某水庫庫岸穩(wěn)定性的模糊綜合評(píng)判

羅 軼，任光明，王志紅，宋 楊

某水庫庫岸穩(wěn)定性的模糊綜合評(píng)判

羅 軼，任光明，王志紅，宋 楊

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

庫岸穩(wěn)定性量化評(píng)價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與評(píng)價(jià)體系的建立基于定性認(rèn)識(shí)，而評(píng)價(jià)因子基于庫岸的關(guān)聯(lián)性與獨(dú)立性依托數(shù)學(xué)指標(biāo)——權(quán)重和隸屬度來體現(xiàn)。采用模糊綜合評(píng)判對(duì)某水電站庫岸段72.4 km進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)成果與現(xiàn)場(chǎng)勘查與遙感解譯結(jié)果較為一致，具有較高的參考價(jià)值。

庫岸穩(wěn)定；模糊綜合評(píng)判；權(quán)重；隸屬度

1 概 述

庫壩區(qū)岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要以現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)調(diào)查、經(jīng)驗(yàn)判斷為基礎(chǔ)，用單獨(dú)或綜合運(yùn)用定性的描述、分析或工程類比等方法來進(jìn)行研究［1］。但受人為因素的影響，分析多具有不確定性和隨意性。

庫岸穩(wěn)定性綜合評(píng)判是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。影響庫岸穩(wěn)定性的因素多而復(fù)雜，且各因素的影響程度也不相同，其相互間又存在著一定的牽連，而作為劃分庫岸穩(wěn)定級(jí)別的各因素標(biāo)志及界線又是相當(dāng)模糊的，各種因素的影響很難做出經(jīng)典數(shù)學(xué)模型加以統(tǒng)一量度［2］。

模糊數(shù)學(xué)方法能對(duì)大量的資料進(jìn)行判斷識(shí)別，從中提取對(duì)岸坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)最大的影響因素，進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，從而很好地解決岸邊坡穩(wěn)定性分析這一模糊概念［3］。

近年來，許多學(xué)者將模糊數(shù)學(xué)運(yùn)用在庫岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià)上。張駿采用兩級(jí)模糊綜合評(píng)判，首次嘗試性地對(duì)劉家峽水庫庫岸穩(wěn)定性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，取得了較好的效果［2］；趙曉對(duì)岸坡穩(wěn)定性量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了研究，認(rèn)為岸坡結(jié)構(gòu)類型和巖性對(duì)庫岸穩(wěn)定性影響最為顯著［4］；此外，鄧榮貴［5］、馮長(zhǎng)安［6］等將該方法運(yùn)用于工程實(shí)際，進(jìn)一步驗(yàn)證了該理論在庫岸穩(wěn)定分析上的可靠性。

2 模糊綜合評(píng)判原理及分析步驟

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及考慮與評(píng)價(jià)事物相關(guān)因素的綜合評(píng)價(jià)。岸坡穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)判模型建立過程如下［4，5］：

（1）首先確定因素集U和評(píng)價(jià)集V。

（2）確定因素集U中各因素對(duì)評(píng)價(jià)集V的隸屬度。

（3）確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。不同因素在岸坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中所起的作用有大小之分，根據(jù)因素集U中各因素針對(duì)某一實(shí)際問題的重要程度，進(jìn)行“權(quán)”的分配，記作 A＝（a1，a2，…，an），且 a1＋a2＋…＋ai＋…＋an＝1，其中ai為第i個(gè)因素所對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。A為反映因素權(quán)重的模糊集，即權(quán)向量。

（5）根據(jù)綜合評(píng)判結(jié)果B進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由最大隸屬度原則，得出即為所對(duì)應(yīng)的分級(jí)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)。

3 工程簡(jiǎn)介

某水電站正常蓄水位3 270 m，庫容12.6億m3，利用落差183.6 m，總裝機(jī)136 MW，多年平均發(fā)電量59.5億 kw·h，年利用小時(shí)4 375 h，是以發(fā)電為主的大型水電樞紐工程。

庫壩區(qū)為深切峽谷地貌，上緩下陡，近庫岸坡度45°～70°兩岸為山地、沖溝支流或平臺(tái)。庫岸評(píng)價(jià)上下游河段長(zhǎng)72.4 km，其中下壩址以上庫岸長(zhǎng)70.6 km，河水面寬一般為50～100 m，水深一般為10～15 m。

