CN106529178B - 一种滑坡灾害风险评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种滑坡灾害风险评价方法，其特点是，通过分析滑坡灾害危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容的反馈作用，基于网络分析法(Analytic Network Process，ANP)构建了滑坡灾害风险评价的数学模型，相对于已有方法，该评价方法以绝对权重为指标，能够同步实现危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，并能够综合考虑危险性评价因子和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响，对滑坡灾害防灾减灾体系的构成以及防治方案优化决策提供科学的依据，具有适用性强，工程应用价值高，效果佳等优点。

Description

一种滑坡灾害风险评价方法

技术领域

本发明属于地质灾害风险评价领域，是一种滑坡灾害风险评价方法。

背景技术

我国地质条件复杂，构造活动强烈，因70％地域为山区，故滑坡发生密度大，频率高，造成严重的危害。近年来随着我国经济的迅速发展以及城市化进程的大力推进，必然会更大范围的开发利用土地，但由于一些不合理的开发利用方式，导致了危及人类安全的地质灾害问题，比如滑坡灾害给我国一些山地城市的建设造成了严重威胁，有的城市甚至被迫搬迁。

由此可见，滑坡灾害的多发性与严重性是由其特有的自然地理环境决定的，并与社会经济发展息息相关，直接影响到国家经济、社会可持续发展和人们生活的各个方面。

滑坡灾害给世界各国造成的经济损失估计每年可达数十亿美元，防灾减灾费用十分惊人。

人类与滑坡灾害的斗争始终没有停止过，主要体现在认识滑坡机理、完善边坡稳定性分析理论和方法、开发滑坡预报和防治技术等方面。

通过开展滑坡灾害风险评价理论的研究，合理判断边坡稳定性并对防治方案进行优化决策，采取经济可靠的防治措施，减少滑坡灾害造成的生命财产损失，节约防灾减灾工程费用，这是一项极具理论价值和重要实践意义的研究课题。

通过国内外研究现状可知，滑坡灾害风险评价主要有危险性评价、易损性评价、破坏损失评价、防治工程评价等内容，还存在许多需要解决的问题，如现有的滑坡灾害风险评价方法有多种，评价体系构成不够完整，目标划分不够明确、各指标重要程度未加区别等不足。

在滑坡灾害实践工程中，需要同时考虑几个防治方案供选择，目前的方法主要是层次分析法(Analytic Hierarchy Process)，其英文缩写AHP，层次分析法(AHP)不能够体现滑坡灾害风险评价内容之间的反馈作用，不能够同时考虑危险性评价因子和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响。

网络分析法(Analytic Network Process)，其英文缩写ANP，网络分析法(ANP)是层次分析法(AHP)的理论延续，由层次分析法(AHP)计算的只是相对权重，而网络分析法(ANP)计算的是绝对权重，网络分析法(ANP)更能够准确的描述客观事物之间的联系，更适应于复杂系统的决策过程，该方法目前主要应用于滑坡灾害危险区域的划分，而在防治方案优化决策中，尚未见本发明的滑坡灾害风险评价方法的文献报道和实际应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种科学合理，适用性强，工程应用价值高，效果佳的滑坡灾害风险评价方法，该评价方法通过分析滑坡灾害危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容的反馈作用，基于网络分析法(ANP)构建了滑坡灾害风险评价的数学模型，同步实现危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，可以综合考虑危险性评价因子和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种滑坡灾害风险评价方法，其特征是，以网络分析法(ANP)算法为基础，以绝对权重为指标，同步实现危险性和易损性的评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，包括下述步骤：

1)通过分析滑坡灾害危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容的反馈作用，基于网络分析法(ANP)构建滑坡灾害风险评价数学模型：

(1)滑坡灾害风险评价包括危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个方面，所述危险性评价因子包括土体力学性质、地形地貌、水文地质、不良地质环境、地震影响和人为活动因素；所述易损性评价因子包括经济、资源环境、生命和社会因素；所述破坏损失评价因子包括可能性和灾害损失；所述防治工程评价因子包括消方减载、疏干排水、网络锚固、拦石坝法和抗滑挡墙；其中危险性评价因子按灾害体的类型分为孕灾环境和致灾因子，即内因和外因两个方面的内容，体现了滑坡灾害的自然属性；易损性评价因子按受灾体类型分为经济、资源环境、生命、社会四个大类，体现了滑坡灾害的社会属性；破坏损失评价是在危险性和易损性评价基础上定量化分析滑坡灾害造成损失程度的过程，评价因子为不同滑坡强度对应的概率，即可能性，以及不同破坏率对应的期望损失，即灾害损失；防治工程评价包括防治方案的技术可行性、经济合理性、社会及环境效益评价内容，为滑坡灾害防治方案决策提供依据；

