模糊综合评判在洞庭湖区工程地质环境质量评价中的应用.pdf

第 1 1 卷 第 2期 1 9 9 2年 6月 湖 南地质 HUNAN GEOLOGY VoI ． I l N O 2 Ju ne 1 9 9 2 一 l 模糊综合评判在洞庭湖 区 工程地质环境质量评价 中的应用 皮建高 __ 一 湖南 省地 质 矿 产局 水 文 二 队长 沙4 1 0 0 1 4 _ 2 摘要 基本 地 震 烈凄 、泡 和砂 土振 动液 化的 可能 性 、土 体 允 许承 载 力 和压 缩模 量及 洪 水 威胁性等 ，是 影响洞庭 湖区工程地质环境质量的 5个主要参评因子，据此本文运用模糊综合评判 方法 ，对 洞 庭潮 区 的工 程 地质 环 境 质 量进 行 了综 台评 价 c 关键词 洞庭潮区 楗塑鳖盒i 王里 堕 辱 厦星 ． 工程 地质环境质 量综台评 价 ， 是一项十分 复杂的综合性工 作 。 对于大 面积的洞庭湖 区 以 下简称湖区来说，更由于其参加评价的因子繁多，常规方法难以对工程地质环境质量作 出 较为客观的评价，而且工程地质环境质量的好坏，以及各参评因子本身的模糊性，所 以本文 采用模糊综合评判方法，对洞庭湖 区工程地质环境质量进行综合评价。 1 模糊综合评判原理 根据模糊数学理论，模糊综合评判可用A 0 R璺 模式描述。 式中．A为输入、即参 评因子权 重集 ，是 一个 1 xn l 阶行矩阵 n l 为参评 因子 总数 ； R 为模 糊变换器 ，即 由各单 因 子评价行矩阵组成m n阶模糊关系矩阵 n为评价级别数 ； B为输出，即为综合评价结果， 称为评价 矩阵 ，为一 个 1n阶行 矩阵 。 由上 式可见 ，模 糊综 合评判就 是对拟 评判 的对 象选定 一些 主要 因素，先进 行单因素综合 评 判 ，把 评价结果构成模 糊关系矩 阵R ，再考 虑诸因素在 总评 判 中的地位 即 权重A ， 求取 R和A合成的过程便是综合评判。其 中B和 都是由隶属函数刻画的 1 2 。 2 模糊综合评价的数学模型 2 ． 1 参评 因子 的选择 2 ． 1 ， 1 选择 原 则 - 反映工程地质环境质量的因素很多，大体可分为三类，即反映地壳稳定性、地面稳定性 和地基稳定性三个方面的因素。据调查 ，湖区没有作过专门而系统的工程地质工作，区内已 有的工程地 质资料不仅 年代 不一 ，工作 单位 不 同，使 用的方法也 有很 大差异 ，而且 各种资料 在区域分布 上极不均匀 。因而反映地壳 地 面及地基稳 定性 三个方 面的资料很难 取得一致 ， 所 以在评 价因子的选择时 ，既 要考虑各参 评 因子 易于定量化 ；更要 考虑所 选因素必须具 有反映 工 程地质特 征的代表性 及区域范围 内的系统性 。 * 车文是 湖南省洞庭 湖乎厢 环境地质 问题综台评价 于课题 的主要成 果，参加 工作的还有李体 照 曹文华 等 同 志 维普资讯 5 8 湖南 地质 第 1 1 卷 2 ． 1 ． 2孝 评 因子 根据 上述 原则，对照 湖区已有资 料 ，从众 多因素 中选 取基本地震 烈度 作为反映 地壳稳定 性的 评价 因子 ；选取饱 和砂土振动液 化作 为反映地面稳定性 的评 价因子 ；选取 土体 允许 承载 力和压 缩模量 作为反映地 基稳 定性 的评价 因子 ；此外 ， 洪水威胁 是本 区特 殊的工程地质 条件 ， 因此 亦选 为主要参评 因子 。 2 ． 1 ． 3 五 个 参 评 因子 的量 化 处 理及 分 级 标 准 参评 因子 的量化处理 ，按 工程地质 环境质 量评价较好 、中等和 较差三级划 分 。所 以各定 性参 评 因子均 量化 成三个 离散数据 。对 于基本 地震 烈度 ，直接 采用 国家地震局 已公布 的湖区 基本 地震 烈度 资料 ，即具有 6、 7、 8度 的基本 烈度 。 为计算方便 ， 将其 分别用 “3” 、“2” 、 ”1”表 示 。