云模型下水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價研究

蘇露陸

(沈陽市渾河管理中心，沈陽 110011)

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云模型下水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價研究

蘇露陸

(沈陽市渾河管理中心，沈陽 110011)

水庫是當前生產中重要水利基礎設施建設，發揮著灌溉、供水、防洪澇、發電等多種功能，不僅能夠給區域帶來較大經濟效益，也可有效維護區域穩定。但水庫的工程建設量大，極大程度上轉變著區域原本地質地貌條件和生態環境，同時當水庫投入使用后，浸濕、淹沒面積大，在水體的沖擊作用下，水庫區域的巖石也會發生相應的改變，進而影響到區域地震地質環境。基于此，工作人員應加大對水庫誘發地震風險的重視力度，根據區域中實際情況，科學規范的辨識水庫中地震誘發地震因素。文章以湯河水庫為例，簡要結合水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的指標，重點分析以云模型為基礎的綜合評價模型。

水庫；云模型；誘發地震風險；模糊綜合評價

在經濟全球化、工業化進程深入推進的時代背景下，人們對能源的需求越來越大，因此，能源危機已經成為各國共同需要面對的問題，為緩解能源壓力，中國加大對水能等可再生資源的開發力度，增加了對水庫等水利工程的資金投入，經過近幾年的發展，我國已經建成大小水庫約9萬座，成為世界上擁有水庫最多的國家。水庫在發揮著供水、發電、航運等作用的同時，也極大程度上影響著區域生態環境和地質環境，增加了區域地震等其他地質災害的出現機率[1-2]。水庫誘發地震(RIS)是指水庫在投入使用后，造成水庫區域或周圍區域出現地質變化而引發的地震活動，通常伴有泥石流、山體滑坡等次生災害，在帶來巨大經濟損失的同時，嚴重威脅著水庫區域居民的生命安全。水庫誘發地震災害的影響因素角度，不僅與區域中原本地質結構有關，還與水體沖擊作用有著較大關系，因此，在實際工作過程中，應合理加大對多級模糊綜合評價的重視程度，明確不同因素對地震的影響程度，提升水庫運行的安全性[3]。

1 基于云模型的研究背景

近年來，世界各國加快了水利工程的建設步伐，不同類型的水庫開始建成并投入使用，極大程度上提升了水庫誘發地震災害的出現幾率，根據相關資料統計，當前已經有超過130座的水庫出現誘發型地震，而中國出現的次數占到總數的20%左右。中國處于地震帶，地震災害頻發，水庫誘發地震與水利工程基礎設施距離較近，震源深度淺且震感強烈，嚴重的情況下還有可能直接摧毀工程基礎設施，同時還會引發泥石流、水災等多種次生災害，影響到大壩下游地區居民生活[4]。1945年，世界上第一次出現水庫誘發地震，發生在美國的 m德湖水庫，當時造成的影響較大，至此之后，美國等國家開始研究水庫誘發地震的風險因素與產生條件，而我國的研究到1962年才開始。與普通地震災害相比較，水庫誘發地震存在較大特殊性，其不僅跟水庫本身的地質條件、巖石受力情況有關，還與水庫涵養水體的沖擊作用、滲透等因素有著密切關系[5]。雖然中國逐漸認識到水庫誘發型地震形成原因與條件，但受到誘發地震的發生過程、孕育因素復雜等因素的影響，環境因素對于地震發生的確切影響程度仍未確定，增加了評價誘發地震風險程度過程中發的隨機性與模糊性。

2 水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的指標

評價誘發地震風險的危險性時，首要工作是研究地震風險出現的源頭，根據成因機理的規律可知，水庫誘發地震應同時具備多方面的條件，具體可分為儲積條件與釋放條件，且每個條件中包含的因子不同，其具體模塊如圖1所示：

圖1 水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的指標

從圖1中可知，水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的指標共分為評語層、指標層與因子層，因子層還可細化為狀態層，具體對應的狀態如表1所示：

表1 水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的狀態層

表1 水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的狀態層 續表

根據圖1和表1，將不同條件下的誘震因素進行整合，進而得到不同程度誘發地震的風險性。借助層次分析法的方式，誘發地震可分為小微、有感、破壞性、中強等幾個等級，其具體的震級如表2所示：

表2 水庫誘發地震震級

3 水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價模型

受到誘發地震因素復雜性等多種條件的作用，在評估地震風險時存在不確定性與變化性，因此，為確保評估風險工作的有效性，應加大對多級模糊綜合評價體系的重視程度[6]。

3.1 傳統水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價模型

多層次模糊型綜合評價方式以多種目標、多種因素的決策技術為基礎，具備模糊評價方式、層次分析法等的綜合優點，在實際運用過程中，評價指標能夠被逐級分成其他結構，再利用層次分析方式，針對不同層次進行評價，最后在總結所有結果的前提下，給出實用性強的數據與方案[7]。

