一種泥石流危險度評價方法
【專利摘要】本發明公開了一種泥石流危險度評價方法，該方法首先確定與泥石流三要素相關的特征參數；建立三要素的綜合信息評價系統，獲得三要素初始信息評價矩陣，通過矩陣運算和熵權法，計算得到三要素的信息熵值；建立泥石流信息熵模型，將三個子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經網絡作用，輸出泥石流信息熵值；根據信息熵理論與泥石流是否發生的關系，定義泥石流危險度等級標準，進而對研究對象進行危險度評價。本發明提出了一個泥石流概率模型，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制，能夠表征泥石流復雜的非線性過程和動態過程，能對研究對象(單溝/區域泥石流)的危險度進行預測。
【專利說明】一種泥石流危險度評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地質災害評價領域，尤其涉及一種泥石流危險度評價方法。
【背景技術】
[0002] 泥石流是山區常見的一種地質災害。泥石流爆發突然、來勢兇猛、歷時短暫，具有 強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，給人類的生命財產造成 嚴重的危害。因此，泥石流危險度評價方法的研究也變得尤為重要。
[0003] 泥石流是否發生、規模大小與地形、固體物源、水動力三大要件密不可分。目前，國 內外對泥石流危險度的研究方法，均選取與三大要件相關的各種因子，通過專家打分或者 數學處理獲取其權重，將各個因子與其權重的乘積進行代數求和，作為泥石流危險度的表 達式。事實上，泥石流是否發生是一個概率問題，這種以相關因子及其權重乘積的代數和表 示的泥石流危險度，并不能真正表達泥石流發生的概率大小，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制及泥石流發生的非線性和動態過程。
[0004] 因此，亟待研發一個泥石流概率模型，將三大要件在泥石流孕育過程中相互作用 機制和綜合作用的結果進行定量化，并表征泥石流發生的非線性和動態過程，進行合理、有 效的泥石流的危險度評價。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種泥石流危險度評價方法，旨在解決現有的泥石流危險 度的評價方法均選取與三大要件相關的各種因子，通過專家打分或者數學處理獲取其權 重，將各個因子與其權重的乘積進行代數求和，作為泥石流危險度的表達式，不能真正表達 泥石流發生的概率大小，不能綜合反映三大要件在泥石流孕育過程中相互作用機制及泥 石流發生的非線性和動態過程的問題。
[0006] 本發明是這樣實現的，一種泥石流危險度評價方法包括：
[0007] 步驟一、通過野外調查及收集資料確定與泥石流三要素相關的特征參數；
[0008] 步驟二、建立三要素的綜合信息評價系統，獲得三要素初始信息評價矩陣，通過矩 陣運算和熵權法，計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 力子信息熵；
[0009] 步驟三、建立泥石流信息熵模型，將三個子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經 網絡作用，輸出泥石流信息熵值；
[0010] 步驟四、根據信息熵理論與泥石流是否發生的關系，定義泥石流危險度等級標準， 進而對研究對象進行危險度評價。
[0011] 進一步，確定泥石流三要素的特征參數的具體方法為：
[0012] 地形因子集={:相對高差，主溝長度，溝床比降，溝坡坡度，坡向，集水區面積，溝 谷形態，…，主溝彎曲系數}，一般情況下，這些因子是基于流域數字地形DEM數據通過 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，軟弱系數，固體物源總量， 單位面積的物源量，固體物源補給段長度比，物源的物理力學特征參數，…，松散物質顆 粒級配}，一般這些因子通過區域地質資料、現場調查和勘察、室內外實驗等手段獲取；
[0014] 水動力因子集={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小時暴雨量均值，…，年最大24小時暴雨量均值}，一般這些因子可通過現 場觀測、雨量站、水文手冊等方式獲取。
[0015] 進一步，計算三要素的子信息熵值的具體方法為：
[0016] 首先，建立研究對象與地形指標因子間的綜合信息評價體系，評價體系是由n個 研究對象m個指標構成的系統，從而得到初始信息評價矩陣：
[0017]
【權利要求】
1. 一種泥石流危險度評價方法，其特征在于，所述的泥石流危險度評價方法包括： 步驟一、通過野外調查及收集資料確定與泥石流三要素相關的特征參數； 步驟二、建立三要素的綜合信息評價系統，獲得三要素初始信息評價矩陣，通過矩陣運 算和熵權法，計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、水動力子 信息熵； 步驟三、建立泥石流信息熵模型，將三個子信息熵值作為輸入因子，通過BP神經網絡 作用，輸出泥石流信息熵值； 步驟四、根據信息熵理論與泥石流是否發生的關系，定義泥石流危險度等級標準，進而 對研究對象進行危險度評價。
2. 如權利要求1所述的泥石流危險度評價方法，其特征在于，確定泥石流三要素的特 征參數的具體方法為： 地形因子集={相對高差，主溝長度，溝床比降，溝坡坡度，坡向，集水區面積，溝谷形 態，…，主溝彎曲系數}，一般情況下，這些因子是基于流域數字地形DEM數據通過ArcGIS 提取而來； 固體物源因子集={地震烈度，巖體的完整性系數，軟弱系數，固體物源總量，單位 面積的物源量，固體物源補給段長度比，物源的物理力學特征參數，…，松散物質顆粒級 配}，一般這些因子通過區域地質資料、現場調查和勘察、室內外實驗等手段獲取； 水動力因子集={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小時暴雨量均值，…，年最大24小時暴雨量均值}，一般這些因子可通過現場 觀測、雨量站、水文手冊等方式獲取。
3. 如權利要求1所述的泥石流危險度評價方法，其特征在于，計算三要素的子信息熵 值的具體方法為： 首先，建立研究對象與地形指標因子間的綜合信息評價體系，評價體系是由n個研究 對象m個指標構成的系統，從而得到初始信息評價矩陣：
Bij-規范性信息矩陣中對應于第i行j列的元素，規范性信息矩陣A可表示為：
其中，i = 1，2, --?，]! ;j = 1，2, 然后，根據規范性信息矩陣，確定第i個研究對象下第j項指標的指標值的比重：
其中，Ti一定義為第i個研究對象的地形子信息熵； Pij-第i個研究對象下第j項指標的比重； i = 1，2, ...，n ;j = 1，2, ...，m。 同理，可求得固體物源子信息熵和水動力子信息熵，即：
其中Si-定義為第i個研究對象的固體物源子信息熵； Ri-定義為第i個研究對象的水動力子信息熵； Qij-第i個研究對象下第j項指標的比重； Hiij-第i個研究對象下第j項指標的比重； i = 1，2, ...，n ;j = 1，2, ...，m。
4.如權利要求1所述的泥石流危險度評價方法，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神經網絡算法相融合，建立泥石流信息熵模型，其模型的數學表達 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.如權利要求1所述的泥石流危險度評價方法，其特征在于，對泥石流信息熵值進行 歸一化處理，歸一化公式：
根據泥石流信息熵和泥石流危險度的關系，基于泥石流信息熵模型的危險度等級標準 分為： OKH。^ 1，極低危險； 0.6彡扎<0.8，低度危險； 0.4彡扎<0.6，中度危險； 0.2彡Hc <0.4,高度危險； O < Hc < 0? 2,極高危險。
【文檔編號】G06Q10/04GK104331744SQ201410553733
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】歐國強, 宇巖, 潘華利, 王鈞, 呂娟, 黃江成, 楊順, 喬成, 陸桂紅, 李麗亞 申請人:中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所