对 于饱 和砂 土液 化 ，则按武 汉煤矿设 计院吴亚 中 1 9 7 6 年 的液化土 层单层临 界厚度与厚 深 比[ 3 ] 等判定指标 进行判 别，分 别定 为当地震烈度达七 度时 的可能液化 区 、八度 时的 可能液化 区和难液化 区，相应 量化 为 l、 2、 3。对于土体允 许承载 力和压缩模量 ，直 接 采用 1 5 m 以内土体实际值 的厚度 加权 平均值 。 对 于洪水威胁性 问题 ，则按 洪水对未来 工程 建筑威胁 的大小 ，分为有严重威 胁 、有威 胁和无威 胁三类 。判 断标 准为 位 于高岗地地 貌部 位 ，其地 面标高一 般高于 当地 警界水位 ，则定为无 威胁 ；对于垸 内地区 ， 其地面标 高虽 较低 ， 且大都低 于 当地警 界水位 ，但 有一级防洪 大堤保护 ，则定为有威胁 ；对 于垸外溯滩厦l J 占 外 湖 矮围堤垸 ，洪水一 旦来I 临．往往 都会被淹 没 ，所 以定 为有严重威胁 。根据 判别结 果 ，分 别将 其量化 为 3、 2、 l 参评 因子分级 标准 ，按照 工程 建设 的需要 ，参考 有关规范 ，确 定各参评 因子的评 价标 准 如 表1所 示 。 表 1 洞庭 湖区工程地质环境质量综台评价因子分级标准 Ta b l e l St a n d a r d f o r [ a c t o r c 】 a s s i f i e a t - ∞i n t h e c o mp r e h e ns i v e e v a ] u a t i o n o f e n gi n e e r i n g g e o l o gi c e n v i r o n me n t q u a ] i t y i n D o n g t i n g I a k e r e g i o n ； 往 表 中括号内数据为经量化 后的数值 2 ． 2 ． 隶 属函数 根据模糊集 理论 ，各参评 因子的实际值对各级工程地质环境质量的隶属程度用隶属度 X来刻画 隶属度越大，隶属资格越高 ， 隶属度用隶属函数表示。而隶属函数具有多 种 形式 ，这里选 用线性隶 属函数， 计算公式如 下 x 』 一 x ， c 一 c Xc C xI j c l 0 X≥C 2 维普资讯 第 2期 皮建高模糊综合评判在洞庭湖区工程地质环境质 量评价中舯应用 1 59 r o X ≥ C l J， X ≥ C 3 Ⅱ X{ XC1 j ／ C 2 J C 1 1 Cl j XC 2 J 【 一 X - C3 J ／ C3 J-C 2 j C 2 j ≤ X C 3 j f 。X C 2 i 口 X { X-C 2 j ／ Ca j -C 2 j C 2 j xc 3 J I 】X≥c 3 式中 X 表示各参评 因子的实 际值 Ci ， 表 示分级标准 i 1 ， 2 ， 3 i j 1 ， 2 ， ⋯⋯ I X 『 l X 、 X分别 表示X项 评价因子属 于 I、Ⅱ 、Ⅲ级环境质 量的隶 属度 。 2． 3 ． 建立模糊 关系矩阵 根据上 述隶 属函 数 ，对每一 个样 点的所有 参评 因子 ，分别计算其隶属度 ，建立 各 自的模 糊关系矩阵 R B 1 2 2 3 2 』 2 2． 4． 权重 确定 、 由于 各参 评 因子对 工程地质环境质 量反 映程 度不 同，特 别是因评价 目的不 同，而侧重点 也就会不 同，所 以在进 行质 量评价 时，应对 各参 评因子给予适 当权重 。权 重的分配 ，可采用 公式 计算 法，也可采用 专家 评分法 。这 里采 用公式 计算法 ，选用 计算公式如 下 W 。 X j ／ S 其 中 S Ci l Ci 2 Ci 3 ／3 X 为第 i 号参评因子的实际值 Cil 、 Ci2 、 C 分别为第i 号参评因子属于I、 Ⅱ Ⅲ级环境质量的评价标准 对计算 的权 重进 行归 一化处理 ，即得 所求 的权 重矩阵 。 3 a i w ／ ∑ Wt l l 式 中 a 为各参评 因子的实际权重 ，其 它符号 意义 同前 2 ． 5 ． 综合评价模式 前面 已经提到，综合评价是求权重矩阵 与模 糊关系矩阵B的合成 。