云模型下水库诱发地震风险多级模糊综合评价研究

苏露陆

(沈阳市浑河管理中心，沈阳 110011)



云模型下水库诱发地震风险多级模糊综合评价研究

苏露陆

(沈阳市浑河管理中心，沈阳 110011)

水库是当前生产中重要水利基础设施建设，发挥着灌溉、供水、防洪涝、发电等多种功能，不仅能够给区域带来较大经济效益，也可有效维护区域稳定。但水库的工程建设量大，极大程度上转变着区域原本地质地貌条件和生态环境，同时当水库投入使用后，浸湿、淹没面积大，在水体的冲击作用下，水库区域的岩石也会发生相应的改变，进而影响到区域地震地质环境。基于此，工作人员应加大对水库诱发地震风险的重视力度，根据区域中实际情况，科学规范的辨识水库中地震诱发地震因素。文章以汤河水库为例，简要结合水库诱发地震风险多级模糊综合评价的指标，重点分析以云模型为基础的综合评价模型。

水库；云模型；诱发地震风险；模糊综合评价

在经济全球化、工业化进程深入推进的时代背景下，人们对能源的需求越来越大，因此，能源危机已经成为各国共同需要面对的问题，为缓解能源压力，中国加大对水能等可再生资源的开发力度，增加了对水库等水利工程的资金投入，经过近几年的发展，我国已经建成大小水库约9万座，成为世界上拥有水库最多的国家。水库在发挥着供水、发电、航运等作用的同时，也极大程度上影响着区域生态环境和地质环境，增加了区域地震等其他地质灾害的出现机率[1-2]。水库诱发地震(RIS)是指水库在投入使用后，造成水库区域或周围区域出现地质变化而引发的地震活动，通常伴有泥石流、山体滑坡等次生灾害，在带来巨大经济损失的同时，严重威胁着水库区域居民的生命安全。水库诱发地震灾害的影响因素角度，不仅与区域中原本地质结构有关，还与水体冲击作用有着较大关系，因此，在实际工作过程中，应合理加大对多级模糊综合评价的重视程度，明确不同因素对地震的影响程度，提升水库运行的安全性[3]。

1 基于云模型的研究背景

近年来，世界各国加快了水利工程的建设步伐，不同类型的水库开始建成并投入使用，极大程度上提升了水库诱发地震灾害的出现几率，根据相关资料统计，当前已经有超过130座的水库出现诱发型地震，而中国出现的次数占到总数的20%左右。中国处于地震带，地震灾害频发，水库诱发地震与水利工程基础设施距离较近，震源深度浅且震感强烈，严重的情况下还有可能直接摧毁工程基础设施，同时还会引发泥石流、水灾等多种次生灾害，影响到大坝下游地区居民生活[4]。1945年，世界上第一次出现水库诱发地震，发生在美国的 m德湖水库，当时造成的影响较大，至此之后，美国等国家开始研究水库诱发地震的风险因素与产生条件，而我国的研究到1962年才开始。与普通地震灾害相比较，水库诱发地震存在较大特殊性，其不仅跟水库本身的地质条件、岩石受力情况有关，还与水库涵养水体的冲击作用、渗透等因素有着密切关系[5]。虽然中国逐渐认识到水库诱发型地震形成原因与条件，但受到诱发地震的发生过程、孕育因素复杂等因素的影响，环境因素对于地震发生的确切影响程度仍未确定，增加了评价诱发地震风险程度过程中发的随机性与模糊性。

2 水库诱发地震风险多级模糊综合评价的指标

评价诱发地震风险的危险性时，首要工作是研究地震风险出现的源头，根据成因机理的规律可知，水库诱发地震应同时具备多方面的条件，具体可分为储积条件与释放条件，且每个条件中包含的因子不同，其具体模块如图1所示：

