基于白化權函數灰色聚類法的覆土油罐地質災害分析

趙勉 趙曉剛 郭湛

摘要：為研究覆土油罐地質災害危險性，建立覆土油罐地質災害危險性評價指標體系，包含地貌因素、地質因素、水文因素、誘發因素、歷史災害因素等五個單元。為解決安全評價中觀測數據灰度較大的問題，建立了基于白化權函數的灰色變權聚類評價模型，降低了觀測數據的誤差對評價結果的影響，提高了評價結果的可靠性。最后將模型應用于某油庫覆土油罐的常見地質災害安全評價，識別出影響較大的致因因素，驗證了該模型的可行性。

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.

關鍵詞：覆土油罐；地質災害；安全評價；灰色聚類分析

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

中圖分類號：TE81；TU45 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0240-04

0 引言

覆土油罐是指由覆土構成護體，且頂部和周圍的護體覆土厚度≥0.5m的油罐，多采用立式固定頂鋼制油罐，它具有一定的防護能力，隱蔽偽裝性好，安全度高，溫度變化小等多種優點。但覆土油罐一般建在丘陵或山區地帶，其理想地形是帶有“爪”支溝的山溝，與普通油庫相比易受到地質災害的威脅。因此需要通過客觀準確的安全評價方法對覆土油罐常見的地質災害進行分析評價，確定覆土油罐整體地質安全水平，達到確定影響因素的危險程度、識別重點防護對象、提高油庫安全管理水平的目的。

目前關于地質災害評價的研究大多面向由于礦區、道路、水庫等，針對覆土油罐的地質災害評價研究卻極少。另一方面，又有覆土油罐的地質災害具有不確定性和隨機性，事故致因難以精確量化，體現出一定程度上的灰色特征，因此本文將在覆土油罐地質災害評價指標結構體系的基礎上，運用白化權函數灰色聚類評價模型對各指標觀測值進行分析處理，建立評價矩陣，結合指標權重，得出評價結果。

1 基于白化權函數的灰色變權聚類評價模型

基于白化權函數的灰色變權聚類是指根據白化權函數，通過各指標觀測值將各指標劃分為具體定義的類別，結合不同指標的權重計算綜合聚類系數。灰色聚類就是根據各單元關于指標的觀測值或評分值，將各個單元劃分為“優”、“良”、“中”、“差”四類。

下面結合某覆土油罐觀測數據，可以得到其具體的安全評價結果。

2 實例應用

2.1 建立覆土油罐地質災害評價指標體系

覆土油罐由于對隱蔽性以及建造施工的特殊要求，因此多建于山區、丘陵等地帶，通過對歷史數據的分析，最常見的地質災害一般為滑坡、崩塌。目前針對滑坡、崩塌地質災害的研究較為豐富，各項研究各有其側重點，通過分析總結，可以將影響滑坡、崩塌的事故致因概括為以下五個方面：地貌因素、地質因素、水文因素、誘發因素、歷史災害因素。因此我們以這五個方面作為準則層，建立指標體系，如圖2所示。

2.2 確定指標量化分類

指標體系中的指標可分為定量指標和定性指標，定量指標是指坡度、坡高等可以通過測量使用準確數值衡量的指標；定性指標包括巖土體風化程度、斷裂帶規模等，其衡量數值需要借助專家經驗來確定，劃分標準為優（8-10），良（6-8），中（4-6），差（0-4）。

安全評價過程中，為了使各指標的觀測值或評分值能夠應用于安全評級模型的運算，需要將指標數值進行相應的計算轉換，分級定量描述各指標的危險類屬，不同危險類屬的邊界值可以通過查閱文獻、標準和操作手冊等確定，見表1。

2.3 確定指標權重

本文的模型突出了評價過程中的變權，不同指標擁有不同的權重，相比簡單地求取平均數，更符合實際，更強調專家意見。在此之前，以調查問卷的方式獲得專家數據，通過分析得到了各項指標的權重，如表2所示。

2.4 安全評價

2.4.1 基礎數據

評價對象為某油庫，具體測量數據如表3所示。

2.4.2 各指標白化權函數值

根據各指標觀測值和指標在各屬類的λk，可以計算出各指標觀測值相對應的白化權函數值，即各指標關于優、良、中、差的隸屬度，見表4。

2.4.3 整體及各單元綜合聚類系數

根據各指標層次權重，可以計算得出各單元關于各類屬地質安全綜合聚類系數，見表5、表6。

根據各指標綜合權重可以得到覆土油罐總體地質安全綜合聚類系數，如表5、表6所示。根據可以得出，地形地貌單元安全性為“良”； 地質因素單元安全性為“優”； 水文因素單元安全性為“優”；誘發因素單元安全性為“中”； 歷史災害單元安全性為“優”；覆土油罐總體地質安全性為“優”。其中誘發因素單元雖然評價結果為“優”，但關于降雨量的三個指標評價結果均為“中”，因此在制定相應安全措施時需要特別注意雨季監測及防護。

3 結論

本文建立了基于白化權函數的灰色變權聚類評價模型，并對某油庫地質災害危險性進行安全評價，根據評價結果可以得出以下結論：①建立的基于白化權函數的灰色變權聚類評價模型，可以很好地解決地質災害評價中指標觀測值灰度較大的問題，減少了觀測誤差對評價結果的影響，提高了評價結果的可靠性，為地質災害評價提供了新的方法。②通過觀測數據分析，識別出了某油庫覆土油罐較易引發地質災害的因素，主要包括庫區降雨、植被覆蓋以及巖土體類型，因此油庫需要根據實際情況改善罐區植被覆蓋，做好雨季地質災害預警，完善災后應急預案。

參考文獻：

[1]張麗.區域地質災害危險性評價的定量化研究[D].吉林大學，2006.

[2]陳奇，武強，李俊彥.地下水封石洞油庫地質災害危險性評估——以山東某地下水封石洞油庫工程為例[J].中國地質災害與防治學報，2006（04）：138-141，148.

[3]楊笑源，趙曉剛.應用改進層次分析法和模糊綜合評判的油庫靜電災害評估[J].重慶理工大學學報（自然科學），2015（02）：136-140.

[4]曹穎.單體滑坡災害風險評價與預警預報[D].中國地質大學，2016.

[5]范乾權，張贊牢，姜玉泉.國內覆土油罐現狀探討[J].中國儲運，2010（04）：99-100.

[6]雷小龍，張豫川，劉博懷.覆土油罐事故致因分析及改進方法研究[J].山西建筑，2017（08）：233-235.

[7]黃海亮，焦光偉，秦琴，張柱柱，王亞超，張沖.覆土油庫區域滑坡災害危險性評價[J].油氣儲運，2017（10）：1133-1138.

[8]侯建紅，焦光偉，范乾權.地震災害對覆土油罐的危害研究綜述[J].中國儲運，2010（09）：98-99.

[9]趙曉剛，郭湛，彭楊，趙澤霖.基于HAZOP的機場加油過程靜電危險因素辨識[J].重慶理工大學學報（自然科學），2016（10）：129-134.

[10]王芳.萬州區滑坡災害風險評價與管理研究[D].中國地質大學，2017.

[11]郝文新.地質災害風險評估模型構建與應用研究[D].中國礦業大學（北京），2017.