庫壩區(qū)主要為巖質(zhì)岸坡，巖性主要為三疊系中統(tǒng)T2

a區(qū)域變質(zhì)砂巖（輕度）夾砂質(zhì)板巖，僅在壩址區(qū)分布少量第三系Ra礫巖、角礫巖、Rb粉礫巖、砂巖夾泥巖，以及斑狀二長(zhǎng)巖πγ5，巖層整體走向近E～W，庫區(qū)主要褶皺為多爾根近E～W向背斜，其北翼巖層傾向 N，傾角45°～60°；南翼巖層傾向 S，傾角50°～70°；土質(zhì)庫岸僅沿河岸少量分布，主要為滑坡堆積物、崩塌堆積物、沖積物、洪積物等。

在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景上，位于西傾山中間地塊西部邊緣，總體上褶皺、斷裂等地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

庫壩區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象較發(fā)育且相對(duì)集中，以中小型為主，主河道不良地質(zhì)現(xiàn)象多于支流，右岸較左岸發(fā)育。庫區(qū)岸坡大致可分為3段：①壩前及近壩庫區(qū)：順河長(zhǎng)22.4 km，岸坡為縱向～斜向谷；②庫區(qū)中段：長(zhǎng)23.6 km，岸坡以橫向谷為主；③庫尾段：長(zhǎng)26.4 km，縱向谷為主，少量斜向谷。

4 模糊綜合評(píng)判分析

4.1 評(píng)估指標(biāo)體系

在評(píng)估區(qū)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，參照相關(guān)規(guī)范和其他工程經(jīng)驗(yàn)，選取對(duì)岸坡穩(wěn)定性起控制性的6個(gè)定性指標(biāo)，3個(gè)定量指標(biāo)建立評(píng)價(jià)因素集U，并確定綜合評(píng)判集V。建立評(píng)價(jià)體系如表1。

表1 庫壩區(qū)岸坡穩(wěn)定性評(píng)估分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The classification standards of reservoir bank stability evaluation

U＝｛地層巖性，坡度，岸坡結(jié)構(gòu)類型，構(gòu)造影響程度，河流地質(zhì)作用，已有地質(zhì)災(zāi)害，降雨影響程度，地震影響程度，人類工程活動(dòng)｝，

V＝｛穩(wěn)定性高，穩(wěn)定性較高，穩(wěn)定性較低，穩(wěn)定性低｝。

4.2 隸屬度的確定

隸屬度的確定實(shí)際上是單因素評(píng)判問題，評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)它的數(shù)據(jù)特征可分為定性因素和定量因素。

4.2.1 定性因素的隸屬度

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于特征狀態(tài)型的定性因素，采用專家經(jīng)驗(yàn)法確定評(píng)價(jià)因素對(duì)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)的隸屬度，定性指標(biāo)隸屬度取值參考表2。

表2 定性指標(biāo)隸屬度取值表Table 2 Membership values of the qualitative indicators

4.2.2 定量因素的隸屬度

對(duì)于實(shí)數(shù)型定量因素，采用梯形型、直線型隸屬函數(shù)來確定評(píng)價(jià)因素對(duì)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)的隸屬度。本文根據(jù)各因子數(shù)據(jù)的分布特征，按“降半梯形”分布的線性函數(shù)取值，表達(dá)式如下：

式中：S1，S2，S3，S4為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)岸坡穩(wěn)定性等級(jí)（從高到低）的分級(jí)閾值；x為實(shí)測(cè)值。以定量指標(biāo)年均降雨量為例，區(qū)域年均降雨量為390.9 mm，分級(jí)閾值取區(qū)間平均值（表1），分別為200，300，500，600，參照上述公式計(jì)算得該指標(biāo)的單因素評(píng)判：

4.3 權(quán)重的確定

多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)涉及到一個(gè)非常困難的問題——因素間權(quán)重的確定。本文基于向家壩、溪洛渡水電站的專家打分研究成果構(gòu)造判斷矩陣，采用定性與定量相結(jié)合的綜合分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，各評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)權(quán)重列矩陣如下［3，5］：

4.4 模糊綜合評(píng)判結(jié)果

庫岸影響作用范圍在河岸兩側(cè)300～500 m范圍內(nèi)，以此為依據(jù)擬定將庫岸段從下游至上游劃分為70個(gè)地質(zhì)單元。根據(jù)前述原理步驟，現(xiàn)取分區(qū)23加以分析說明：