合成 的方法有 “ MAXMi n ”型和 “ MAX一 ”型。根据前人应用经验，认为后者更能反映客观实际。 所 以奉次选 用 “ MAX一 ”型 [ 4 。 5 即 b J aj r i j 式中 符号 “ V” 表示取大运算 ，即求 MAX 维普资讯 1 6 0 湖南地质 第 1 1 卷 3 洞庭湖区工程地质环境质量评价 3． 1 ． 评价 实例 从所 取得 的资料 中，选一样点 ，该点处未来 基本 地震 烈度为 8度 属 于七度 可能液化 区 其土体允许 承载 力为 1 1 8 ． 4 7 KPa压缩 模量为 5 ． 4 MPa； 存在 洪水威胁 。将其 量化 处理组成 原 始数据矩阵 X X 1 1 1 1 8 ． 4 7 5 ． 4 2 3 ． 1 ． 1 ．隶属度 计算 在参 评因子 中选取压缩模 量5 ． 4 来 计算 。对照 分级表 1，其值超过 I级 标准， 而小于Ⅱ级 ‘ 标准 ，故对 Ⅲ级 无隶 属关系 。 即 X 0 属于 I、Ⅱ级 的隶 属度计 算如下 X C2 l X ／ C 2j C1 1 8 5 ． 4 ／ 8 4 0 ．65 X X C1 1 ／ C2 】一 C1 1 5 ． 4 4 ／ 8 4 0 ． 3 5 写成 矩阵形式为 ； X 0 ． 6 5 0 ． 3 5 0 o 用 同样 的方法可计 算 出其它 四 个 参 评 因子对 I Ⅱ 、Ⅲ级环境 的隶 属度 。 3 ． 1 ． 2建 立模 糊 关 系 矩 阵 按上 述所计算 的各参评 因子 的隶属 度 ，依 次排 列成 4 3阶 的模糊 关 系矩 阵 r1 0 0 、 基 本地震 烈度 I 1 0 0 l液化可能性 8l 0 0 ． 6 3 0 ． 3 7 l 允许承载力 l 0 ． 6 5 0 ． 3 5 0 l压缩模量 L0 1 0 J 洪水 威胁性 I Ⅱ Ⅲ 上 述矩阵的行表示 评价 因子对三 个级别 的隶 属度 ，列 为参 评 因子对 某一级 的隶属 度 。 3 ． 1 ． 3确 定 权 重 用上述样点数据，按权重计算公式，逐个计算权重。对压缩模量而言 S 4 Ci lC 2 Ci 3 ／3 2 0 8 4 ／31 0． 6 7 W4 X4 ／ 4 5 ． 4 ／ i 0． 6 7 0 ． 5 0 6 同理 可分别计 算得其它四个参 评因子 的权重，并写成 矩阵 W 1 ． 5 1 ． 5 0 ． 82 7 0 ． 5 0 6 1 进行 归一化后可得 A 0 ． 2 81 0 ． 2 81 0 ．1 5 5 0 ． 0 9 5 0 ．1 8 8 维普资讯 第 2期 度 建 高 模 糊综 合 评 判在 洞庭 湖 区工程 地质 环 境质 量评 价 中的应 用 3 ． 1 ． 4模 糊 综 合 评 判 采用 “ MAX一 ”模型求 与旦的合成。 曼A 0垦 1 1 O O．65 O 0 0 0．6 3 O．3 5 1 0 ． 2 81 0 ．1 8 8 U ． 0 5 7j 归一化后得娶 0 ． 5 3 4 0 ． 3 5 7 0 ． 1 0 9 根据评判矩阵娶，该样点属于 I、Ⅱ、皿 级环境质量的隶属度分别为 0 ． 5 3 4 、O ． 3 5 7 和 0 ． 1 0 9 ，按 最 大隶 属 度 原则 ，将该样 点划 归为 I类工程地 质环境质 量 ，即属工程地质 环境 较 差 区 。 3 ． 2 环 境质 量分 区 按 上述方 法原理 ，在湖 区选 取具有代表性 的钻孔 或样 点共 2 0 0多个 ，建立好原始数据 矩 阵 ．利 用计 算机进行计算 ，得出全部评价 矩阵 。根据隶 属度 的大小 ，确定 出所有 计算点应归 属 的工 程地质环 境质 量级别 。最 后根 据 评价 结果 ，编制出湖 区工程地质 环 境质量综台 评 价图 i。 4 认 识和体会 工 程地 质 环 境 质 量好坏 的程度 ， 实质上 是一个模 糊概 念 ，传统 的定性 描述方 法或 打分 法很难准确地反 映客 观实 际 。