某水库库岸稳定性的模糊综合评判

罗 轶，任光明，王志红，宋 杨

某水库库岸稳定性的模糊综合评判

罗 轶，任光明，王志红，宋 杨

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

库岸稳定性量化评价是一项复杂的系统工程，评价指标的选取与评价体系的建立基于定性认识，而评价因子基于库岸的关联性与独立性依托数学指标——权重和隶属度来体现。采用模糊综合评判对某水电站库岸段72.4 km进行评价，评价成果与现场勘查与遥感解译结果较为一致，具有较高的参考价值。

库岸稳定；模糊综合评判；权重；隶属度

1 概 述

库坝区岸坡稳定性评价主要以现场统计调查、经验判断为基础，用单独或综合运用定性的描述、分析或工程类比等方法来进行研究［1］。但受人为因素的影响，分析多具有不确定性和随意性。

库岸稳定性综合评判是一项较为复杂的系统工程。影响库岸稳定性的因素多而复杂，且各因素的影响程度也不相同，其相互间又存在着一定的牵连，而作为划分库岸稳定级别的各因素标志及界线又是相当模糊的，各种因素的影响很难做出经典数学模型加以统一量度［2］。

模糊数学方法能对大量的资料进行判断识别，从中提取对岸坡稳定性贡献最大的影响因素，进行模糊综合评判，从而很好地解决岸边坡稳定性分析这一模糊概念［3］。

近年来，许多学者将模糊数学运用在库岸稳定性评价上。张骏采用两级模糊综合评判，首次尝试性地对刘家峡水库库岸稳定性进行了综合评价，取得了较好的效果［2］；赵晓对岸坡稳定性量化评价指标体系进行了研究，认为岸坡结构类型和岩性对库岸稳定性影响最为显著［4］；此外，邓荣贵［5］、冯长安［6］等将该方法运用于工程实际，进一步验证了该理论在库岸稳定分析上的可靠性。

2 模糊综合评判原理及分析步骤

模糊综合评判就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则及考虑与评价事物相关因素的综合评价。岸坡稳定性模糊综合评判模型建立过程如下［4，5］：

（1）首先确定因素集U和评价集V。

（2）确定因素集U中各因素对评价集V的隶属度。

（3）确定各评价指标的权重。不同因素在岸坡稳定性评价中所起的作用有大小之分，根据因素集U中各因素针对某一实际问题的重要程度，进行“权”的分配，记作 A＝（a1，a2，…，an），且 a1＋a2＋…＋ai＋…＋an＝1，其中ai为第i个因素所对应的权重值。A为反映因素权重的模糊集，即权向量。

（5）根据综合评判结果B进行综合评价。由最大隶属度原则，得出即为所对应的分级岸坡稳定性等级。

3 工程简介

某水电站正常蓄水位3 270 m，库容12.6亿m3，利用落差183.6 m，总装机136 MW，多年平均发电量59.5亿 kw·h，年利用小时4 375 h，是以发电为主的大型水电枢纽工程。

库坝区为深切峡谷地貌，上缓下陡，近库岸坡度45°～70°两岸为山地、冲沟支流或平台。库岸评价上下游河段长72.4 km，其中下坝址以上库岸长70.6 km，河水面宽一般为50～100 m，水深一般为10～15 m。

库坝区主要为岩质岸坡，岩性主要为三叠系中统T2

a区域变质砂岩（轻度）夹砂质板岩，仅在坝址区分布少量第三系Ra砾岩、角砾岩、Rb粉砾岩、砂岩夹泥岩，以及斑状二长岩πγ5，岩层整体走向近E～W，库区主要褶皱为多尔根近E～W向背斜，其北翼岩层倾向 N，倾角45°～60°；南翼岩层倾向 S，倾角50°～70°；土质库岸仅沿河岸少量分布，主要为滑坡堆积物、崩塌堆积物、冲积物、洪积物等。

在区域地质构造背景上，位于西倾山中间地块西部边缘，总体上褶皱、断裂等地质构造不发育，区地震基本烈度为Ⅶ度。

库坝区不良地质现象较发育且相对集中，以中小型为主，主河道不良地质现象多于支流，右岸较左岸发育。库区岸坡大致可分为3段：①坝前及近坝库区：顺河长22.4 km，岸坡为纵向～斜向谷；②库区中段：长23.6 km，岸坡以横向谷为主；③库尾段：长26.4 km，纵向谷为主，少量斜向谷。

4 模糊综合评判分析

4.1 评估指标体系

在评估区调查研究的基础上，参照相关规范和其他工程经验，选取对岸坡稳定性起控制性的6个定性指标，3个定量指标建立评价因素集U，并确定综合评判集V。建立评价体系如表1。

表1 库坝区岸坡稳定性评估分类标准Table 1 The classification standards of reservoir bank stability evaluation

U＝｛地层岩性，坡度，岸坡结构类型，构造影响程度，河流地质作用，已有地质灾害，降雨影响程度，地震影响程度，人类工程活动｝，

V＝｛稳定性高，稳定性较高，稳定性较低，稳定性低｝。

4.2 隶属度的确定

隶属度的确定实际上是单因素评判问题，评价指标根据它的数据特征可分为定性因素和定量因素。

4.2.1 定性因素的隶属度

在实际应用中，对于特征状态型的定性因素，采用专家经验法确定评价因素对岸坡稳定性等级的隶属度，定性指标隶属度取值参考表2。

表2 定性指标隶属度取值表Table 2 Membership values of the qualitative indicators

4.2.2 定量因素的隶属度

对于实数型定量因素，采用梯形型、直线型隶属函数来确定评价因素对岸坡稳定性等级的隶属度。本文根据各因子数据的分布特征，按“降半梯形”分布的线性函数取值，表达式如下：

