基于改進(jìn)的組合權(quán)重—功效系數(shù)法的滑坡危險性評價

文凱

摘要：為了對滑坡的危險性做出準(zhǔn)確的判斷，本文通過危險性分級將功效系數(shù)法運(yùn)用到滑坡危險性評價中，選取坡體風(fēng)化程度、地層巖性、滑坡涉水比等9個具有代表性的影響因子構(gòu)建危險性評價指標(biāo)體系。以熵權(quán)法作為客觀賦權(quán)法，權(quán)的最小平方法作為主觀賦權(quán)法，將主客觀賦權(quán)法相結(jié)合，確定各影響因子指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，并通過多組滑坡樣本建立滑坡危險性分級評價模型。本文與工程實(shí)例相結(jié)合，驗(yàn)證所建立的模型，評價的結(jié)果與滑坡實(shí)際危險性等級基本一致，證明了該方法評價滑坡危險性可行且準(zhǔn)確性較高，可以很好的運(yùn)用到工程項(xiàng)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.

關(guān)鍵詞：滑坡危險性；評價；熵權(quán)法

Key words： landslide hazard；evaluation；entropy weight method

中圖分類號：P642.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0048-04

0 引言

滑坡災(zāi)害是發(fā)生最頻繁的地質(zhì)災(zāi)害之一，直接危害威脅人民，間接影響社會活動，妨礙社會穩(wěn)定。為了對滑坡穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確的判斷，預(yù)防滑坡失穩(wěn)災(zāi)害的發(fā)生，對滑坡進(jìn)行危險性分級研究的意義重大。

目前有多種方法可以對滑坡穩(wěn)定性做出評價：宋盛淵[1]等采用突變理論進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析，通過選取的評價指標(biāo)，以突變理論為核心，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，利用工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。李軍霞[2]等通過組合賦權(quán)—未確知測度理論耦合評價模型，利用建立的模型對所研究的滑坡進(jìn)行可靠的評價。謝賢健[3]等通過建立投影尋蹤的模型，將樣本的各種評價指標(biāo)因素進(jìn)行線性投影，通過建立的評價模型，繪制出滑坡危險性等級分布圖。許沖[4]等通過證據(jù)權(quán)的方法，收集滑坡危險性評價因子，采用證據(jù)權(quán)方法，對玉樹地震滑坡進(jìn)行評價。本文將功效系數(shù)法運(yùn)用到滑坡危險性評價中，選取影響因子構(gòu)建評價指標(biāo)體系，確定指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，建立滑坡危險性分等級評價模型，與工程實(shí)例相結(jié)合，驗(yàn)證了所建立的模型。

1 功效系數(shù)法基本原理

功效系數(shù)法是以多目標(biāo)規(guī)劃為基本原理，把所要評價的各項(xiàng)指標(biāo)劃分多檔次標(biāo)準(zhǔn)，在確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)后，通過功效函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康脑u價分?jǐn)?shù)值，并將每一項(xiàng)指標(biāo)的單項(xiàng)評價分?jǐn)?shù)值加總，最終得出綜合評價分?jǐn)?shù)，進(jìn)行滑坡危險性分級。其評價過程如下：

①確定評價指標(biāo)體系。

各類影響因子中選取典型的影響因子作為評價指標(biāo)，使其在評價體系中獨(dú)立互補(bǔ)，且能夠最大程度反映出評價目標(biāo)的綜合狀況。

②確定各項(xiàng)指標(biāo)的滿意值和不允許。

設(shè)定各項(xiàng)指標(biāo)的滿意值和不允許值。滿意值是專家結(jié)合自身行業(yè)經(jīng)驗(yàn)確定的數(shù)值，不允許值一般為評價指標(biāo)范圍內(nèi)可接受的極值。

③確定各項(xiàng)指標(biāo)的單項(xiàng)功效系數(shù)值。

式中：S為總功效系數(shù)值；si為第i個滑坡危險性評價指標(biāo)的單項(xiàng)功效系數(shù)值；ωi為第i個滑坡危險性評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；n為評價指標(biāo)個數(shù)。