(2)滑坡灾害是致灾体作用于受灾体的结果，通过危险性评价分析致灾体条件，通过易损性评价分析受灾体条件，并以危险性评价分析致灾体条件和易损性评价分析受灾体条件为基础进行灾害损失计算，即不同的危险性评价因子和易损性评价因子对破坏损失的贡献率是不同的，由破坏损失评价为判断标准对危险性评价因子和易损性评价因子重要度进行排序，当滑坡灾害不可接受时应采取防治措施，即防治工程评价对破坏损失评价起控制作用；

(3)防治工程治理对象是危险性评价因子，包括对土体力学性质和降雨排水的处理，这是技术可行性的评价标准，也是有些评价模型将其作为滑坡灾害强度修正因素的原因；防治工程评价标准还包括易损性评价的内容，如经济合理性和社会环境效益，这也是易损性评价中人类主动应对灾害能力的体现，即危险性评价和易损性评价对防治工程评价存在控制作用；受灾体自身的抗灾能力，是受灾体被动的应对危险性评价因子对其影响的体现，不同易损性评价因子对危险性的抵抗能力是不同的，即以危险性评价因子为判断准则对易损性评价因子重要度进行排序；

2)网络分析法(ANP)体现了许多复杂系统内部元素的依存关系和下层元素对上层元素的反馈影响，各元素的关系用类似网络结构表示；

3)基于网络分析法(ANP)，将危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容构成一个风险评价数学模型，其中控制层中的目标为滑坡灾害风险评价，无准则层，网络层中的元素组为四个评价内容，元素为四个评价内容中对应的因子；

4)建立判断矩阵，包括相关联元素的判断矩阵和相关联元素组的判断矩阵；

5)判断矩阵编号如下：以破坏损失评价中可能性因子为准则的危险性评价因子判断矩阵D₁，以灾害损失为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₁；以危险性评价因子为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₂，危险性评价因子分为内因和外因两类，以其为准则的防治工程判断矩阵分别为D₃₁和D₃₂；以易损性评价因子为准则的防治工程判断矩阵D_4i，i＝1、2、3、4分别对应经济、资源环境、生命、社会四个因子；以防治工程评价为准则的破坏损失评价因子判断矩阵D₅；两个相关联元素组判断矩阵，其中D₆₁是以破坏损失评价为准则的危险性评价和易损性评价两者组成的矩阵，D₆₂是以危险性评价为准则的防治工程评价和易损性评价两者组成的矩阵；

6)由相关联元素构建的判断矩阵计算初始超矩阵W₀，由相关联元素组构建的判断矩阵计算组间权重矩阵ω，两者相乘为加权超矩阵W＝ω×W₀，对其进行无穷次幂运算得极限超矩阵W_∞，公式如下：

式中k为自然数；

7)极限超矩阵W_∞每列都相同，该数值为对应元素的绝对权重值，由其排序可得危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.能够体现滑坡灾害风险评价内容之间的反馈作用，能够深入探讨滑坡灾害风险各个评价内容的内在联系与影响机理；

2.全面涵盖了滑坡灾害风险评价体系的各个内容，构建的滑坡灾害风险评价体系组成内容更加完整，深刻反应了滑坡灾害风险评价的本质；

3.可以同步实现危险性和易损性评价因子重要度排序，能够同时考虑危险性评价因子和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响，实现防治工程方案的安全最大化和成本最小化；

4.科学合理，适用性强，工程应用价值高，效果佳。

附图说明

图1是网络分析法(Analytic Network Process，ANP)的网络结构示意图；

图2是滑坡灾害风险评价方法元素组关联图；

图3是滑坡灾害风险评价方法的滑坡灾害风险评价数学模型示意图；

图4是滑坡灾害风险评价方法绝对权重计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案做进一步的详细说明。

本发明的一种滑坡灾害风险评价方法，以网络分析法(ANP)算法为基础，以绝对权重为指标，同步实现危险性和易损性的评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，包括下述步骤：

1)通过分析滑坡灾害危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容的反馈作用，基于网络分析法(ANP)构建滑坡灾害风险评价数学模型：