而 模糊数学 方法恰恰可 以克 服 上述不 足 ，而且 具有 高分辨率的特 点 ，通过 多个 指标 隶 属度 来刻 画 工程地质 环境质 量 的好 坏 ，同时又 以 最大 隶 属度 原则 确 定环 境质 量等级 ， 避 免 了根据 临界值 “ 一 刀切”判别 的 失真现象 和不 合理性 ，能较真实地反 映客观实 际。这是该方 法不同于其它 方法 的突 出特 点 。 将模 糊综 合评判 方法用于洞庭 湖 区工程地质 环境质量综 合评价 ，是 一 次有意义 的偿 试 。但 由于受到 比例尺 和勘 探精 度 的影 响 ，有 的评价因子难 于量化 或难 以确定评 价标 准 ，甚至有 的本 应参与评价 的因子 如活 动断裂 圈1 洞庭 湖 区工 程 地 质环 境 质量 综 合评 价 略 图 Fi g 1 Sk e t c h ma p o f e o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i O n o f e i n e e i i n g ge mo gl e e n v i r o n me n t q u a [ i t y i n 1 o n g t i n g l a k e r e gi 0 n 1 ． 环境 质量较好 区2 ． 环境质 量中等区 3环境质量 较差区4 ． 未参 与评价 的岩体分布区 维普资讯 】 6 2 湖 南 地质 第 1 l 巷 及活动情况j ， 因资料不全而不能参与评价，将会影响到评价结果的准确性。所以，在今后类 似的工作 中 ，应尽可能广 泛地收集 各方 面资料 ，尽可能 多地选择参 评因子 ．以进 一步提 高 评 价结 果的准 确性 。尽管如 此 ．这 次评价仍 取得 了较为满 意的结 果。可见 ，模糊 数学理论 在工 程 地质领 域有它独特的作 用 。 本文在编写过程中，得到了张国粱工程师、殷秉武高级工程师的热心指导 ，深表感谢 冯 蒋益 项勃 吴 亚 巾 朱 玉仙 参考支献 等模糊数学方法与应用 ．北京 地震 出版社 ．1 9 8 3 ．模糊数学在工程地质 中应用的初探 ．工程勘察 ，1 9 8 3 ，L 4 1 砂 土厚度 对液化 的影响．工程 勘察 ，1 9 8 8 ， 6 j 模糊综台评判方法在地下水水质 污染 综合评债 中的应 用水文地质工程地质 ，1 9 8 6 ，2 1 APPLI CATl 0N 0F FUZZY SYNTHETI CAL APPRAI SAL T0 THE QUALlTY UATI ON 0F ENGI NEE． RI NG GE0L0GI C ENVl R0NM ENT I N D0NGl NG LAKE REGl 0N ．] h z i g a o Hy d r o g e o l og i c Pa r t y No 2 o f Hu n a n Bu r e a u o f Gc o l o g y a n d M i n e r a l Be s o u r c e s Th e t a s j c e a r t h q u a k e i n t e n s i t y ． t h e p o s s i b i l i t y o f v i b r a t i o n l i q u e f a c t i on o f s a t u r a t e d s a n d y s o l 1 ． t h e D e r m， s s i b l e b e a r i n g c a p a c i t y a n d m o d u l e o f c o mp r e s s i o a a s we l I a s t h e me n a c e o f b l 0 0 d wa t e r a r e t h e t i v e ma i n f a c t o r s i nf l u e n c i n g t h e q ua [t ．