基于白化权函数灰色聚类法的覆土油罐地质灾害分析

赵勉 赵晓刚 郭湛

摘要：为研究覆土油罐地质灾害危险性，建立覆土油罐地质灾害危险性评价指标体系，包含地貌因素、地质因素、水文因素、诱发因素、历史灾害因素等五个单元。为解决安全评价中观测数据灰度较大的问题，建立了基于白化权函数的灰色变权聚类评价模型，降低了观测数据的误差对评价结果的影响，提高了评价结果的可靠性。最后将模型应用于某油库覆土油罐的常见地质灾害安全评价，识别出影响较大的致因因素，验证了该模型的可行性。

Abstract： In order to study the geologic hazard of buried tank， we establishes the evaluation index system of geological hazard risk of buried tank， which includes five parts， such as geomorphic factors， geological factors， hydrological factors， induced factors， historical disaster factors and so on. In order to solve the problem which the grayscale of the observed data is large in safety evaluation， we establish a grey variable weight clustering evaluation model based on definite weighted functions， which reduces the error of observation data and improves the reliability of the evaluation results. Finally， the model is applied on the safety assessment of geological hazards in clad oil tanks of oil depots， and the factors which have great influence are identified， and the feasibility of the model is verified.

关键词：覆土油罐；地质灾害；安全评价；灰色聚类分析

Key words： soil oil tank；geological hazard；safety evaluation；grey clustering analysis

中图分类号：TE81；TU45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0240-04

0 引言

覆土油罐是指由覆土构成护体，且顶部和周围的护体覆土厚度≥0.5m的油罐，多采用立式固定顶钢制油罐，它具有一定的防护能力，隐蔽伪装性好，安全度高，温度变化小等多种优点。但覆土油罐一般建在丘陵或山区地带，其理想地形是带有“爪”支沟的山沟，与普通油库相比易受到地质灾害的威胁。因此需要通过客观准确的安全评价方法对覆土油罐常见的地质灾害进行分析评价，确定覆土油罐整体地质安全水平，达到确定影响因素的危险程度、识别重点防护对象、提高油库安全管理水平的目的。

目前关于地质灾害评价的研究大多面向由于矿区、道路、水库等，针对覆土油罐的地质灾害评价研究却极少。另一方面，又有覆土油罐的地质灾害具有不确定性和随机性，事故致因难以精确量化，体现出一定程度上的灰色特征，因此本文将在覆土油罐地质灾害评价指标结构體系的基础上，运用白化权函数灰色聚类评价模型对各指标观测值进行分析处理，建立评价矩阵，结合指标权重，得出评价结果。

1 基于白化权函数的灰色变权聚类评价模型

基于白化权函数的灰色变权聚类是指根据白化权函数，通过各指标观测值将各指标划分为具体定义的类别，结合不同指标的权重计算综合聚类系数。灰色聚类就是根据各单元关于指标的观测值或评分值，将各个单元划分为“优”、“良”、“中”、“差”四类。

下面结合某覆土油罐观测数据，可以得到其具体的安全评价结果。

2 实例应用

2.1 建立覆土油罐地质灾害评价指标体系

覆土油罐由于对隐蔽性以及建造施工的特殊要求，因此多建于山区、丘陵等地带，通过对历史数据的分析，最常见的地质灾害一般为滑坡、崩塌。目前针对滑坡、崩塌地质灾害的研究较为丰富，各项研究各有其侧重点，通过分析总结，可以将影响滑坡、崩塌的事故致因概括为以下五个方面：地貌因素、地质因素、水文因素、诱发因素、历史灾害因素。因此我们以这五个方面作为准则层，建立指标体系，如图2所示。

2.2 确定指标量化分类

指标体系中的指标可分为定量指标和定性指标，定量指标是指坡度、坡高等可以通过测量使用准确数值衡量的指标；定性指标包括岩土体风化程度、断裂带规模等，其衡量数值需要借助专家经验来确定，划分标准为优（8-10），良（6-8），中（4-6），差（0-4）。

安全评价过程中，为了使各指标的观测值或评分值能够应用于安全评级模型的运算，需要将指标数值进行相应的计算转换，分级定量描述各指标的危险类属，不同危险类属的边界值可以通过查阅文献、标准和操作手册等确定，见表1。

2.3 确定指标权重

本文的模型突出了评价过程中的变权，不同指标拥有不同的权重，相比简单地求取平均数，更符合实际，更强调专家意见。在此之前，以调查问卷的方式获得专家数据，通过分析得到了各项指标的权重，如表2所示。

2.4 安全评价

2.4.1 基础数据

评价对象为某油库，具体测量数据如表3所示。

2.4.2 各指标白化权函数值

根据各指标观测值和指标在各属类的λk，可以计算出各指标观测值相对应的白化权函数值，即各指标关于优、良、中、差的隶属度，见表4。

2.4.3 整体及各单元综合聚类系数

根据各指标层次权重，可以计算得出各单元关于各类属地质安全综合聚类系数，见表5、表6。

根据各指标综合权重可以得到覆土油罐总体地质安全综合聚类系数，如表5、表6所示。根据可以得出，地形地貌单元安全性为“良”； 地质因素单元安全性为“优”； 水文因素单元安全性为“优”；诱发因素单元安全性为“中”； 历史灾害单元安全性为“优”；覆土油罐总体地质安全性为“优”。其中诱发因素单元虽然评价结果为“优”，但关于降雨量的三个指标评价结果均为“中”，因此在制定相应安全措施时需要特别注意雨季监测及防护。

3 结论

本文建立了基于白化权函数的灰色变权聚类评价模型，并对某油库地质灾害危险性进行安全评价，根据评价结果可以得出以下结论：①建立的基于白化权函数的灰色变权聚类评价模型，可以很好地解决地质灾害评价中指标观测值灰度较大的问题，减少了观测误差对评价结果的影响，提高了评价结果的可靠性，为地质灾害评价提供了新的方法。②通过观测数据分析，识别出了某油库覆土油罐较易引发地质灾害的因素，主要包括库区降雨、植被覆盖以及岩土体类型，因此油库需要根据实际情况改善罐区植被覆盖，做好雨季地质灾害预警，完善灾后应急预案。

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