(1)滑坡灾害风险评价包括危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个方面，所述危险性评价因子包括土体力学性质、地形地貌、水文地质、不良地质环境、地震影响和人为活动因素；所述易损性评价因子包括经济、资源环境、生命和社会因素；所述破坏损失评价因子包括可能性和灾害损失；所述防治工程评价因子包括消方减载、疏干排水、网络锚固、拦石坝法和抗滑挡墙；其中危险性评价因子按灾害体的类型分为孕灾环境和致灾因子，即内因和外因两个方面的内容，体现了滑坡灾害的自然属性；易损性评价因子按受灾体类型分为经济、资源环境、生命、社会四个大类，体现了滑坡灾害的社会属性；破坏损失评价是在危险性和易损性评价基础上定量化分析滑坡灾害造成损失程度的过程，评价因子为不同滑坡强度对应的概率，即可能性，以及不同破坏率对应的期望损失，即灾害损失；防治工程评价包括防治方案的技术可行性、经济合理性、社会及环境效益评价内容，为滑坡灾害防治方案决策提供依据；

(2)滑坡灾害是致灾体作用于受灾体的结果，通过危险性评价分析致灾体条件，通过易损性评价分析受灾体条件，并以危险性评价分析致灾体条件和易损性评价分析受灾体条件为基础进行灾害损失计算，即不同的危险性评价因子和易损性评价因子对破坏损失的贡献率是不同的，由破坏损失评价为判断标准对危险性评价因子和易损性评价因子重要度进行排序，当滑坡灾害不可接受时应采取防治措施，即防治工程评价对破坏损失评价起控制作用；

(3)防治工程治理对象是危险性评价因子，包括对土体力学性质和降雨排水的处理，这是技术可行性的评价标准，也是有些评价模型将其作为滑坡灾害强度修正因素的原因；防治工程评价标准还包括易损性评价的内容，如经济合理性和社会环境效益，这也是易损性评价中人类主动应对灾害能力的体现，即危险性评价和易损性评价对防治工程评价存在控制作用；受灾体自身的抗灾能力，是受灾体被动的应对危险性评价因子对其影响的体现，不同易损性评价因子对危险性的抵抗能力是不同的，即以危险性评价因子为判断准则对易损性评价因子重要度进行排序；

2)网络分析法(ANP)体现了许多复杂系统内部元素的依存关系和下层元素对上层元素的反馈影响，各元素的关系用类似网络结构表示；

3)基于网络分析法(ANP)，将危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容构成一个风险评价数学模型，其中控制层中的目标为滑坡灾害风险评价，无准则层，网络层中的元素组为四个评价内容，元素为四个评价内容中对应的因子；

4)建立判断矩阵，包括相关联元素的判断矩阵和相关联元素组的判断矩阵；

5)判断矩阵编号如下：以破坏损失评价中可能性因子为准则的危险性评价因子判断矩阵D₁，以灾害损失为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₁；以危险性评价因子为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₂，危险性评价因子分为内因和外因两类，以其为准则的防治工程判断矩阵分别为D₃₁和D₃₂；以易损性评价因子为准则的防治工程判断矩阵D_4i，i＝1、2、3、4分别对应经济、资源环境、生命、社会四个因子；以防治工程评价为准则的破坏损失评价因子判断矩阵D₅；两个相关联元素组判断矩阵，其中D₆₁是以破坏损失评价为准则的危险性评价和易损性评价两者组成的矩阵，D₆₂是以危险性评价为准则的防治工程评价和易损性评价两者组成的矩阵；

6)由相关联元素构建的判断矩阵计算初始超矩阵W₀，由相关联元素组构建的判断矩阵计算组间权重矩阵ω，两者相乘为加权超矩阵W＝ω×W₀，对其进行无穷次幂运算得极限超矩阵W_∞，公式如下：

式中k为自然数；

7)极限超矩阵W_∞每列都相同，该数值为对应元素的绝对权重值，由其排序可得危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策。

本实施例以一般区域地质滑坡灾害风险评价为例，本发明的滑坡灾害风险评价方法，基于附图1的ANP网络结构图，以绝对权重为指标，同步实现危险性和易损性评价因子的重要度分析以及防治方案的优化决策，并综合考虑危险性和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响，包括下述步骤：

