三峡大坝的蓄水，新产生的崩塌、滑坡、泥石流不断，危害严重。

3.2 功效系数法滑坡危险性评价

为检验滑坡危险性评价模型的合理性和有效性，本文选取三峡库区重庆云阳段五组滑坡数据进行危险性评价，结合该地区的各评价指标值和滑坡专业监测，得到各评价指标的具体数值，运用所建立的功效系数法滑坡危险性等级评价进行计算分析，结果如表7所示。

从表7中可以得出，高阳粮站西滑坡，铧头磅东滑坡，望丰村滑坡，广木滑坡总功效系数大于90，为轻度危险。而黄泥巴蹬坎滑坡总功效系数在70～80之间为重度危险，与实际的滑坡稳定性判别相吻合。

通过理论分析和滑坡实例表明，运用基于组合权重的功效系数法判断滑坡危险性等级具有较好的准确性和可靠性，可以在类似的滑坡危险性评价中进行推广实用。

4 结论

①在滑坡危险性分级评价中运用组合权重—功效系数法。通过多种指标共同评价，得出的总功效系数值，以总功效系数值作为评价标准，数值越大危险性越高，使结果精确直观。为滑坡危险性划分确立了一个简单易行，可靠度较高的评价方法。

②将权的最小平方法作为主观赋权法、熵权法作为客观赋权法，结合了各自的优点并规避了其缺点，以主客观相结合的模式使各项指标的权重系数更加合理。

③利用前人数据对建立的滑坡危险性分级模型进行验证，预测结果基本符合其他理论的评价及现场的结果，证明了该模型进行滑坡危险性分级的可靠性。并通过工程实例验证了可靠性，可以较好的运用于滑坡危险性评价中。

④所建立的基于组合权重—功效系数法的滑坡稳定性评价模型选取了9个影响因子作为评价指标，其中坡体风化程度和地层岩性较为复杂，本文所采用的只是一个粗略的定性评价，因此为了得出更为准确的评价结果，应在可能的条件下对其进行更加细致精准的划分。

参考文献：

[1]宋盛渊，王清，潘玉珍，等.基于突变理论的滑坡危险性评价[J].岩土力学，2014，35（S2）：422-428.

[2]李军霞，王常明，王钢城.基于组合赋权-未确知测度理论的滑坡危险性评价[J].岩土力学，2013，34（2）：468-474.

[3]谢贤健，韦方强，张继，等，2015.基于投影寻踪模型的滑坡危险性等级评价.中国地质大学学报，40（6）：1598-1608.

[4]许冲，徐锡伟，于贵华.基于证据权方法的玉树地震滑坡危险性评价[J].地震地质，2013，35（1）：151-164.

[5]乔建平，赵宇.滑坡危险度区划研究述评[J].山地学报，2001，19（2）：157-160.

[6]周福军.日冕水电站库区滑坡稳定性早期智能判别及危害模糊综合预测研究[D].长春：吉林大学，2013.

[7]山成菊，董增川，樊孔明，等.组合赋权法在河流健康评价权重计算中的应用[J].河海大学学报（自然科学版），2012，40（6）：622-628.

[8]曾越.基于組合赋权—功效系数法的岩质边坡稳定性评价[J].水电能源科学，2016，34（6）：168，169-172.