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基于GRA-PCA-BP神经网络模型的单沟泥石流危险性预测

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河北地质大学学报 2022年第4期45卷 44-51页

作者：刘育林周爱红袁颖河北地质大学勘查技术与工程学院河北石家庄050031 河北地质大学河北省高校生态环境地质应用技术研发中心河北石家庄050031

影响泥石流危险性的因素众多,难以通过传统的评价方法对单沟泥石流危险性进行准确的预测。因此,通过灰色关联度(GRA)模型剔除对泥石流危险性影响较小的评价指标,得到包含7个关键指标的样本数据集,并基于统计学理论对选取的评价指标的合... 详细信息

影响泥石流危险性的因素众多,难以通过传统的评价方法对单沟泥石流危险性进行准确的预测。因此,通过灰色关联度(GRA)模型剔除对泥石流危险性影响较小的评价指标,得到包含7个关键指标的样本数据集,并基于统计学理论对选取的评价指标的合理性进行解释。采用主成分分析法(PCA)从7个关键指标中提取出3个主成分,利用BP神经网络模型对处理后的训练样本进行训练,建立预测泥石流危险性的GRA-PCA-BP神经网络模型,对预测样本的泥石流危险性进行预测。结合泥石流危险性的实际等级将GRA-PCA-BP神经网络模型与BP神经网络模型、GRA-BP神经网络模型和PCA-BP神经网络模型的预测结果进行对比。结果表明:虽然GRA在一定程度上有其局限性,但是其因素约简的结果仍是真实可靠的;GRA-PCA-BP神经网络模型的泥石流危险性预测结果精度较其他3种神经网络模型有很大的提高,泥石流危险性的预测等级与实际等级基本吻合。

关键词：泥石流危险性主成分分析灰色关联度因素简约合理性分析 BP神经网络模型

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基于降雨指标量化的攀西泥石流危险性评价

基于降雨指标量化的攀西泥石流危险性评价

作者：徐艳琴南京信息工程大学

学位级别：硕士

降雨是泥石流灾害危险性评价中最为重要且变化无常极其复杂的指标,降雨指标对泥石流灾害危险性评价精度至关重要。研究泥石流与降雨的关系,以此为基础进行泥石流危险性评价,为泥石流灾害预测提供科学依据。本研究以四川省攀西地区为典... 详细信息

降雨是泥石流灾害危险性评价中最为重要且变化无常极其复杂的指标,降雨指标对泥石流灾害危险性评价精度至关重要。研究泥石流与降雨的关系,以此为基础进行泥石流危险性评价,为泥石流灾害预测提供科学依据。本研究以四川省攀西地区为典型案例区,利用1971-2016年降雨数据和1949-2016年实际泥石流点数据,运用降雨集中程度、Mann-Kendall突变检测等对攀西泥石流灾害与降雨时空分布规律进行研究。在分析泥石流与降雨关系的基础上,以相关分析和地理探测器模型选取了泥石流危险性评价的降雨指标。并采用贡献权重模型和基于确定性系数的确定权重模型进行泥石流危险性评价,以频率比模型结合实际泥石流点,对评价结果进行精度检验,为攀西地区泥石流防灾减灾提供依据。主要研究成果如下:（1）研究区1971-2016年年降雨量、年暴雨量、年大雨量呈下降趋势,年中雨量呈上升趋势,年内降雨主要集中于6-9月。多年平均年降雨量高值中心位于甘洛-会理一线,次高值中心为雷波-宁南-会东一线,低值中心为木里-盐源-攀枝花一线,多年平均年降雨日数呈现由东北向西南递减的趋势;多年平均暴雨量和暴雨年频次整体分布西南多西北少;多年平均大雨量和大雨日数空间分布上西北少,中部和南部多;多年平均中雨量和中雨日数空间分布上北多南少。（2）研究区内泥石流灾害与降雨在时空分布上都呈现较好的相关性,特别是泥石流灾害在空间分布上与汛期降雨量、汛期暴雨日数和汛期大雨日数关系密切;泥石流与短历时雨量关系研究表明,攀西地区小时雨强达到16mm/h及以上,12h降雨量达到20mm以上,日降雨量达到50mm以上就有可能发生泥石流;泥石流与前期降雨关系研究发现,攀西地区泥石流可分为暴雨型泥石流、连续中大雨型泥石流、前期降雨型泥石流。（3）坡度、距断层距离、距河流距离、降雨综合指数和土地利用在泥石流危险性评价中占有较大权重。泥石流形成条件为:高程低于2km;坡度小于40°;地层年代为第四系、中生界、下元古界;坡向为NE、SW、E、S;距断层、道路和河流低于2km范围内;地震动峰值加速度大于等于0.2g;综合降雨指数处于0.485-0.661;土地利用类型为耕地、建设用地和未利用土地。（4）基于确定性系数的确定权重模型的评价精度高于贡献权重模型,两种模型的评价结果中、高、极高危险区中包含的实际泥石流总数分别占检验泥石流点总个数的92.56%、72.65%。泥石流极高、高危险区沿攀西中部、南部和东部的断裂带两侧和雅砻江、金沙江及其支流沿岸分布。