假設U是誘發水庫地震的因子集合，因此，U包括水庫水體的滲透-存儲條件與積累應變能-釋放能量條件兩個因素，且兩個因素可細分為巖性、斷裂等部分，在了解水庫誘發地震風險評價指標每一層次的構成模塊基礎上，再結合不同的隸屬度、權值，通過多層次模糊映射的方式，可評價出發生水庫誘發型地震的風險系數，具體計算公式如式(1)所示：

S=W×R

(1)

式中：S為層次中綜合評價的結果矩陣；W為權重向量，由不同誘發地震因素的權值共同構成；R為下一級子結點對上一級父結點整體隸屬度。

該計算結果以最大隸屬度為原則，尋找到最大隸屬度中元素所針對的誘發風險等級，該等級則為水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價的結果，但需要注意的是，在整個評價過程中，考慮的因素主要偏重在風險評估的模糊性上，而忽略了風險的離散與隨機等性能，導致無法全面評估結果的準確性，仍存在較大風險不穩定性[8]。因此，工作人員應合理借助云模型，將綜合評價模型應用在云模型中，確保結果的科學性與可靠性。

3.2 基于云模型的水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價模型

云模型在20世紀末被提出，屬于定量分析與定性分析2種方式靈活轉換的評估模型，事物如果具備不確定性的特征，則可以通過離散、隨機與模糊3個方面表現，云模型以模糊數學理論與概率模型為基礎，借助期望、熵與超熵這3個數字特點，有機協調了事物不確定性的3個特征[9]，并能夠自然轉換定量分析數據與事物不確定語言，從以上分析可知，將云模型應用在水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價模型中，可將傳統模型中缺乏的離散、隨機性考慮進去，有利于更全面地考慮水庫誘發地震風險等級，云模型3個模塊的作用與組成部分如表3所示：

表3 云模型三個模塊的作用與組成部分

與傳統水庫誘發地震風險多級模糊綜合評價模型相比，云模型綜合評價方式具備以下幾方面的優勢：①與傳統模型的評語層相比，云模型將評定風險等級的界限變得更加模糊化，更加切合當前用語習慣，可有效減少在評價過程中的主觀因素影響；②云模型借助語言變量，可更為準確地表述不同因素的重要性；③實現真正意義上的一對多因素映射，借助期望等3個不同數字特征，表現出誘發地震因素與不同風險等級的隸屬度關系。

4 基于云模型的多級模糊綜合評價模型應用實例

4.1 應用實例數據

文章以湯河水庫為例，該水庫每年向遼陽市自來水公司供水36.5×106m3，每年向中國石化遼陽分公司供水43.5×106m3，每年向鞍山自來水公司供水127.1×106m3，每年向鞍山弓長嶺礦業公司供水23.7×106m3，水庫除直供用水戶外，補償下游區間農業缺水75.5×106m3，且該水庫的范圍較廣，故使用小區劃方法，根據其不同的誘發地震環境條件，將湯河水庫劃分為1330個小評價單元，其具體狀態數據如表4所示：

表4 評價單元誘震因子的具體狀態數據

4.2 云模型的多級模糊綜合評語層

地震共分為小微、有感、破壞性、中強等幾個等級，基于云模型下，評語層的計算方式如下所示：

小震(0.1

有感地震(2.5

破壞性地震(4.7

中強地震(Ms>6)：

4.3 評價標度

評價標度分為3個不同等級，主要用到的計算方式有特征值法、方根法、最小平方權法等，就湯河水庫而言，其可以利用巖性等6個不同的誘震因子，得出基本的權重云模型。

4.4 評價結果

從計算結果可知，湯河水庫可能誘發的地震等級約為2.3，因此，在該范圍內，水庫誘發地震的可能性較低，如果出現誘發地震，其地震等級通常圍繞2.3，整個計算結果較為集中。

5 結 語

綜上所述，在水庫等水利工程生態環境評價與地質條件工作中，水庫誘發地震災害風險多級模糊綜合評價工作是其中重要組成部分，近年來，我國政府加大了對水利工程的支持力度，湯河水庫等水利工程開始建成并投入使用，因此，研究人員應合理加大對水庫誘發地震災害風險分析的重視力度，科學應用云模型的多級模糊綜合評價模型，解決斷裂、巖溶等多種誘發地震因子計算不準確的問題，確定因子可使用的隸屬度，盡可能避免評價工作中的變動性，保障預防風險的有效性。

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[3]王永慶.水庫大堤不均勻沉降導致排水閘漏水的處理措施[J].水利技術監督，2015,23(01)：67-68.

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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

蘇露陸(1982-)，男，遼寧沈陽人，工程師，研究方向為水利工程，城市河道建設、水資源、水利工程等。

P315

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