式中：S1，S2，S3，S4为评价指标对应岸坡稳定性等级（从高到低）的分级阈值；x为实测值。以定量指标年均降雨量为例，区域年均降雨量为390.9 mm，分级阈值取区间平均值（表1），分别为200，300，500，600，参照上述公式计算得该指标的单因素评判：

4.3 权重的确定

多指标综合评价涉及到一个非常困难的问题——因素间权重的确定。本文基于向家坝、溪洛渡水电站的专家打分研究成果构造判断矩阵，采用定性与定量相结合的综合分析法确定各指标的权重，各评价指标相应权重列矩阵如下［3，5］：

4.4 模糊综合评判结果

库岸影响作用范围在河岸两侧300～500 m范围内，以此为依据拟定将库岸段从下游至上游划分为70个地质单元。根据前述原理步骤，现取分区23加以分析说明：

分区23岩性为变质砂岩T2a，平均坡度 42°，斜向直线岸坡，断裂构造不太发育，影响程度弱，岸坡变形破坏分布密度较大，区域年均降雨量390.9 mm，地震烈度7度，人类活动对其无影响。采用前述原理步骤，将建立的单因素矩阵R23与因素权重矩阵A复合运算得到综合评判矩阵B23，再根据最大隶属度原则评价单元分区23为稳定性较差的岸坡段。

采用9个指标对库坝区岸坡进行稳定性评价，其中稳定性好（Ⅰ）区域占总区域的62.9%，稳定性较好（Ⅱ）区域占总区域的25.7%，稳定性较差（Ⅲ）区域占总区域的11.4%。所以，总体来说，库坝区岸坡稳定性较好，仅存在局部地区稳定性较差，不良地质现象发育，主要分布3块：①曲布藏～阿什旦河口一线；②果什布沟附近；③塔玛河口附近，库岸稳定性评价成果如图1。

图1 库岸稳定性模糊综合评判成果图Fig.1 Result of fuzzy synthetic judgment of reservoir bank stability

5 结 论

（1）模糊综合评判是较为成熟的库岸评价方法，相对于其他方法，更易理解与操作，定性定量分析结合得更加紧密，结果更客观、更合理。

（2）模糊综合评判分析中权重与隶属度的取值尤为重要，目前没有相关统一的规范，只能结合工程实际，并运用经验类比法，恰当取值。

（3）该水库库坝区稳定性较好，没有稳定性差的岸坡段，稳定性较差的岸坡段也集中在不良地质现象、断裂构造发育的区域，评价结果与定性分析成果较为一致，具有较高的参考价值。

［1］ 熊靖辉，任光明，李 林.基于模糊数学综合评判的库岸稳定性分段—以新疆某水电站近坝库岸为例［J］.中国煤炭地质，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］ 张 俊.刘家峡水库库岸稳定性两级模糊综合评判［J］.岩土工程学报，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））

［3］ 赵建军.金沙江下游（向家坝—溪洛渡段）河段岸坡稳定性量化评价［D］.成都：成都理工大学，2004.（ZHAO Jian-jun.Quantitative Evaluation of Bank Slope Stability Along Lower Jinsha River from Xiangjiaba to Xiluodu［D］.Chengdu：Chengdu University of Technology，2004.（in Chinese））

［4］ 赵 晓，袁立东.岸坡稳定性量化评价指标体系研究［J］.西部探矿工程，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））

［5］ 邓荣贵，付小敏.四川省白龙江宝珠寺水库滑坡分布特征及库岸稳定程度模糊聚类分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2005，16（4）：24－25.（DENG Ronggui，FU Xiao-min.Fuzzy Clustering Analysis and Stable Degree of Landslides and Landslide Distribution Feature Along the Bank of Baozhusi Reservoir on Bailongjiang River in Sichuan Province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2005，16（4）：24－25.（in Chinese））

［6］ 冯长安，张建斌，杨五喜.模糊评判在库岸边坡稳定性分析中的应用［J］.西北水电，2007，3：14－17.（FENGChang-an，ZHANGJian-bin，YANGWu-xi.Application of Fuzzy Evaluation in the Analysis of Reservoir Slope Stability［J］.Northwest Hydroelectric，2007，3：14－17.（in Chinese））

［7］ 张悼元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.北京：地质出版社，1994.（ZHANG Zhuo-yuan，WANG Shi-tian，WANG Lan-sheng.Engineering Geology Theory Analysis［M］.Beijing：Geology Press，1994.（in Chinese））

［8］ 许 强，黄润秋.非线性科学理论在地质灾害评价预测中的应用［J］.山地学报，2000，18（3）：272－277.（XU Qiang，HUANGRun-qiu.Systematic Analysis Principles of Geological Hazards［J］.Mountain Journal，2000，18（3）：272－277.（in Chinese））

［9］ 楼世博，孙 章，陈化成.模糊数学［M］.北京：科学出版社，1983.（LOU Shi-bo，SUN Zhang，CHEN Huacheng.Fuzzy Mathematics［M］.Beijing：Science Press，1983.（in Chinese） ）

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

罗 轶（1987－），男，四川绵阳人，硕士研究生，主要从事岩土体稳定性及地质灾害研究，（电话）13550324569（电子信箱）50019779＠qq.com。

（编辑：王 慰）