关键词：泥石流危险性降雨指标贡献权重模型确定性系数模型攀西地区

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因子分析法在泥石流危险性评价中的应用

中国地质灾害与防治学报 2016年第1期27卷 55-61页

作者：李雄峰陈鹏宇韩文奇师华鹏余宏明中国地质大学工程学院湖北武汉430074 内江师范学院地理与资源科学学院四川内江641100

为研究因子分析法在泥石流危险性评价中的应用,在建立科学合理的评价指标基础上,利用因子分析法得到影响泥石流危险性的主因子,并进行主、次影响因子的重要性等级排序,得到泥石流主要影响因子对泥石流危险性的贡献度。根据主客观赋权理... 详细信息

为研究因子分析法在泥石流危险性评价中的应用,在建立科学合理的评价指标基础上,利用因子分析法得到影响泥石流危险性的主因子,并进行主、次影响因子的重要性等级排序,得到泥石流主要影响因子对泥石流危险性的贡献度。根据主客观赋权理论,将多目标规划模型所得的客观赋权值与考虑组态偏好要求时的主观均衡度变权值线性组合,得到关于泥石流危险性评价的主客观赋权法主因子权重。选择2种主要分级标准对泥石流危险性指标进行标准化处理,结合权重与影响因子的贡献度建立了多因子综合评价模型,并以保山市后山10条典型泥石流沟基础数据为例,评价了该地区的泥石流危险性。研究表明,利用该方法进行泥石流危险性评价是合理可行的,评价结果与实际情况具有较好的一致性,该方法是泥石流危险性评价的一种新思路。

关键词：因子分析法主客观赋权法泥石流危险性评价应用保山市

强震后高烈度区泥石流危险性评价——以汶川地震区G213线映秀到彻底关段为例

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山地学报 2013年第4期31卷 391-398页

作者：涂国强程尊兰刘建康黄金辉四川交通职业技术学院中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

强震在高烈度的山区往往诱发大量的崩塌和滑坡,一到雨季不同规模的泥石流频频暴发,造成严重的灾害。以处于汶川地震XI度烈度区的213国道映秀到彻底关段的21条沟为例,探讨强震后如何对高烈度区的沟道泥石流的规模、频率、危险性作出尽快... 详细信息

