川藏公路然乌_东久段地质灾害定量评价_地质灾害熵_概念的提出和应用

14卷4期2005年8月自 然 灾 害 学 报J OURNAL OF NATURAL D I SASTERS Vo.l 14,No .4Aug .,2005收稿日期:2004-05-17; 修订日期:2004-10-19基金项目:/9730项目(国家重点基础研究发展规划项目(2002CB412701))作者简介:丁继新(1972-),男,山东德州人,博士研究生,主要从事大地与工程测量、地壳形变、地质灾害及其防治工程研究.文章编号:1004-4574(2005)04-0079-06川藏公路然乌)东久段地质灾害定量评价)))/地质灾害熵0概念的提出和应用丁继新1,2,周圣华1,杨志法2,尚彦军2,尹俊涛3(1.有色金属矿产地质调查中心,北京100012; 2.中国科学院地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室,北京100029;3.中南大学地学与环境工程学院,湖南长沙410083)摘要:为了定量地分析断层、节理和岩体结构等各种/致灾因子0在地质灾害产生过程中的权重以及某个地区地质灾害的易发性,本文根据信息熵的理论和方法,提出了/地质灾害熵0概念,并在此基础上建立了一种基于/地质灾害熵0的地质灾害评价新方法。

通过将这种地质灾害评价方法应用于评价川藏公路然乌)东久段的地质灾害,验证了该方法的合理性和可靠性。

关键词:地质灾害熵;川藏公路;地质灾害;评价中图分类号:P694文献标识码:AQuantitati ve assess m ent of geol ogical hazards i n seg m ent bet w een Ranwuand D ongjiu i n Si chuan -T i bet h i gh way :presentati on and applicationof concept of /geological hazard entropy 0D I N G JI -x i n 1,2,Z HOU Sheng -hua 1,YANG Zh-i fa 2,SHANG Yan -j u n 2,Y I N Jun -tao3(1.Ch i na N on -ferrou s M etals Resource Geo l og i cal Su rvey ,B eiji ng 100012,Ch i n a ; 2.K ey Laborat ory of Eng i neeri ng G eo m ec h an i cs ,In stit u te ofGeol ogy and Geophysics ,Ch i neseA cad e my of Sci en ces ,Beiji ng 100029,C hina ; 3.S chool ofGeosci en ce&E nvironm ental Engi n eeri ng ,C en tral Sou t h Un i versity ,Ch angsha 410083,Ch i na)Abst ract :For the purpose o f quantitati v e l y ana l y zi n g the w e i g ht o f var i o us /hazar d-i n curring factors 0such as faults ,joints and rock m ass structures and so on i n the occurrence of geo log ica l hazards and the possi b ility o f geo -l o g ica l hazards at so m e place ,the conception o f /geo l o g ica l hazar d en tropy 0w as brought for w ard by t h e a i d of the t h eories and m ethods o f i n for m ation entropy ,on the basis ofwh ich a ne w approach f o r geolog i c al hazards assess m entw as deri v ed .The rati o na lity and reliability o f t h is approac h for geo log ica l hazar d assess m ent w ere proved t h rough app l y ing it to assess the geological hazards of Ranw u to Dongjiu secti o n of Sichuan -T ibet highw ay .K ey w ords :geo log ica;l hazard entropy ;S ichuan -T i b et h i g hw ay ;geo log ica l hazards ;assess m ent川藏公路是国道318线的一部分,东起四川成都,西到西藏拉萨,全长2155k m 。

川藏公路的然乌)东久段位于雅鲁藏布江的一级支流帕龙藏布流域内,全长约260km 。

该区域主体上属于班公错)怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带之间北冈底斯弧后盆地。

流域南部的印度板块以50~60mm /a 的速率向青藏高原推进,在拉萨河、羊八井)那曲一线以东,帕龙藏布流域受到15mm /a 速率欧亚板块的东移推挤作用[1]。

印度-欧亚板块之间强烈的板块作用导致本区地壳发生了强烈的隆升并被向东挤出,同时还使该地区的地壳发生了大规模的剪切作用和冲断活动,地块间相互挤压,山体岩层中积累了巨大的地应力,地形被强烈切割,产生了一些大断裂和大量的小断层与节理裂隙。

区域内发育了5大走滑断裂[2~5]:林芝)东久走滑断裂(LDF)、嘉黎右行走滑断裂(JSF)、察隅右行走滑断裂(ZSF)、墨脱走滑断裂(M SF)和古玉走滑冲断裂(GYT),如图1所示。

另外区域内有许许多多小型断裂至今仍在活动[6,7]。

强烈的新构造运动、频繁的地震、广泛分布的冰川以及强烈的寒冻风化作用,使得该区冰碛物、冰水沉积物以及岩屑堆等松散堆积物特别发育,为滑坡、泥石流和滚石等地质灾害储备了丰富的固体物质来源。