2 邊坡的危險性分級預(yù)測模型

2.1 邊坡危險性的影響因素分析和評價指標(biāo)體系的確立

滑坡危險性的影響因素有很多，參考國內(nèi)外專家常用的影響滑坡穩(wěn)定性的因素[5]，選取地層巖性、風(fēng)化程度、坡面傾向、坡體到構(gòu)造帶距離、植被覆蓋率、斜坡坡度、斜坡高度、滑體體積及正常蓄水后坡體被浸沒比例作為該方法的影響因素。（表1）

用賦值的方法將定性的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對于地層巖性越復(fù)雜，巖體質(zhì)量越差，形成危險的滑坡的可能性越大。對于巖層組合的巖性越強(qiáng)的形式確定為較大的數(shù)值，對于巖質(zhì)滑坡體當(dāng)風(fēng)化程度越嚴(yán)重時，巖體質(zhì)量越差，如坡體風(fēng)化程度越嚴(yán)重，巖體質(zhì)量越差，所形成滑坡的危險性也越大，對于風(fēng)化嚴(yán)重的坡體賦予較大的值。同理，影響滑坡危險性從強(qiáng)到弱的巖層組合形式依次為軟巖、軟巖夾硬巖、硬巖夾軟巖、硬巖。根據(jù)相關(guān)研究表明，對于坡體風(fēng)化程度P1和地層巖性P2的賦值見表2。

2.2 各評價指標(biāo)的滿意值和不允許值

根據(jù)功效系數(shù)法的基本原理，收集各滑坡進(jìn)行地質(zhì)勘察統(tǒng)計其工程地質(zhì)勘察資料。結(jié)合邊坡穩(wěn)定性預(yù)警等級與評價指標(biāo)的關(guān)系，確定每一項(xiàng)評價指標(biāo)的滿意值和不允許值。（表3）

2.3 單項(xiàng)功效系數(shù)的計算

在滑坡安全性等級預(yù)測評價體系指標(biāo)中，P3，P5屬于極大值變量，其單項(xiàng)系數(shù)按（1）計算；P1，P2，P6，P7，P8，P9屬于極小值變量，其單項(xiàng)系數(shù)按式（2）計算；P4區(qū)間型變量，其單項(xiàng)系數(shù)按式（4）計算。

2.4 權(quán)重指標(biāo)的確定

權(quán)重指各項(xiàng)指標(biāo)在整體評價中的相對重要程度，主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法是確定指標(biāo)權(quán)重的主要方法。主觀賦權(quán)法確定的權(quán)重具有一定的主觀性，但是能夠反映決策者的意志。客觀賦權(quán)法缺少了對于決策者意志的體現(xiàn)，但是具有較強(qiáng)的理論依據(jù)。本文選取權(quán)的最小平方法作為主觀賦權(quán)法，熵值法作為客觀賦權(quán)法，計算指標(biāo)組合權(quán)重，利用專家的理論經(jīng)驗(yàn)，判定各指標(biāo)的重要程度，結(jié)合其理論數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，以規(guī)避單一方法的缺陷。[7]

①權(quán)的最小平方法。

根據(jù)前人的研究成果結(jié)合研究區(qū)的特點(diǎn)，將評價指標(biāo)構(gòu)造判斷矩陣。

②熵權(quán)法。

假設(shè)有m個評價指標(biāo)，n個滑坡。在滑坡危險性評價中，得到評價矩陣為X=（Xij）m×n，其中Xij是第i個滑坡關(guān)于第j個指標(biāo)的測量值。對于第j個評價指標(biāo)，如果測量值Xij（i=1，2，…，n）的差異越大，則表明該指標(biāo)對滑坡危險性影響程度越大，因此用信息熵來反映各指標(biāo)的影響程度。

根據(jù)上述介紹，可得分配系數(shù)α=0.61298，β=0.38702，并求出各評價指標(biāo)的組合權(quán)重值，其計算結(jié)果如表4。

2.5 評價等級標(biāo)準(zhǔn)的確定

對于滑坡危險性等級的劃分，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[8]。因此，本文參照國內(nèi)外評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)滑坡實(shí)際地質(zhì)特征，將滑坡危險性劃分為4個等級：輕度危險、中度危險、重度危險和極度危險。滑坡危險性評價指標(biāo)的單指標(biāo)危險性劃分標(biāo)準(zhǔn)將滑坡危險性各等級的單指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后將其帶入到本文方法中進(jìn)行計算，確定出評價等級的標(biāo)準(zhǔn)。（表5）

