库岸地质风险性评价及数理模型分析研究

李伟强

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

库岸地质风险性评价构成水利库岸滑坡灾害防范和控制的重要技术环节，关系库岸工程质量及其长久使用安全。本文参照案例库岸水利工程，就库岸地质风险性评价及其数理模型分析开展专题研究，围绕标准化处理评价指标、指标权重的选择和风险性模型数理计算，探讨库岸滑坡地质风险性数理模型的建立课题，以为同类工程技术应用提供研究参考。

1 案例及其库岸地质风险性级别区划

1.1 工程概况

案例研究区处于我国西北横断山脉北段某引水工程的库岸区，受欧亚板块和印度洋板块运动的影响，该区域多紧束式挤压构造，存在较大规模的褶皱带，区内重力侵蚀严重、岩层破碎、断层交错、地壳强烈抬升、山高谷深、河流深切、地形陡峻。地质构造至今仍活动强烈，属于我国地质灾害尤其滑坡灾害频发的区域之一。案例区域坡度及岩性地质分布，具体见图1。

图1 案例区域坡度及岩性地质分布

1.2 库岸地质风险性级别区划

以间距100 m×100 m对研究区实施栅格化处理，得栅格单元共84172个，其中有现实滑坡体分布的单元格计675个。按照滑坡危险程度与滑坡点存在数量的正比例关系，依据有现实滑坡体分布的单元数量以及后验概率分布关系，按照极度风险、重度风险、中度风险和低度风险，我们将库岸滑坡地质风险划分为4个等级。基于后验概率的库岸滑坡地质风险等级具体见表1[1]。

表1 基于后验概率的库岸滑坡地质风险等级表

无滑坡叠加和有滑坡叠加的风险性区划分布，具体见图2和图3。

图2 无滑坡叠加的风险性区划分别图

图3 有滑坡叠加的风险性区划分布图

2 库岸滑坡地质风险性数理模型

2.1 标准化处理评价指标

滑坡灾害风险性评价指标的来源、度量单位以及取值范围各有不同，这不利于综合度量比较和汇总。为克服这个不足，需要对指标进行标准化处理，以“越大越好”的指标类型设计或转化指标，让指标值越大则滑坡风险的对应性就越高[2]。

正向指标标准化公式：

负向指标标准化公式：

适度性指标标准化公式：

式中：xopt系适度指标其适度值；xi系第个单元格里指标的初始数值；x'i系第个i单元格里某指标的标准化值；xmax系各单元格里某指标的最大极值；xmin系各单元格里某指标的最小极值。

2.2 风险性数理模型构建

结合案例研究区地质基本概况，按地质岩性、高程、坡向、坡度、降雨量、地震烈度、距河流距离、与断裂带距离以及地形起伏度，建立库岸地质风险性评价综合数理分析模型：

式中：ωj系第i个栅格单元第j个因子的评价权重值；pj系第i个栅格单元的第j个因子的评价取值，j=1,2,3...m；i=1,2,3...n系栅格单元标志；Fi系评价单元的库岸地质风险性评价综合数理分析指数[3]。

2.3 关于指标的权重

2.3.1 指标的主观权重取值

通过专家打分，判断（C9）震源距、（C8）年均降雨量、（C7）水系距、（C6）断裂带距、（C5）地形起伏度、（C4）高程、（C3）坡向、（C2）坡度以及（C1）地质岩性各评价指标的相对重要性进行差别化判断，形成指标差别化矩阵，具体见表2[4]。

表2 差别化判断指标矩阵

经过计算获得λmax最大特征向量值10.0716，Ci归一化特征向量值0.00796以及小于0.1的CR一致性检验指标值0.00545，这些数值揭示主观权重排列符合一致性检验结果的要求，所以最终确定地质风险评价指标之主观权重值，具体见表3。