丰富的降雨、冰雪融水下渗及河流深切,为各种地质灾害提供了丰富多样的水动力条件。

丰富的松散堆积物、独特的地貌特征以及各种内外动力条件的共同作用,使得本区成为泥石流、崩塌滑坡、雪崩和水毁等地质灾害特别发育的地区。

频繁发生的地质灾害不仅造成了大量的人员伤亡以及巨大的财产损失,而且经常阻车断道,严重制约了川藏公路的畅通和西藏经济的发展。

图1 川藏公路然乌)东久段地质构造图F i g .1G eo l og i ca l structure o f R anwu -D ong ji u secti on i n S ichuan -T ibe t h i ghway由于地质灾害是在地形地貌、地质、降雨和人类活动等多种因素的共同作用下产生的,形成机理极其复杂,并且其发生具有很大的不确定性。

为了全面反映地质灾害的不确定性,定量地分析各种/致灾因子0在地质灾害产生过程中的贡献以及某个地区地质灾害的易发性,需要采用一个多指标的综合方法对其进行评价。

但是长期以来,计算多指标的综合评价方法中每个指标的权重问题一直是该研究方法的一个难点和瓶颈。

自1948年美国工程师Shannon 将热力学中熵的概念应用到通信领域并建立了信息熵的概念以来,它已经得到了广泛的应用[8~14]。

本文借助于信息熵的有关理论和方法,建立了用于地质灾害评价的/地质灾害熵0,不仅合理地解决了指标权重计算的问题,而且还可以定量地评价某个地区地质灾害的易发性。

1 /地质灾害熵0的建立及地质灾害易发性的计算信息熵是一个系统状态混乱程度的定量表示,即该系统的不确定性的量度,它从量上反映了具有确定概率的事件发生时所传递的信息。

熵值越大,表示系统越混乱,熵值越小,系统就越有序。

熵值也反映了系统指标的效用价值,可以用来计算每个评价指标的权重。

当不同样本中某个指标的各个数值之间变化不大时,表示该指标在整个系统中所起的作用小,与之相应,该指标的权重就小;反之,表示该指标在整个系统中所起的作用大,该指标的权重也大。

滑坡、泥石流、雪崩、水毁和滚石等各种地质灾害的发生都具有不确定性,因此可以借助于信息熵的理论来对其进行评价。

假设有m 个待评价的地区,每个地区的地质灾害都可以通过n 个指标来进行评价,那么就可以根据下述步骤建立/地质灾害熵0的数学模型。

通过计算每个指标的/地质灾害熵0,不仅可以定量地得到每个评价指标在地质灾害产生过程中的作用,而且还可以计算出每个地区的地质灾害易发性。

#80#自 然 灾 害 学 报 14卷1.1建立初始地质灾害评价指标矩阵为了对m个地区的地质灾害进行定量评价,由m个待评价的地区构成样本集:S={S1,S2,,S m}(1)式中:S i表示第i个样本(即第i个待评价地区)。

每个地区S i的地质灾害情况可以通过n个评价指标进行评价:S i={X i,1,X i,2,,X i、n}(i=1,2,,,m)(2)式中,X i,j表示第i个样本的第j项评价指标的值。

对于某项评价指标,若每个样本的的指标值全部相等,则该指标在综合评价中不起作用[15]。

因此,如果出现这种情况,应当将该评价指标予以剔除。

由此可以初步建立一个多指标的地质灾害评价指标矩阵S:S=X1,1X1,2,X1,nX2,1X2,2,X2,n,,,X m,1X m,2,X m,n(3)1.2评价指标矩阵的标准化处理评价指标体系中的各个指标所表征对象的属性各不相同,它们值的量纲也不相同。

对于一个确定的系统而言,有些指标越小越好,有些指标越大越好,有些目标越接近于某一理想目标越好,因此无法对这些评价指标进行直接比较。

根据统计学原理,要对多种不同量纲的数据进行比较分析,可以先将其进行标准化处理,将这些数据全部转换成无量纲数据,再进行比较。

这里以R表示评价指标矩阵标准化后的矩阵,如式(4)所示:R=r1,1r1,2,r1,nr2,1r2,2,r2,n,,,r m,1r m,2,r m,n(4)式中,r i,j表示第i个样本的第j项评价指标标准化以后的值,是一个无量纲数值。

1.3建立/地质灾害熵0借助于信息熵的理论和方法,可以根据式(5)和(6)建立/地质灾害熵0,以对地质灾害的生成机理及其易发性进行有效评价。

EGD(j)=-K E m i=1p i,j ln p i,j(5)p i,j=r i,jE nj=1r i,j(6)其中,E GD(j)表示第j项评价指标的/地质灾害熵0,其值越大,表示该指标在地质灾害产生过程中的贡献越小,K=1/l n m,p i,j表示评价指标i出现的频率。