强震在高烈度的山区往往诱发大量的崩塌和滑坡,一到雨季不同规模的泥石流频频暴发,造成严重的灾害。以处于汶川地震XI度烈度区的213国道映秀到彻底关段的21条沟为例,探讨强震后如何对高烈度区的沟道泥石流的规模、频率、危险性作出尽快评价。为此,针对地震泥石流的特点和形成条件,确定影响泥石流规模和频率的评价因子;并从已有的相关图件和遥感影像中获取评价因子的特征值;用简单的数学方法将因子特征值分为五级,并归一化为0.0到1.0的标准值;用层次分析法计算出评价因子的权重;然后用常用或改进的评价模型,对21条沟泥石流的规模、频率、危险性分五级作出评价;最后用强震后3 a间各沟实际发生的泥石流规模和频率对评价结果进行检验,结果表明两者吻合度比较好。这种尽快的评价方法,可供其他山区强震后高烈度区的泥石流危险性评价参考。

关键词：强震后高烈度区泥石流危险性尽快评价

基于层次分析法的未确知测度理论泥石流危险性评价

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长江流域资源与环境 2012年第8期21卷 1032-1038页

作者：刘海陈华成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 安徽省公益性地质调查管理中心安徽合肥230040

将未确知测度理论与层次分析方法相结合用于评价泥石流危险性。根据泥石流危险性的影响因素和等级划分标准,选取泥石流规模、泥石流发生频率、流域面积、主沟长度、最大相对高差、流域切割密度、主沟床弯曲系数、泥砂补给长度比、24小... 详细信息

将未确知测度理论与层次分析方法相结合用于评价泥石流危险性。根据泥石流危险性的影响因素和等级划分标准,选取泥石流规模、泥石流发生频率、流域面积、主沟长度、最大相对高差、流域切割密度、主沟床弯曲系数、泥砂补给长度比、24小时最大降雨量、人口密度等10个指标作为泥石流危险评价因子,利用未确知测度理论建立泥石流危险性评价指标的未确知测度函数,通过层次分析方法确定各评价指标的权重,依据置信度识别准则对泥石流危险性进行评价,并结合实例进行了对比分析。研究结果表明,基于层次分析方法的未确知测度理论的评价方法评价过程合理、置信度高、结果可靠,为泥石流危险性评价提供了一种新的方法。

关键词：泥石流危险性未确知测度理论层次分析法权重

基于信息熵与AHP模型的白龙江流域泥石流危险性评价

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基于信息熵与AHP模型的白龙江流域泥石流危险性评价

作者：邢钊兰州大学

学位级别：硕士

白龙江流域是我国泥石流最为严重的地区之一,其泥石流灾害类型多,具有多发性和继承性的特点。受“5·12”汶川大地震影响,该区山体和岩土结构破坏加剧,诱发了包括舟曲“8·8”特大泥石流灾害在内的一系列新泥石流等地质灾害,严重威胁着... 详细信息