1.按附图2滑坡灾害风险评价方法元素组关联图，构建附图3所示的滑坡灾害风险评价数学模型，确定危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容对应的评价因子：

(1)危险性评价包括：孕灾环境，即内因为土体力学性质、地形地貌、水文地质，致灾因子，即外因为其它因素，其它因素包括不良地质环境、地震影响、人为活动因素；

(2)易损性评价：经济，资源环境，生命，社会；

(3)破坏损失评价：可能性，灾害损失；

(4)防治工程评价：消方减载，疏干排水，网络锚固，拦石坝法，抗滑挡墙；

2.按表1的标准度和表2的矩阵编号建立判断矩阵：

表1判断矩阵标准度的意义

(表中u1与u2表示不同评价因子)

表2所有判断矩阵编号

3.由表1的判断矩阵标准度构建相关联元素的判断矩阵和相关联元素组的判断矩阵，所有的判断矩阵编号见表2，相关判断矩阵表格如下：

(1)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₁，并计算权重值，如下表所示，其中a_mn(m＝1～4，n＝1～4)表示标准度，a_o(o＝1～4)表示权重值：

判断矩阵D₁

(2)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₂₁，并计算权重值，如下表所示，其中b_mn(m＝1～4，n＝1～4)表示标准度，b_o(o＝1～4)表示权重值：

判断矩阵D₂₁

(3)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₂₂，并计算权重值，如下表所示，其中c_mn(m＝1～4，n＝1～4)表示标准度，c_o(o＝1～4)表示权重值：

判断矩阵D₂₂

(4)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₃₁，并计算权重值，如下表所示，其中d_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，d_o(o＝1～5)表示权重值：

判断矩阵D₃₁

(5)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₃₂，并计算权重值，如下表所示，其中e_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，e_o(o＝1～5)表示权重值：

判断矩阵D₃₂

(6)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₄₁，并计算权重值，如下表所示，其中f_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，f_o(o＝1～5)表示权重值：

判断矩阵D₄₁

(7)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₄₂，并计算权重值，如下表所示，其中g_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，g_o(o＝1～5)表示权重值：

判断矩阵D₄₂

(8)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₄₃，并计算权重值，如下表所示，其中h_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，h_o(o＝1～4)表示权重值：

判断矩阵D₄₃

(9)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₄₄，并计算权重值，如下表所示，其中i_mn(m＝1～5，n＝1～5)表示标准度，i_o(o＝1～5)表示权重值：

判断矩阵D₄₄

(10)由表1的判断矩阵标准度构建判断矩阵D₅，并计算权重值，如下表所示，其中j_mn(m＝1～2，n＝1～2)表示标准度，j_o(o＝1～2)表示权重值：

判断矩阵D₅

(11)由表1的判断矩阵标准度构建组间判断矩阵D₆₁，并计算权重值，如下表所示，其中k_mn(m＝1～2，n＝1～2)表示标准度，k_o(o＝1～2)表示权重值：

组间判断矩阵D₆₁

(12)由表1的判断矩阵标准度构建组间判断矩阵D₆₂，并计算权重值，如下表所示，其中l_mn(m＝1～2，n＝1～2)表示标准度，l_o(o＝1～2)表示权重值：

组间判断矩阵D₆₂

4.由图4绝对权重计算图，根据以上的判断矩阵权重计算值构建初始超矩阵W₀、组间权重矩阵ω、加权超矩阵W＝ω×W₀、极限超矩阵W_∞：

(1)初始超矩阵W₀如下：

(2)组间权重矩阵ω如下：

(3)加权超矩阵W公式如下：

(4)对W其进行无穷次幂运算得极限超矩阵W_∞，公式如下：

式中k为自然数。

该矩阵每列都相同，对应数值即为各评价因子对应绝对权重，由此可得危险性评价和易损性评价因子的重要度排序以及防治方案优化决策。

通过本发明的滑坡灾害风险评价方法的实施流程可以看到，该评价方法建立的数学模型能够体现滑坡灾害风险评价内容之间的反馈作用、内在联系与影响机理，全面涵盖了滑坡灾害风险评价体系的各个内容，构建的滑坡灾害风险评价体系组成内容更加完整，可以同步实现危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，能够同时考虑危险性评价因子和易损性评价因子对防治方案优化决策的影响。

本发明具体实施方式仅为有限的实施例，而非对本发明进行的限制，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种滑坡灾害风险评价方法，其特征是，以网络分析法算法为基础，以绝对权重为指标，同步实现危险性和易损性的评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策，包括下述步骤：

