一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，該方法首先確定與泥石流三要素相關(guān)的特征參數(shù)；建立三要素的綜合信息評(píng)價(jià)系統(tǒng)，獲得三要素初始信息評(píng)價(jià)矩陣，通過矩陣運(yùn)算和熵權(quán)法，計(jì)算得到三要素的信息熵值；建立泥石流信息熵模型，將三個(gè)子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作用，輸出泥石流信息熵值；根據(jù)信息熵理論與泥石流是否發(fā)生的關(guān)系，定義泥石流危險(xiǎn)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。本發(fā)明提出了一個(gè)泥石流概率模型，該模型能綜合反映泥石流三要素在泥石流孕育過程中相互作用機(jī)制，能夠表征泥石流復(fù)雜的非線性過程和動(dòng)態(tài)過程，能對(duì)研究對(duì)象(單溝/區(qū)域泥石流)的危險(xiǎn)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【專利說明】一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)領(lǐng)域，尤其涉及一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 泥石流是山區(qū)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害。泥石流爆發(fā)突然、來勢(shì)兇猛、歷時(shí)短暫，具有 強(qiáng)大的破壞力和沖擊力，常常淤埋房屋、耕地、公路及堵塞河道等，給人類的生命財(cái)產(chǎn)造成 嚴(yán)重的危害。因此，泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法的研究也變得尤為重要。
[0003] 泥石流是否發(fā)生、規(guī)模大小與地形、固體物源、水動(dòng)力三大要件密不可分。目前，國 內(nèi)外對(duì)泥石流危險(xiǎn)度的研究方法，均選取與三大要件相關(guān)的各種因子，通過專家打分或者 數(shù)學(xué)處理獲取其權(quán)重，將各個(gè)因子與其權(quán)重的乘積進(jìn)行代數(shù)求和，作為泥石流危險(xiǎn)度的表 達(dá)式。事實(shí)上，泥石流是否發(fā)生是一個(gè)概率問題，這種以相關(guān)因子及其權(quán)重乘積的代數(shù)和表 示的泥石流危險(xiǎn)度，并不能真正表達(dá)泥石流發(fā)生的概率大小，而且，不能綜合反映三大要 件在泥石流孕育過程中相互作用機(jī)制及泥石流發(fā)生的非線性和動(dòng)態(tài)過程。
[0004] 因此，亟待研發(fā)一個(gè)泥石流概率模型，將三大要件在泥石流孕育過程中相互作用 機(jī)制和綜合作用的結(jié)果進(jìn)行定量化，并表征泥石流發(fā)生的非線性和動(dòng)態(tài)過程，進(jìn)行合理、有 效的泥石流的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，旨在解決現(xiàn)有的泥石流危險(xiǎn) 度的評(píng)價(jià)方法均選取與三大要件相關(guān)的各種因子，通過專家打分或者數(shù)學(xué)處理獲取其權(quán) 重，將各個(gè)因子與其權(quán)重的乘積進(jìn)行代數(shù)求和，作為泥石流危險(xiǎn)度的表達(dá)式，不能真正表達(dá) 泥石流發(fā)生的概率大小，不能綜合反映三大要件在泥石流孕育過程中相互作用機(jī)制及泥 石流發(fā)生的非線性和動(dòng)態(tài)過程的問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法包括：
[0007] 步驟一、通過野外調(diào)查及收集資料確定與泥石流三要素相關(guān)的特征參數(shù)；
[0008] 步驟二、建立三要素的綜合信息評(píng)價(jià)系統(tǒng)，獲得三要素初始信息評(píng)價(jià)矩陣，通過矩 陣運(yùn)算和熵權(quán)法，計(jì)算得到三要素的信息熵值包括地形子信息熵、固體物源子信息熵、水動(dòng) 力子信息熵；
[0009] 步驟三、建立泥石流信息熵模型，將三個(gè)子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)作用，輸出泥石流信息熵值；
[0010] 步驟四、根據(jù)信息熵理論與泥石流是否發(fā)生的關(guān)系，定義泥石流危險(xiǎn)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 進(jìn)而對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。
[0011] 進(jìn)一步，確定泥石流三要素的特征參數(shù)的具體方法為：
[0012] 地形因子集={:相對(duì)高差，主溝長度，溝床比降，溝坡坡度，坡向，集水區(qū)面積，溝 谷形態(tài)，…，主溝彎曲系數(shù)}，一般情況下，這些因子是基于流域數(shù)字地形DEM數(shù)據(jù)通過 ArcGIS提取而來；
[0013] 固體物源因子集={:地震烈度，巖體的完整性系數(shù)，軟弱系數(shù)，固體物源總量， 單位面積的物源量，固體物源補(bǔ)給段長度比，物源的物理力學(xué)特征參數(shù)，…，松散物質(zhì)顆 粒級(jí)配}，一般這些因子通過區(qū)域地質(zhì)資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察、室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)等手段獲取；
[0014] 水動(dòng)力因子集={降雨量，前期有效降雨量，地表徑流大小，年最大10分鐘暴雨量 均值，年最大1小時(shí)暴雨量均值，…，年最大24小時(shí)暴雨量均值}，一般這些因子可通過現(xiàn) 場(chǎng)觀測(cè)、雨量站、水文手冊(cè)等方式獲取。
[0015] 進(jìn)一步，計(jì)算三要素的子信息熵值的具體方法為：