分區(qū)23巖性為變質(zhì)砂巖T2a，平均坡度 42°，斜向直線岸坡，斷裂構(gòu)造不太發(fā)育，影響程度弱，岸坡變形破壞分布密度較大，區(qū)域年均降雨量390.9 mm，地震烈度7度，人類活動(dòng)對(duì)其無影響。采用前述原理步驟，將建立的單因素矩陣R23與因素權(quán)重矩陣A復(fù)合運(yùn)算得到綜合評(píng)判矩陣B23，再根據(jù)最大隸屬度原則評(píng)價(jià)單元分區(qū)23為穩(wěn)定性較差的岸坡段。

采用9個(gè)指標(biāo)對(duì)庫壩區(qū)岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，其中穩(wěn)定性好（Ⅰ）區(qū)域占總區(qū)域的62.9%，穩(wěn)定性較好（Ⅱ）區(qū)域占總區(qū)域的25.7%，穩(wěn)定性較差（Ⅲ）區(qū)域占總區(qū)域的11.4%。所以，總體來說，庫壩區(qū)岸坡穩(wěn)定性較好，僅存在局部地區(qū)穩(wěn)定性較差，不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，主要分布3塊：①曲布藏～阿什旦河口一線；②果什布溝附近；③塔瑪河口附近，庫岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià)成果如圖1。

圖1 庫岸穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)判成果圖Fig.1 Result of fuzzy synthetic judgment of reservoir bank stability

5 結(jié) 論

（1）模糊綜合評(píng)判是較為成熟的庫岸評(píng)價(jià)方法，相對(duì)于其他方法，更易理解與操作，定性定量分析結(jié)合得更加緊密，結(jié)果更客觀、更合理。

（2）模糊綜合評(píng)判分析中權(quán)重與隸屬度的取值尤為重要，目前沒有相關(guān)統(tǒng)一的規(guī)范，只能結(jié)合工程實(shí)際，并運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)類比法，恰當(dāng)取值。

（3）該水庫庫壩區(qū)穩(wěn)定性較好，沒有穩(wěn)定性差的岸坡段，穩(wěn)定性較差的岸坡段也集中在不良地質(zhì)現(xiàn)象、斷裂構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域，評(píng)價(jià)結(jié)果與定性分析成果較為一致，具有較高的參考價(jià)值。

［1］ 熊靖輝，任光明，李 林.基于模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判的庫岸穩(wěn)定性分段—以新疆某水電站近壩庫岸為例［J］.中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，21（4）：52－54.（XIONG Jinghui，REN Guang-ming，LI Lin.Stability of Reservoir Bank Segmentation Based on Fuzzy Mathematics Synthetic Judgment［J］.Chinese Coal Geology，2009，21（4）：52－54.（in Chinese））

［2］ 張 俊.劉家峽水庫庫岸穩(wěn)定性兩級(jí)模糊綜合評(píng)判［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1992，14（1）：67－73.（ZHANG Jun.Two-level Fuzzy Comprehensive Evaluation of Liujiaxia Reservoir Bank Stability［J］.Journal of Geotechnical Engineering，1992，14（1）：67－73.（in Chinese））

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［4］ 趙 曉，袁立東.岸坡穩(wěn)定性量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］.西部探礦工程，2006，（增刊）：518－520.（ZHAO Xiao，YUAN Li-dong.Research on Quantitative Evaluation Index System of Bank-Slope Stability［J］.Western Exploration Engineering，2006，（Sup.）：518－520.（in Chinese））

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Fuzzy Comprehensive Evaluation on the Stability of Reservoir Bank

LUO Yi，REN Guang-ming，WANG Zhi-hong，SONG Yang
（National Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geo-environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Quantitative assessment of the stability of reservoir bank is a complicated systematic engineering as the selection of evaluation index and the establishment of evaluation system are based on qualitative cognition；while the relevance and independence between evaluation factors and reservoir bank are reflected by mathematical indicators including weights and the degree of membership.In this paper，fuzzy comprehensive evaluation is used to evaluate a 72.4 km long reservoir bank of a hydropower station.Being consistent with the results of site survey and remote sensing，the evaluation results are highly valuable.

stability of reservoir bank；fuzzy comprehensive evaluation；weight；degree of membership

TV861

A

1001－5485（2011）06－0067－04

2010-08-03；

2011-04-07

羅 軼（1987－），男，四川綿陽人，碩士研究生，主要從事巖土體穩(wěn)定性及地質(zhì)災(zāi)害研究，（電話）13550324569（電子信箱）50019779＠qq.com。

（編輯：王 慰）