1)通过分析滑坡灾害危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容的反馈作用，基于网络分析法构建滑坡灾害风险评价数学模型：

(1)滑坡灾害风险评价包括危险性评价因子、易损性评价因子、破坏损失评价因子、防治工程评价因子四个方面，所述危险性评价因子包括土体力学性质、地形地貌、水文地质、不良地质环境、地震影响和人为活动因素；所述易损性评价因子包括经济、资源环境、生命和社会因素；所述破坏损失评价因子包括可能性和灾害损失；所述防治工程评价因子包括消方减载、疏干排水、网络锚固、拦石坝法和抗滑挡墙；其中危险性评价因子按灾害体的类型分为孕灾环境和致灾因子，即内因和外因两个方面的内容，体现了滑坡灾害的自然属性；易损性评价因子按受灾体类型分为经济、资源环境、生命、社会四个大类，体现了滑坡灾害的社会属性；破坏损失评价是在危险性和易损性评价基础上定量化分析滑坡灾害造成损失程度的过程，评价因子为不同滑坡强度对应的概率，即可能性，以及不同破坏率对应的期望损失，即灾害损失；防治工程评价包括防治方案的技术可行性、经济合理性、社会及环境效益评价内容，为滑坡灾害防治方案决策提供依据；

(2)滑坡灾害是致灾体作用于受灾体的结果，通过危险性评价分析致灾体条件，通过易损性评价分析受灾体条件，并以危险性评价分析致灾体条件和易损性评价分析受灾体条件为基础进行灾害损失计算，即不同的危险性评价因子和易损性评价因子对破坏损失的贡献率是不同的，由破坏损失评价为判断标准对危险性评价因子和易损性评价因子重要度进行排序，当滑坡灾害不可接受时应采取防治措施，即防治工程评价对破坏损失评价起控制作用；

(3)防治工程治理对象是危险性评价因子，包括对土体力学性质和降雨排水的处理，这是技术可行性的评价标准，也是有些评价模型将其作为滑坡灾害强度修正因素的原因；防治工程评价标准还包括易损性评价的内容，经济合理性和社会环境效益，这也是易损性评价中人类主动应对灾害能力的体现，即危险性评价和易损性评价对防治工程评价存在控制作用；受灾体自身的抗灾能力，是受灾体被动的应对危险性评价因子对其影响的体现，不同易损性评价因子对危险性的抵抗能力是不同的，即以危险性评价因子为判断准则对易损性评价因子重要度进行排序；

2)网络分析法体现了许多复杂系统内部元素的依存关系和下层元素对上层元素的反馈影响，各元素的关系用类似网络结构表示；

3)基于网络分析法，将危险性、易损性、破坏损失、防治工程四个评价内容构成一个风险评价数学模型，其中控制层中的目标为滑坡灾害风险评价，无准则层，网络层中的元素组为四个评价内容，元素为四个评价内容中对应的因子；

4)建立判断矩阵，包括相关联元素的判断矩阵和相关联元素组的判断矩阵；

5)判断矩阵编号如下：以破坏损失评价中可能性因子为准则的危险性评价因子判断矩阵D₁，以灾害损失为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₁；以危险性评价因子为准则的易损性评价因子判断矩阵D₂₂，危险性评价因子分为内因和外因两类，以其为准则的防治工程判断矩阵分别为D₃₁和D₃₂；以易损性评价因子为准则的防治工程判断矩阵D_4i，i＝1、2、3、4分别对应经济、资源环境、生命、社会四个因子；以防治工程评价为准则的破坏损失评价因子判断矩阵D₅；两个相关联元素组判断矩阵，其中D₆₁是以破坏损失评价为准则的危险性评价和易损性评价两者组成的矩阵，D₆₂是以危险性评价为准则的防治工程评价和易损性评价两者组成的矩阵；

6)由相关联元素构建的判断矩阵计算初始超矩阵W₀，由相关联元素组构建的判断矩阵计算组间权重矩阵ω，两者相乘为加权超矩阵W＝ω×W₀，对其进行无穷次幂运算得极限超矩阵W_∞，公式如下：

式中k为自然数；

7)极限超矩阵W_∞每列都相同，极限超矩阵W_∞数值为对应元素的绝对权重值，由其排序可得危险性和易损性评价因子重要度排序以及防治方案的优化决策。