[0016] 首先，建立研究對(duì)象與地形指標(biāo)因子間的綜合信息評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)體系是由n個(gè) 研究對(duì)象m個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的系統(tǒng)，從而得到初始信息評(píng)價(jià)矩陣：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法包括： 步驟一、通過野外調(diào)查及收集資料確定與泥石流三要素相關(guān)的特征參數(shù)； 步驟二、建立三要素的綜合信息評(píng)價(jià)系統(tǒng)，獲得三要素初始信息評(píng)價(jià)矩陣，通過矩陣運(yùn) 算和熵權(quán)法，計(jì)算得到三要素的信息熵值包括地形子信息熵、固體物源子信息熵、水動(dòng)力子 信息熵； 步驟三、建立泥石流信息熵模型，將三個(gè)子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 作用，輸出泥石流信息熵值； 步驟四、根據(jù)信息熵理論與泥石流是否發(fā)生的關(guān)系，定義泥石流危險(xiǎn)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而 對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)。
2. 如權(quán)利要求1所述的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，確定泥石流三要素的特 征參數(shù)的具體方法為： 地形因子集={相對(duì)高差，主溝長度，溝床比降，溝坡坡度，坡向，集水區(qū)面積，溝谷形 態(tài)，…，主溝彎曲系數(shù)}，一般情況下，這些因子是基于流域數(shù)字地形DEM數(shù)據(jù)通過ArcGIS 提取而來； 固體物源因子集={地震烈度，巖體的完整性系數(shù)，軟弱系數(shù)，固體物源總量，單位 面積的物源量，固體物源補(bǔ)給段長度比，物源的物理力學(xué)特征參數(shù)，…，松散物質(zhì)顆粒級(jí) 配}，一般這些因子通過區(qū)域地質(zhì)資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察、室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)等手段獲?。? 水動(dòng)力因子集={降雨量，前期有效降雨量，地表徑流大小，年最大10分鐘暴雨量均 值，年最大1小時(shí)暴雨量均值，…，年最大24小時(shí)暴雨量均值}，一般這些因子可通過現(xiàn)場(chǎng) 觀測(cè)、雨量站、水文手冊(cè)等方式獲取。
3. 如權(quán)利要求1所述的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，計(jì)算三要素的子信息熵 值的具體方法為： 首先，建立研究對(duì)象與地形指標(biāo)因子間的綜合信息評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)體系是由n個(gè)研究 對(duì)象m個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的系統(tǒng)，從而得到初始信息評(píng)價(jià)矩陣：

Bij-規(guī)范性信息矩陣中對(duì)應(yīng)于第i行j列的元素，規(guī)范性信息矩陣A可表示為：
其中，i = 1，2, --?，]! ;j = 1，2, 然后，根據(jù)規(guī)范性信息矩陣，確定第i個(gè)研究對(duì)象下第j項(xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)值的比重：
其中，Ti一定義為第i個(gè)研究對(duì)象的地形子信息熵； Pij-第i個(gè)研究對(duì)象下第j項(xiàng)指標(biāo)的比重； i = 1，2, ...，n ;j = 1，2, ...，m。 同理，可求得固體物源子信息熵和水動(dòng)力子信息熵，即：
其中Si-定義為第i個(gè)研究對(duì)象的固體物源子信息熵； Ri-定義為第i個(gè)研究對(duì)象的水動(dòng)力子信息熵； Qij-第i個(gè)研究對(duì)象下第j項(xiàng)指標(biāo)的比重； Hiij-第i個(gè)研究對(duì)象下第j項(xiàng)指標(biāo)的比重； i = 1，2, ...，n ;j = 1，2, ...，m。
4.如權(quán)利要求1所述的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，建立泥石流信息熵模型 的具體方法為： 將信息熵原理與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相融合，建立泥石流信息熵模型，其模型的數(shù)學(xué)表達(dá) 式：
式中，H(X)-泥石流信息熵；
X = (X1, x2, X3) -泥石流信息熵因子集（X1為地形子信息熵，X2為固體物源子信息熵， X3為水動(dòng)力子信息熵）； P(Xi)-因子集X = (X1, X2, X3)中Xi因子的比重，且滿足 OcZZ(X)Slog^
5.如權(quán)利要求1所述的泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)方法，其特征在于，對(duì)泥石流信息熵值進(jìn)行 歸一化處理，歸一化公式：
根據(jù)泥石流信息熵和泥石流危險(xiǎn)度的關(guān)系，基于泥石流信息熵模型的危險(xiǎn)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 分為： OKH。^ 1，極低危險(xiǎn)； 0.6彡扎<0.8，低度危險(xiǎn)； 0.4彡扎<0.6，中度危險(xiǎn)； 0.2彡Hc <0.4,高度危險(xiǎn)； O < Hc < 0? 2,極高危險(xiǎn)。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104331744SQ201410553733
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】歐國強(qiáng), 宇巖, 潘華利, 王鈞, 呂娟, 黃江成, 楊順, 喬成, 陸桂紅, 李麗亞 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所