多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法在泥石流評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法在泥石流評(píng)價(jià)中的應(yīng)用王學(xué)武摘要：介紹了多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法在泥石流評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，指出了在進(jìn)行模糊評(píng)判的時(shí)候，評(píng)判因子的選取以及隸屬函數(shù)的構(gòu)造應(yīng)具體結(jié)合泥石流自身的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，并應(yīng)用此方法對(duì)西南某擬建水電站壩址附近泥石流溝危險(xiǎn)性做出了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果比較吻合。關(guān)鍵詞：多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法泥石流隸屬函數(shù)評(píng)判因子在眾多地質(zhì)災(zāi)害中，泥石流災(zāi)害作為一種重要的自然災(zāi)害，屬于突發(fā)性災(zāi)害，由于其發(fā)生時(shí)速度快，破壞力大，常常給人類的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。為能快速準(zhǔn)確了解泥石流危險(xiǎn)性，以便達(dá)到預(yù)測(cè)防治的目的，目前對(duì)于泥石流潛在危險(xiǎn)程度的研究越來(lái)越多。關(guān)于泥石流危險(xiǎn)程度，即危險(xiǎn)度，指遭到泥石流損害的可能性大小，它是一個(gè)概率概念，只能在[0,1]閉區(qū)間內(nèi)取值。針對(duì)它的評(píng)價(jià)方法，目前主要有綜合評(píng)分法，灰色理論判別法，頻率方法，模擬方法等，其中以綜合評(píng)分法最為常用。但由于泥石流所處的地質(zhì)環(huán)境，條件的多樣性，變異性和復(fù)雜性，因而在綜合評(píng)分法等方法中的各評(píng)價(jià)因素都存在大量的不確定性，不精確性。這種不確定性，不精確性既具有隨機(jī)性，更具有模糊性，因而不少學(xué)者將模糊數(shù)學(xué)引入泥石流危險(xiǎn)度的研究，利用模糊綜合評(píng)判方法來(lái)對(duì)泥石流的危險(xiǎn)度做出評(píng)判，并取得了一定的效果。但就目前利用模糊綜合評(píng)判方法來(lái)研究泥石流的應(yīng)用深度來(lái)講，一方面在進(jìn)行評(píng)判時(shí)對(duì)于評(píng)判因子一般采用的是一級(jí)評(píng)判，針對(duì)泥石流這種復(fù)雜系統(tǒng)，由于其成災(zāi)因素很多，且各因素之間往往還有層次之分，如果采用一級(jí)評(píng)判，就難以比較系統(tǒng)中事物之間的優(yōu)劣次序，得不出有意義的評(píng)判結(jié)果。另一方面，在評(píng)判時(shí)對(duì)于隸屬函數(shù)的構(gòu)造雖有很多方法，但對(duì)于評(píng)判因子與危險(xiǎn)度之間關(guān)系的描述，目前還沒(méi)有一個(gè)很好的方法和函數(shù)能夠準(zhǔn)確刻劃，原因在于影響泥石流產(chǎn)生的因素具有復(fù)雜的非線性關(guān)系，一般的線性解法很難建立一個(gè)實(shí)用的模型。此外，在選取評(píng)判因子時(shí)，沒(méi)能很好結(jié)合具體研究的泥石流的特點(diǎn)來(lái)選取合適的評(píng)判因子，或是遺漏了關(guān)鍵的評(píng)判因子，或是增加了一些與危險(xiǎn)度關(guān)系甚微的因子等，導(dǎo)致評(píng)判效果欠佳。為克服以上困難和不足，筆者嘗試采用多級(jí)模糊評(píng)判以及非線性的隸屬函數(shù)，并依據(jù)《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行稿）來(lái)對(duì)西南某擬建水電站壩址附近落水洞溝，四坪子溝和印壩子溝三條泥石流溝危險(xiǎn)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與實(shí)際調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果比較吻合。