图1 水库诱发地震风险多级模糊综合评价的指标

从图1中可知，水库诱发地震风险多级模糊综合评价的指标共分为评语层、指标层与因子层，因子层还可细化为状态层，具体对应的状态如表1所示：

表1 水库诱发地震风险多级模糊综合评价的状态层

表1 水库诱发地震风险多级模糊综合评价的状态层 续表

根据图1和表1，将不同条件下的诱震因素进行整合，进而得到不同程度诱发地震的风险性。借助层次分析法的方式，诱发地震可分为小微、有感、破坏性、中强等几个等级，其具体的震级如表2所示：

表2 水库诱发地震震级

3 水库诱发地震风险多级模糊综合评价模型

受到诱发地震因素复杂性等多种条件的作用，在评估地震风险时存在不确定性与变化性，因此，为确保评估风险工作的有效性，应加大对多级模糊综合评价体系的重视程度[6]。

3.1 传统水库诱发地震风险多级模糊综合评价模型

多层次模糊型综合评价方式以多种目标、多种因素的决策技术为基础，具备模糊评价方式、层次分析法等的综合优点，在实际运用过程中，评价指标能够被逐级分成其他结构，再利用层次分析方式，针对不同层次进行评价，最后在总结所有结果的前提下，给出实用性强的数据与方案[7]。

假设U是诱发水库地震的因子集合，因此，U包括水库水体的渗透-存储条件与积累应变能-释放能量条件两个因素，且两个因素可细分为岩性、断裂等部分，在了解水库诱发地震风险评价指标每一层次的构成模块基础上，再结合不同的隶属度、权值，通过多层次模糊映射的方式，可评价出发生水库诱发型地震的风险系数，具体计算公式如式(1)所示：

S=W×R

(1)

式中：S为层次中综合评价的结果矩阵；W为权重向量，由不同诱发地震因素的权值共同构成；R为下一级子结点对上一级父结点整体隶属度。

该计算结果以最大隶属度为原则，寻找到最大隶属度中元素所针对的诱发风险等级，该等级则为水库诱发地震风险多级模糊综合评价的结果，但需要注意的是，在整个评价过程中，考虑的因素主要偏重在风险评估的模糊性上，而忽略了风险的离散与随机等性能，导致无法全面评估结果的准确性，仍存在较大风险不稳定性[8]。因此，工作人员应合理借助云模型，将综合评价模型应用在云模型中，确保结果的科学性与可靠性。

3.2 基于云模型的水库诱发地震风险多级模糊综合评价模型

云模型在20世纪末被提出，属于定量分析与定性分析2种方式灵活转换的评估模型，事物如果具备不确定性的特征，则可以通过离散、随机与模糊3个方面表现，云模型以模糊数学理论与概率模型为基础，借助期望、熵与超熵这3个数字特点，有机协调了事物不确定性的3个特征[9]，并能够自然转换定量分析数据与事物不确定语言，从以上分析可知，将云模型应用在水库诱发地震风险多级模糊综合评价模型中，可将传统模型中缺乏的离散、随机性考虑进去，有利于更全面地考虑水库诱发地震风险等级，云模型3个模块的作用与组成部分如表3所示：

表3 云模型三个模块的作用与组成部分

与传统水库诱发地震风险多级模糊综合评价模型相比，云模型综合评价方式具备以下几方面的优势：①与传统模型的评语层相比，云模型将评定风险等级的界限变得更加模糊化，更加切合当前用语习惯，可有效减少在评价过程中的主观因素影响；②云模型借助语言变量，可更为准确地表述不同因素的重要性；③实现真正意义上的一对多因素映射，借助期望等3个不同数字特征，表现出诱发地震因素与不同风险等级的隶属度关系。

4 基于云模型的多级模糊综合评价模型应用实例

4.1 应用实例数据

文章以汤河水库为例，该水库每年向辽阳市自来水公司供水36.5×106m3，每年向中国石化辽阳分公司供水43.5×106m3，每年向鞍山自来水公司供水127.1×106m3，每年向鞍山弓长岭矿业公司供水23.7×106m3，水库除直供用水户外，补偿下游区间农业缺水75.5×106m3，且该水库的范围较广，故使用小区划方法，根据其不同的诱发地震环境条件，将汤河水库划分为1330个小评价单元，其具体状态数据如表4所示：

