泥石流沟危险度的模糊评判

王 昕

(重庆师范学院地理系,重庆400047)

摘 要:文章是在已有的研究成果基础上,结合泥石流的活动特征、泥石流危害对象特征,提出了六大评价指标;同时考虑到模糊数学在实际应用中的优点,运用层次分析法确定危险度的评价指标权重,建立了泥石流的危险度模糊评价模型,最后用成功的泥石流研究实例对模型进行了运算验证。结果表明,运用模糊评价方法对泥石流沟的危险度进行评价的方法是科学可行的,它对实际泥石流的灾害特征认识、灾害防治具有一定的指导意义。

关键词:泥石流;危险度;模糊评判

中图分类号:642.23;4     文献标识码:A          文章编号:1001 8905(2002)01 0022 04

AFuzzyAppraisaloftheRiskDegreeofDebrisFlowsWANGXin(Dept.ofGeography,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China)Abstract:Basedontheexistingachievementsofthestudiesofdebrisflows,theirfeaturesofactivitiesandtheirvictims,thepaperputsforwardsixappraisingnorms.Takingintoaccounttheadvantagesoffuzzymathematicsinthepracticalapplicationandusingagradationanalysistodeterminetheappraisingnormsofriskdegrees,itsetsupamodeloffuzzyappraisalofdebrisflowsandfinallyexaminesitwithasuccessfulexampleofitsapplication.Theresultshowsthatthiskindofappraisalisfeasibleandsignificantfortheunderstandingofthefeaturesofdebrisflowsandtheirprevention.Keywords:debrisflow;riskdegree;fuzzyappraisal

泥石流是我国山区常见的自然灾害之一,它是地质、地貌、水文、气候、植被等自然因素和人文因素综合作用的结果。泥石流灾害主要分布在我国的西部地区,西部大开发的任务之一就是建造良好的西部生态环境。因此,加强对泥石流进行科学的评价、建立合理的评判模型的基础工作,可以为泥石流预防提供依据,也有一定的学术意义和实用价值。

本文从泥石流评价指标选择和评价方法角度研究,用研究较成熟的典型泥石流沟为例证,说明该评价方法模式的合理性、该方法具有相当的先进性,丰富了泥石流基础研究。

1 基本概念理解

(1)危险度。危险(risk)是指灾害发生并使对象有遭到损害的风险可能,危险度(riskdegree)即危险程度,是指灾害发生并使危害对象有遭到损害的可能性大小,泥石流的危险度(Debrisflowriskdegree)是指泥石流发生并使损害对象遭到泥石流损害的可能性大小,它包括泥石流发生的可能性和损害对象的环境与社会、经济价值大小。

(2)模糊评判。关于泥石流危险度评价有很多种,刘希林利用灰色权重对阿坝州泥石流进行了评价,钟敦伦对岫山地区泥石流进行了定性的评价,崔鹏运用专家系统和灰色数学进行过泥石流评价,李泳[1]从泥石流的存在环境、活动性和破坏能力三个层次进行评价,其中以李泳方法考虑最全面,评价过程也相对复杂。以上各种方法在进行泥石流危险评价时,指标选取各有侧重、注重泥石流的发生原理和特征,大多不考虑损害性大小。本文认为:①影响泥石流发生的要素尽管很多,但具有主导性,部分发生要素具有关联性和互动性,评价时只需选择其中主要指标;②泥石流发生要素对泥石流发生的影响作用较模糊;③所谓泥石流危险性,应该有危害对象、造成一定的经济损失或环境损害,目前研究泥石流的危险性主要是针对它发生性,忽略或轻视经济损失性,泥石流危险性评价应该超越学科研究,为社会经济服务;④现有的危险度评价方法中,在进行指标量值计算分级时,提前引入评价者的主观经验、进行指标分级。本文运用模糊数学评判方法则在一定程度上避免以上问题,选择指标时注重泥石流发生性、主导性和对危害的损害性;评价指标不必人为分级,只需绝对量值,避免了过多的主观影响。

2 泥石流危险度评判的指标选择[2]

在进行该方法的指标选择时,主要遵循泥石流的发生学原则,指标综合性原则和主导性原则,强调评价方法的可操作性。

(1)泥石流沟固体物质储量(1)。泥石流沟固体物质储量是泥石流潜在规模的反映,是泥石流发生的三大要素之一。其他条件相同的条件下,泥石流沟固体物质储量越大,暴发泥石流的可能性越大、危害性也越大;当沟内固体物质储量大于200万m3以上,则认为极其危险。具体情况要视其它因素而定。

(2)泥石流沟河床纵比降(2)。泥石流沟河床纵比降是泥石流暴发的三大要素之二,决定泥石流形成和发生过程的快慢,沟床纵比降越大,越有利于泥石流的形成,泥石流形成后越不易消亡。泥石流功能越大,其破坏性也越大。一般认为,沟床纵比降达500‰为极其危险,当沟床纵比降太大,将转化为滑坡等灾害。

(3)24h的最大降雨量(3)。泥石流是固、液两相流体,液体物质(雨水)不仅是泥石流的组成部分,也是泥石流的激发条件,雨量越大,泥石流暴发的可能性越大,规模越大,势力越强。衡量雨量有多种方法,但引起泥石流发生的降雨一般不超过24,一个小时的暴雨即可激发形成泥石流,为了获取资料方便,选用24h最大降雨量较适合。