2.6 模型檢驗(yàn)

為了本文方法建立的滑坡危險性分級預(yù)測模型的有效性，選取某地的滑坡數(shù)據(jù)實(shí)例進(jìn)行評價分析，有關(guān)數(shù)據(jù)主要取自文獻(xiàn)[1]。按照功效系數(shù)法進(jìn)行危險性分級綜合評價，計算結(jié)果如表6所示。

可以看出，除了樣本11誤判為中度（實(shí)際為輕度）以外，其他的判別結(jié)果與實(shí)際相一致，準(zhǔn)確率達(dá)到91.7%，且與突變理論的判別方法判定的結(jié)果基本一致。發(fā)生誤判的原因可能是：地層巖性和風(fēng)化程度是一個較復(fù)雜的情況，在定性的評價中不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致單項(xiàng)評價指標(biāo)過低，結(jié)果導(dǎo)致總功效值較低，判別結(jié)果為中度危險，從安全的角度考慮是可以接受的。

3 工程實(shí)例

3.1 背景介紹

三峽庫區(qū)峽谷深切，山勢險峻，自然地質(zhì)條件極其復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，暴雨、洪水頻繁，歷來是我國地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)，近些來隨著三峽大壩的蓄水，新產(chǎn)生的崩塌、滑坡、泥石流不斷，危害嚴(yán)重。

3.2 功效系數(shù)法滑坡危險性評價

為檢驗(yàn)滑坡危險性評價模型的合理性和有效性，本文選取三峽庫區(qū)重慶云陽段五組滑坡數(shù)據(jù)進(jìn)行危險性評價，結(jié)合該地區(qū)的各評價指標(biāo)值和滑坡專業(yè)監(jiān)測，得到各評價指標(biāo)的具體數(shù)值，運(yùn)用所建立的功效系數(shù)法滑坡危險性等級評價進(jìn)行計算分析，結(jié)果如表7所示。

從表7中可以得出，高陽糧站西滑坡，鏵頭磅東滑坡，望豐村滑坡，廣木滑坡總功效系數(shù)大于90，為輕度危險。而黃泥巴蹬坎滑坡總功效系數(shù)在70～80之間為重度危險，與實(shí)際的滑坡穩(wěn)定性判別相吻合。

通過理論分析和滑坡實(shí)例表明，運(yùn)用基于組合權(quán)重的功效系數(shù)法判斷滑坡危險性等級具有較好的準(zhǔn)確性和可靠性，可以在類似的滑坡危險性評價中進(jìn)行推廣實(shí)用。

4 結(jié)論

①在滑坡危險性分級評價中運(yùn)用組合權(quán)重—功效系數(shù)法。通過多種指標(biāo)共同評價，得出的總功效系數(shù)值，以總功效系數(shù)值作為評價標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值越大危險性越高，使結(jié)果精確直觀。為滑坡危險性劃分確立了一個簡單易行，可靠度較高的評價方法。

②將權(quán)的最小平方法作為主觀賦權(quán)法、熵權(quán)法作為客觀賦權(quán)法，結(jié)合了各自的優(yōu)點(diǎn)并規(guī)避了其缺點(diǎn)，以主客觀相結(jié)合的模式使各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)更加合理。

③利用前人數(shù)據(jù)對建立的滑坡危險性分級模型進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)測結(jié)果基本符合其他理論的評價及現(xiàn)場的結(jié)果，證明了該模型進(jìn)行滑坡危險性分級的可靠性。并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了可靠性，可以較好的運(yùn)用于滑坡危險性評價中。

④所建立的基于組合權(quán)重—功效系數(shù)法的滑坡穩(wěn)定性評價模型選取了9個影響因子作為評價指標(biāo)，其中坡體風(fēng)化程度和地層巖性較為復(fù)雜，本文所采用的只是一個粗略的定性評價，因此為了得出更為準(zhǔn)確的評價結(jié)果，應(yīng)在可能的條件下對其進(jìn)行更加細(xì)致精準(zhǔn)的劃分。

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