v o f e n g i n e e r i n g g e 0 1 o g i c e n v i r o n me n t i n o n g t i o g l a k e r e g i o n ． On t h e s e gr o u n d s ． t h e f u z z y s y n t h e t i c a l a p p r a i s a l me t h od i s u s e d i n t h i s p a p e r t o ma k e c o m p r e h e n s i y e e v a l u a t i o n o f t h e e n gi n e e r i n g g e o l o gi c e n v i r on me n t q u a l i t y 】 n Do n gt i n g l a k e r e gi O l 1 ． Key wo r d s Bo n g t i n g 1 a k e r e gi o n ，Fu z z y s y n t h e t i c a l a p p r a i s a 1 ． Qu a l i t y o f e n g i n e e r i n g g e o l o g i c e nv 1 r o nm e n t 上接 1 2 7页 SHALLOW ANALYSI S OF ZENGJI AHE MI RABI LI TE ROCK S AL T DEPOSIT I N LI XI AN C h e 0 n j i a n Ht ma n Bu r e a u o f Ge o l o g y a n d M i n e r a l Re s o u r c e s Ab s t r a c t Ba s e d o R t h e a n a l y s i s o f t h e i n t e r da ] a n d e x t e r n a l c o n s t r u c t i o n c on d i t i o n s o f t h e d e p o s i t ， a c c o r d i n g t o t h e q u o t a t i o n s∞ t h e ma r k e t o f mi r a b i I i r e r o c k s a l t r a w ma t e r i a l ， t h i s p a p e r e i- N d - a t i c a [ 1 y e v a t u a [ e t h e s o c i a l a n d e c o n o m J c b e n e f i t s o f t h e d e p o s i t b e i n g e x pl o i t e d ． Th e p r e l i m i n r y a p p r ai s a l i n d i c a t e s t h a t b o t h t h e s t a t e a n d e n t e r p r i s e c a no b t a i n c o n s i d er a h ] e p r o f i t ，a n d a t t h e s a me ， mo r e t h a n 1 4 0 0 p e r s o ns c a n f i n d a p l a c e t o g e t e m p l o y e d． S o i t i s p r o p o s e d t o c o n d u c t f u r t h e r g e o l 0 g i c a l e x p l o r a t i o n ． Key wo r d s M i r a hi l i t e r o c k s a l t ， Mi n e r a l e x p ] o r a t i o n ， E c o n o R l i c e v a ] u a t i o n 维普资讯