(4)流域相对高差(4)。流域的相对高差代表泥石流的潜在势能,也反映了泥石流的切割程度和速度,相对高差越大,沟道可获得的固体物质补充越多,也反映了泥石流活动的危险性。

(5)泥石流的暴发频率(5)。暴发频率反映了泥石流的活跃程度,暴发频率越高,泥石流的危险性越大。前苏联认为23年暴发一次的泥石流沟为活跃性很强;我国因地区差异标准不一,西南地区是泥石流的多发区,云南蒋家沟几乎每年都要暴发,1968年暴发次数高达28,而岷江上游地区1/年为高频率者。频率高低应该视地区来确定,模糊评价不特别强调频率的等级。

(6)泥石流威胁人类活动的程度(6)。泥石流损害主要是针对社会、环境而言,以可能造成的人员和经济(环境经济)损失计算,以“1”为最大值,0”为最小值。泥石流威胁对象分为人类生命安全、社会固定资产、农田损失、交通线路破坏损失、环境破坏等。

3 模糊评价模型的建立

3.1 确定评价指标的权重采用层次分析法确定指标的危险性权重,它使复杂问题简单化、层次化,把数据、专家意见和分析者的主观意见直接有效结合在一起。

(1)根据评价目标和评价指标,构建判断矩阵。针对评价目标,fi表示第i个评价指标(其中i=1,2,3,,);fnm(,=)表示fn对fm的相对重要性值,fnm取值见表1

运用专家意见方法可以建立指标的判断矩阵P,即A U矩阵:

  (2)计算指标的权重。

根据A U矩阵专家调查的统计值,求出最大特征根对应的特征向量,所求得的特征向量即为评价指标的重要性量值,也就是权数分配。A U矩阵特征向量求法为(方根法):

.计算A U矩阵每行元素的乘积Ai:

Ai=∏fnm(,=1,2,,),  wi=∏i=1nfnm(,=1,2,,)(2)  

.计算Ai的n次方根Ai=nAi,对向量A=[1,2,3,,An]作唯一化或正规化处理,

Ai= Ai/( =1 Wi)(3)

所得的特征向量即为指标的权重:  A=(1,2,,An)

3.2 泥石流的危险度模糊评价[3]

设评价域U为参评泥石流沟的集合U={泥石流1,泥石流2,,泥石流m}={1,2,,um};参加泥石流危险度模糊评价指标集合为V={1,2,…fn},于是得指标向量:

={1,2,,fnj},其中,=1,2,…m;(4)

如果将第j条泥石流沟的第i个指标记为gij,则可得m条泥石流沟的n个指标值矩阵:

  为了获得评价指标的模糊矩阵,可利用泥石流评价指标的量化值,用相对偏差计算法进行模糊隶属度计算:

δij=|g0-gij|gimax-gimin  i=1,2,,;=1,2,,(6)

其中,gimax为各泥石流指标值中的最大值,gimin为各泥石流指标值中的最小值:gmax=max(gi1,gi2,gim)  gmin=min(gi1,gi2,gim)  

如果指标值是正值,指标值越大,泥石流危险性越大;如果指标值为负则值越小,泥石流危险性越大。据(5)式和(6)式得模糊矩阵:

  根据指标选择的实际情况,将权重A与模糊矩阵相乘,采取多层次综合评判二级模型、选取加权平均模型M(·,+)进行综合评判:

第一级评判计算式为:(1)=()·R(1)(8)

第n级模糊评判计算式为:()=()·R()  (=1,2,,)(9)

最后得B=(1·b2,…bm)(10)

根据泥石流在我国的发生情况(具体可因地区而异),泥石流危险性采取四值五级逻辑判定,将计算结果进行截取,得到泥石流模糊危险度的查算表(如表2),即为结果。

4         评价模型的实例验证

文章以岷江上游地区的几条研究成熟的典型泥石流沟为例,对模型进行验证。U={1,2,3,4}={黑水县芦花沟,金川八步里沟,理县日底寨沟,南坪关庙沟}关于四条沟的相关指标的原始数据如表3[4](表内数据意义见文章前)

(6)式和(8)(9)式得:

将计算结果B查表2,得表4:

  以上评价结果与现实情况的拟合度达85%。其中的理县日底寨沟泥石流危险度偏低,事实上,日底寨沟是一条危险性大的粘性泥石流沟,20世纪80年代以来,泥石流经常阻塞杂谷脑河,冲毁公路和下游一系列基础设施,是一条正处于发展阶段的年青泥石流沟,危险度应该较大。

由此可以看出,运用模糊数学对泥石流沟危险度进行评价是科学可行的,选取上述指标也是合理的。

 

 

参考文献:

[1]李泳.泥石流危险性评价的问题[].山地学报,1999,17(4):305 311.

[2]谭万沛.暴雨泥石流滑坡的区域预测与预报———以攀西地区为例[].成都:四川科技出版社,1994.

[3]冯益德.模糊数学方法与运用[].北京:地震出版社,1983.

[4]唐邦兴,柳素清.四川阿坝藏族羌族自治州泥石流及防治研究[].成都:成都科技大学出版社,1994.

 

(来源:第19卷第1期重庆师范学院学报(自然科学版)     20023月)