1多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法1.1模糊綜合評(píng)判原理模糊綜合評(píng)判就是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其所做的綜合評(píng)價(jià)。這里評(píng)價(jià)的著眼點(diǎn)是各個(gè)相關(guān)因素。設(shè)所研究的因素集和評(píng)語(yǔ)集分別為：U={U,U,..U}；V={V,V，…V}12m12n則模糊綜合評(píng)判模型為B=AR其中，R=七y是UXV，模糊子集，通常稱為模糊矩陣，由各單因素評(píng)判結(jié)果得到，Lj表示i個(gè)因素對(duì)第j個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度；A=(a1,a2，...am)是U上的模糊子集，常稱為關(guān)于U上的權(quán)向量；B=(b1,b2,...bn)是V上的模糊子集，常稱為綜合評(píng)判結(jié)果向量；“疽'為合成運(yùn)算，可取為(+，x)。當(dāng)確定綜合評(píng)判的結(jié)果屬于哪個(gè)評(píng)語(yǔ)時(shí)，采取最大隸屬度原則，若bj0=maxbj(1<j<n)時(shí)，則斷定評(píng)判結(jié)果為第j°個(gè)評(píng)語(yǔ)。1.2多級(jí)模糊評(píng)判方法在復(fù)雜系統(tǒng)中，由于要考慮的因素很多，并且各因素之間往往還有層次之分。在這種情況下，應(yīng)該考慮將著眼因素集合U按某些屬性分成幾類，先對(duì)每一類做綜合評(píng)判，然后再對(duì)評(píng)判結(jié)果進(jìn)行“類”之間的高層次的綜合評(píng)判。具體步驟如下：劃分因素集U對(duì)因素集U作劃分，即U={U],U2，..UN}式中U={i,u，…u}，i=1,2,???N,即U中含有k個(gè)因素，￡k=n，并且滿足以下條ii1i2ikiiii=1件：W=Uii=1初級(jí)評(píng)判TOC\o"1-5"\h\z對(duì)每個(gè)U=U,u，…u}中的k個(gè)因素，按初始模型作模糊評(píng)判。設(shè)U的因素重要

ii1i2ikii~一程度模糊子集為A’，U.的k個(gè)因素的總的評(píng)價(jià)矩陣為r.，于是得到：A。R=B=(b,b，…b),i=1,2,..N,(1)iiii1i2in式中B——U的單因素評(píng)判。二級(jí)評(píng)判12N設(shè)=叩廣叮的因素重要程度模糊子集為A，且A=(A,A,..A)，則圳勺總12N~的評(píng)價(jià)矩陣R為:(B:(A?。R?11?1BA?。R2…=2.2,〔BJ?〔A?oR)

則得出總的（二級(jí)）綜合評(píng)判結(jié)果，即???(2)B=(2)此結(jié)果再根據(jù)最大隸屬度原則，所得結(jié)果即為最后評(píng)判結(jié)果。非線性隸屬函數(shù)的構(gòu)造隸屬度是指因素集對(duì)評(píng)語(yǔ)集的隸屬程度，具體到泥石流的危險(xiǎn)度來(lái)說(shuō)，就是各種評(píng)判因子對(duì)于危險(xiǎn)度的值的貢獻(xiàn)大小，屬于單因素評(píng)判。通常，構(gòu)造隸屬函數(shù)的方法主要有模糊統(tǒng)計(jì)方法，多相模糊統(tǒng)計(jì)方法，構(gòu)造隸屬函數(shù)的待定系數(shù)法等。文章結(jié)合所研究泥石流問(wèn)題的特點(diǎn)，采用非線性隸屬函數(shù)待定系數(shù)法來(lái)構(gòu)造隸屬函數(shù)。其原理是，先將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為正指標(biāo)和負(fù)指標(biāo)，正指標(biāo)是指隨該指標(biāo)的增大，危險(xiǎn)度增大，相反，負(fù)指標(biāo)是指隨著指標(biāo)值的增大，危險(xiǎn)度減小。例如本次評(píng)價(jià)項(xiàng)目的正指標(biāo)包括松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量，溝谷縱坡比，流域相對(duì)高差，日最大降雨量和構(gòu)造影響程度。負(fù)指標(biāo)包括流域植被覆蓋率和巖性。對(duì)于正指標(biāo)，可構(gòu)造如下隸屬函數(shù)u（u）=aeu+b（3）A式中，a,b——待定系數(shù)。