表4 评价单元诱震因子的具体状态数据

4.2 云模型的多级模糊综合评语层

地震共分为小微、有感、破坏性、中强等几个等级，基于云模型下，评语层的计算方式如下所示：

小震(0.1

有感地震(2.5

破坏性地震(4.7

中强地震(Ms>6)：

4.3 评价标度

评价标度分为3个不同等级，主要用到的计算方式有特征值法、方根法、最小平方权法等，就汤河水库而言，其可以利用岩性等6个不同的诱震因子，得出基本的权重云模型。

4.4 评价结果

从计算结果可知，汤河水库可能诱发的地震等级约为2.3，因此，在该范围内，水库诱发地震的可能性较低，如果出现诱发地震，其地震等级通常围绕2.3，整个计算结果较为集中。

5 结 语

综上所述，在水库等水利工程生态环境评价与地质条件工作中，水库诱发地震灾害风险多级模糊综合评价工作是其中重要组成部分，近年来，我国政府加大了对水利工程的支持力度，汤河水库等水利工程开始建成并投入使用，因此，研究人员应合理加大对水库诱发地震灾害风险分析的重视力度，科学应用云模型的多级模糊综合评价模型，解决断裂、岩溶等多种诱发地震因子计算不准确的问题，确定因子可使用的隶属度，尽可能避免评价工作中的变动性，保障预防风险的有效性。

[1]王培寿，惠帅先.海南水库除险加固设计方案优化措施[J].水利规划与设计，2015(12)：3-6.

[2]晏志武.水库除险加固设计前期工作应注意的问题[J].水利规划与设计，2011(03)：71-72.

[3]王永庆.水库大堤不均匀沉降导致排水闸漏水的处理措施[J].水利技术监督，2015,23(01)：67-68.

[4]许兴旺，李肖伦.湿陷性黄土地区客运专线路基沉降观测分析[J].岩土力学，2010,31(01)：233-236.

[5]李俊，卢大玮，李家春.湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降预警研究[J].路基工程，2014(03)：021.

[6]黄雨，江席苗，刘高.软土路基稳定性影响因素分析[J].地下空间与工程学报，2009，5(02)：372-377.

[7]薛祥，宋连亮，贾亮，等.高速公路软土路基工后沉降预测的新方法[J].岩土工程学报，2011，33(zk1)：125-130.

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[9]陈志杰，陈哲.软基沉降拟合的Boltzmann曲线模型研究[J].煤炭工程，2014，46(12)：90-92.

Study on Multi-level Fuzzy Comprehensive Evaluation of Earthquake Risk induced by Cloud Model

SU Lulu

(Shenyang Urban Hunhe River Management Center, Shenyang 110011, China)

Reservoirs are important infrastructure construction of water conservancy in current social production, playing roles in irrigation, water supply, flood control, power generation etc., not only can bring great economic benefits to the region, but also can effectively maintain regional stability. However, the quantity of reservoir engineering construction greatly changes the original regional geological conditions and ecological environment, at the same time, when the reservoir is put into use, wet, flooded area, the impact of water, the reservoir area of rock will change and affect the regional seismic geological environment. Based on this, the staff should pay more attention to the risk of reservoir earthquake induced, according to the actual situation in the region, the scientific and standardized identification of seismic factors in the reservoir induced earthquake. Taking the Tahe river reservoir as an example, a comprehensive evaluation model based on the cloud model is analyzed in this paper, which is based on the analysis of the multi-stage fuzzy comprehensive evaluation of reservoir induced earthquake risk.

reservoir; cloud model; induced earthquake risk; fuzzy comprehensive evaluation

1007-7596(2017)01-0005-04

2016-12-15

苏露陆(1982-)，男，辽宁沈阳人，工程师，研究方向为水利工程，城市河道建设、水资源、水利工程等。

P315

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