2.3.2 指标的客观权重取值

各指标的客观权重以变异系数法计算，所得地质风险评价指标之客观权重值具体见表4。

表4 地质风险评价指标之客观权重值

2.3.3 指标的组合权重取值

依据组合赋权规则，通过上述主客观权重值，我们可以获得组合分配系数α=0.5986和β=0.4014，进而获得地质风险评价指标之组合权重值，具体见表5。

表5 地质风险评价指标之组合权重值

3 风险性评价结果的比对分析

依据上述库岸滑坡地质风险性数理模型及权重规则，借助计算机对案例库岸地质风险性开展基于模糊证据权和基于综合风险指数的数理模拟计算，获得案例库岸滑坡地质风险性分段与区划数据分布结果。

案例库岸滑坡地质风险性分段计算结果，具体见图4。在包括支流在内的整个金沙江流域，大型工程建设以及人类的生产生活活动相对密集，区间河流的动力侵蚀作用亦相对明显。区域内斜坡体的地质稳定性总体较差，区域内岩体风化严重，总体上地质结构破碎。尽管个别岸段岩层厚度较大，具有较完整的岩体结构，属于不易发生库岸滑坡地质岸段，但该区间绝大多数岸段还是属于容易或较容易发生库岸滑坡地质[5]。

图4 案例库岸滑坡地质风险性分段

图5 案例库岸滑坡地质风险性区划分布

图5 中的黑色实线所圈为本案例库岸滑坡地质风险性重点研究区域，云图揭示，不管是综合风险性指数模型还是模糊证据权模型计算，包括支流在内的整个金沙江流域，均属于中度及中度以上滑坡地质灾害的风险性区域。

需要特别指出的是，在评价所得属于不易发生库岸滑坡地质岸段，这里的滑坡风险性依然在中度或重度以上，前者主要缘于基于滑坡易发性概率考虑，而后者风险性研究既要考虑滑坡易发性概率，还要参考发生滑坡后所造成的可能性损害。因为这些岸段均处于河流的两岸，一旦岸坡失稳，河流和沿岸居民的生产生活要受到不同程度的影响。故这些属于不易发生库岸滑坡地质岸段区域所产生的滑坡风险性相对提高等级，可能是中度或者更高的等级。但总体说来，还是滑坡易发区域的滑坡风险性等级高[6-8]。

比较两种计算方式，组合赋权依据权重分配系数分配主客观权重对组合权重所占比重，但所占比例不可避免受人为选择影响，所以综合风险性指数计算尽管以组合赋权规则指导，但基于主观性权重的存在，仍不可避免地在一定程度上使评价具有人为主观性。如果选择完全参考客观权重值，则研究区地质概况的研究者实际认知不能获得适当反映。

在模糊证据权的计算中，数据驱动和知识驱动结为一体，可以在一定程度上克服依赖知识驱动方法给滑坡风险性评价带来的指标权重计算主观性强、指标阈值划分确定性不强的不足和依靠数据驱动方法的复杂、指标间多重干扰的不足。模糊证据权计算是基于先验知识的，即根据各指标证据层的属性和滑坡点的属性对灾害发生的可能性展开评价，其评价过程相对客观，因此评价结果要更为可靠。

指标权重对评价结果的合理性和准确性影响较大，对于诸多因素决定的综合结果的评价显然还离不开指标权重的区分和选择。在评价指标权重的确定仍有诸多不足的存在的目前情况下，合理的做法就是尽可能以上述两种计算方式对库岸滑坡地质风险性进行综合评价和区域划分。

4 结语

本文参照案例库岸水利工程，就库岸地质风险性评价及其数理模型分析开展专题研究，围绕标准化处理评价指标、指标权重的选择和风险性模型数理计算，探讨了库岸滑坡地质风险性数理模型的建立课题，模拟计算了案例库岸滑坡地质风险性分段，基于模糊证据权和风险指数对案例库岸滑坡地质风险性区划分布进行了计算，并对两种计算方式的风险揭示性进行了优劣分析，得出在评价指标权重的确定仍有诸多不足的存在的目前情况下，合理的做法就是尽可能以上述两种计算方式对库岸滑坡地质风险性进行综合评价和区域划分的结论，可为同类工程技术应用提供研究参考。