設(shè)“負(fù)指標(biāo)”的隸屬函數(shù)為：u（u）=cu-1+d（4）B式中，c,d——待定系數(shù)。設(shè)指標(biāo)（包括正，負(fù)指標(biāo)）的最大值為M，最小值為m，則對(duì)于正指標(biāo)，當(dāng)u=M時(shí)，令uA（u）=1；當(dāng)u=m時(shí)，令uA（u）=0。以上公式得JaeM+b=1[aem+b=0解方程組得到最終正指標(biāo)的隸屬函數(shù)為：1e1emaeM—emeM—em(5)對(duì)于負(fù)指標(biāo)，當(dāng)u=M時(shí)，令uB（u）=0；當(dāng)u=m時(shí)，令uB（u）=1，與正指標(biāo)同理，有cM-1+d=0cm-1+d=1解上面方程，得到負(fù)指標(biāo)的隸屬函數(shù)為：u（u）=_^u-1--^（6）BM-mM-m（6）應(yīng)用實(shí)例基于上述理論，文章對(duì)西南地區(qū)某擬建水電站壩址附近三條泥石流溝（落水洞溝、四坪子溝、印把子溝）危險(xiǎn)度進(jìn)行了評(píng)判，其結(jié)果對(duì)于該水電站壩址的選擇有參考意義。3.1評(píng)判因子的選取評(píng)判因子的選取一般要依據(jù)具體研究區(qū)內(nèi)泥石流的特點(diǎn)來(lái)選取。所選取的評(píng)判因子，應(yīng)能全面反映泥石流的成災(zāi)條件。本次評(píng)價(jià)主要選擇以下作為評(píng)判因子：F1(固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量)，在所調(diào)查的三條泥石流溝內(nèi)，松散固體物質(zhì)的儲(chǔ)量都很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了《規(guī)范》中極易發(fā)情況下的松散物質(zhì)儲(chǔ)量，因此，一旦形成泥石流，如此大的物質(zhì)勢(shì)必將會(huì)對(duì)下游地區(qū)造成極其嚴(yán)重的災(zāi)難，因此必須將它作為評(píng)判因子納入評(píng)判體系；F2(溝谷縱坡比)，溝谷縱坡比對(duì)泥石流危險(xiǎn)度有顯著影響，是影響泥石流形成和運(yùn)動(dòng)的重要因素，直接影響著泥石流的流速；F3(流域相對(duì)高差)，它對(duì)泥石流危險(xiǎn)度的影響也是顯而易見(jiàn)的，也影響著泥石流的速度；F4(日最大降雨量)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)日最大降雨量對(duì)于泥石流的形成有較大影響，是泥石流形成的一個(gè)關(guān)鍵的觸發(fā)因素；F5(流域植被覆蓋率)，本地區(qū)的一個(gè)最大特點(diǎn)是植被覆蓋率很高，各溝平均植被覆蓋率都高于《規(guī)范》中規(guī)定的泥石流不易發(fā)生情況下對(duì)應(yīng)的覆蓋率，因而可以降低泥石流危險(xiǎn)性，故將它的影響考慮在內(nèi)；F6(巖性)，區(qū)內(nèi)巖性對(duì)于泥石流危險(xiǎn)性的影響在于一旦泥石流發(fā)生，如果巖性為軟弱，破碎巖石，在泥石流發(fā)生過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)將破碎巖石一起帶走，造成更大量的物質(zhì)沖擊；F7(構(gòu)造影響程度)，研究區(qū)外圍邊界斷裂有強(qiáng)烈現(xiàn)代活動(dòng)斷裂和地震分布，因而它對(duì)于泥石流形成也有一定的影響。對(duì)于上述各評(píng)判因素，其中前五項(xiàng)屬于實(shí)測(cè)值，對(duì)于巖性和構(gòu)造影響程度，為了能夠定量化，依據(jù)《規(guī)范》結(jié)合本地區(qū)特點(diǎn)，將其定量化為0.8。表1各溝的基本數(shù)據(jù)表Tab.1Basicdataofeachdebrisflowravines評(píng)價(jià)因-項(xiàng)目一落水洞溝四坪子溝印壩子溝松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量F1(104m3)4422918.3207溝谷縱坡比f(wàn)2(%。)235.50516.36227流域相對(duì)高差F3(m)200817881600日最大降雨量F4(mm)404040流域植被覆蓋率F5((%)808085巖性F60.80.80.8構(gòu)造影響程度f(wàn)70.80.80.83.2構(gòu)造隸屬函數(shù)依據(jù)《規(guī)范》，利用公式(5),(6)求得各評(píng)判因子對(duì)應(yīng)的隸屬度，其中在最大值M選取時(shí)，依據(jù)《規(guī)范》來(lái)執(zhí)行，對(duì)于實(shí)測(cè)值超過(guò)《規(guī)范》值的情況，一律對(duì)隸屬度值賦予1。最后的隸屬度結(jié)果如表2所示：表2各溝評(píng)判因子對(duì)于泥石流溝危險(xiǎn)性的隸屬度Tab.2Theattributiondegreeofhazardofeachassessmentfactorineachravine.F1F，F(xiàn)3F4F5F6F7落水洞溝1110.8410.80.8四坪子溝1110.8410.80.8印壩子溝1110.8410.80.83.3各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度模糊子集A的確定對(duì)于A,這里采用常用的層次分析法并參考《規(guī)范》構(gòu)建。文章采用多層（二層）模糊評(píng)判，因此將A依據(jù)各評(píng)價(jià)因子在泥石流危險(xiǎn)性中的貢獻(xiàn)也劃分二層次。各層次所對(duì)應(yīng)的權(quán)重見(jiàn)下表3。表3各級(jí)評(píng)判中評(píng)判因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重Tab.3Theweightofeachassessmentfactorindifferentrank項(xiàng)目溝名模糊子集A1（0.6）模糊子集上（0.2）模糊子集A3（0.2）F1F，F(xiàn)3F4F,F6F7落水洞溝0.310.510.180.50.50.40.6四坪子溝0.20.620.180.50.50.40.6印壩子溝0.340.330.330.450.550.40.63.4初級(jí)評(píng)判根據(jù)公式（1），計(jì)算得到三條溝初級(jí)評(píng)判結(jié)果（表4）：表4各溝初級(jí)評(píng)判結(jié)果Tab.4Theprimaryresultsofevaluationofeachravine.結(jié)果__B1B2B3落水洞溝0.510.530.6四坪子溝0.620.50.6印壩子溝0.340.550.63.5二級(jí)評(píng)判根據(jù)初級(jí)評(píng)判結(jié)果，利用公式（2）,最終得到三條泥石流溝的最后的綜合評(píng)判結(jié)果，見(jiàn)表5。表5各溝二級(jí)綜合評(píng)判結(jié)果Tab.5Thelastresultofevaluationofeachravine.溝名落水洞溝四坪子溝印把子溝綜合結(jié)果0.510.60.34結(jié)論根據(jù)《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，若綜合評(píng)判結(jié)果等于0.5，則屬于中度易發(fā)，若綜合評(píng)判結(jié)果小于0.5大于0.25則屬于輕微易發(fā)，因此，從評(píng)判結(jié)果知落水洞溝，四坪子溝屬于中度易發(fā)，而印壩子溝則屬于輕度易發(fā)，這與實(shí)際調(diào)查后結(jié)論一致。從以上分析不難看出，利用多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法來(lái)評(píng)價(jià)泥石流的危險(xiǎn)性是可取的，可以用來(lái)評(píng)判泥石流的危險(xiǎn)度。雖然利用多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法來(lái)評(píng)價(jià)泥石流危險(xiǎn)性是可行的，但仍有很多工作要做，例如，在隸屬函數(shù)的構(gòu)造上，現(xiàn)行的各種方法都不能真實(shí)的刻劃泥石流這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的各影響因素與危險(xiǎn)度的關(guān)系，這就需要在以地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)和前提的條件霞引入新的方法來(lái)研究。在評(píng)價(jià)因素的選取上，不能程序化、模式化，而必須通過(guò)實(shí)地的調(diào)查分析，選取對(duì)本地區(qū)泥石流危險(xiǎn)度起影響作用的因素作為評(píng)判因子。參考文獻(xiàn)：張躍等，模