白龙江流域是我国泥石流最为严重的地区之一,其泥石流灾害类型多,具有多发性和继承性的特点。受“5·12”汶川大地震影响,该区山体和岩土结构破坏加剧,诱发了包括舟曲“8·8”特大泥石流灾害在内的一系列新泥石流等地质灾害,严重威胁着当地人民的生命财产、重要基础设施甚至长江上游的生态安全。因此,针对白龙江流域进行泥石流灾害危险性评价与防治技术研究具有重要的现实意义。本文在对白龙江流域的内外动力环境因子进行分析研究,建立研究区泥石流灾害评价指标体系的基础上,分别基于信息熵和AHP模型对研究区的泥石流危险性进行评价,并对评价模型结果进行对比分析,获取了以下主要成果： 1.根据野外实际考察和相关文献资料搜集所得数据,基于Geodatabase建立研究区的泥石流灾害及其相关要素空间数据库,主要包括基础资料库、地质环境空间数据库和泥石流空间数据库,为泥石流危险性评价奠定基础。 2.泥石流灾害空间分布特征：空间分布特征主要表现为分布密度大、空间异质性明显、同级流域泥石流分布高度既集中又分散、泥石流大多沿断裂带和较软弱岩性区分布等特征;3.泥石流灾害时间分布特征主要包括年际时间分布规律、年内时间分布规律和日时段分布规律。年际时间分布规律表现为泥石流多发生在丰水年份和趋于丰水年份,而在低降水年份和趋于低降水年份泥石流不发育;年内时间分布规律表现泥石流发生时间也主要分布在6-9月,并集中在7-8月;日时段分布规律发布规律表现为泥石流多发生在午后(14时至20时)和夜间(24时至次日8时)。 4.根据泥石流的发育背景、形成条件、分布特征等因素,对各影响因子进行逐因子分析、共线性诊断和关联度计算,分别建立基于栅格单元和基于流域单元的泥石流危险性评价指标,其中基于流域单元的影响该区域泥石流危险性指标依次为：地层岩性>主沟长度>10min平均降雨量>流域相对高差>流域面积>NDVI>主沟比降>流域切割密度。 5.论文首先采用AHP模型进行泥石流危险性评价,但由于AHP方法本身的限制,评价结果有很强的主观性。为了最大程度上克服主观因素对泥石流评价结果的影响,又采用信息熵模型分别基于栅格单元和流域单元进行泥石流危险性评价,分别生产了基于栅格单元与基于流域的白龙江流域泥石流危险性评价空间分布图。结果表明两种评价单元的泥石流危险性评价结果整体相似,仅在局部存在差异,但基于流域单元的泥石流危险性评价结果与实际情况更吻合,说明流域水文地形状况对泥石流的发生具有更强的作用,在泥石流危险性评价时需采用更多水文地形指标,以使评价结果更为准确合理。 6.基于栅格单元的信息熵模型和AHP模型泥石流危险性评价结果呈现出总体趋势相似,局部略微差异的特点。两种评价结果对比分析显示：断层对研究区泥石流的危险性空间分布起到主导作用。

关键词：白龙江流域灾害数据库信息熵 AHP 泥石流危险性

基于GIS和神经网络的泥石流危险性评价系统

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计算机工程 2009年第3期35卷 205-207,210页

作者：张峰何政伟杨斌张俊峰汪宙峰成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 山西省太原市第二外国语学校太原030001 首都师范大学资源环境与地理信息系统北京市重点实验室北京100037 ESRI中国(北京)有限公司成都代表处成都610016

基于ArcEngine组件和.Net集成开发天山公路泥石流危险性评价系统,将GIS技术和神经网络集成应用于泥石流危险性评价中,发挥GIS强大的空间信息可视化管理和分析功能以及神经网络的非线性描述和分析功能,实现泥石流危险性评价的可视化管理... 详细信息

基于ArcEngine组件和.Net集成开发天山公路泥石流危险性评价系统,将GIS技术和神经网络集成应用于泥石流危险性评价中,发挥GIS强大的空间信息可视化管理和分析功能以及神经网络的非线性描述和分析功能,实现泥石流危险性评价的可视化管理,为工程决策者和管理人员提供一种强有力的决策支持方案。

关键词： BP神经网络灰色关联法 ArcEngine组件泥石流危险性

基于支持向量的铁路泥石流危险性评价方法研究

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基于支持向量的铁路泥石流危险性评价方法研究

作者：任金龙西南交通大学

学位级别：硕士

泥石流是山区最常见的地质灾害之一,成昆铁路K178-K728段贯穿通过大渡河峡谷区、牛日河峡谷区、孙水河峡谷区、瓦吉木梁子山岭区和安宁河宽谷区,地形条件复杂,断裂构造发育,段内泥石流灾害频发,对铁路运输安全构成了极大的威胁,亟需对... 详细信息

泥石流是山区最常见的地质灾害之一,成昆铁路K178-K728段贯穿通过大渡河峡谷区、牛日河峡谷区、孙水河峡谷区、瓦吉木梁子山岭区和安宁河宽谷区,地形条件复杂,断裂构造发育,段内泥石流灾害频发,对铁路运输安全构成了极大的威胁,亟需对区段内泥石流危险性进行较为准确的评价。支持向量机是一种新的基于数据统计学习的机器学习理论,它通过样本训练,寻找输入变量与输出变量之间的非线性关系,从而对未知输入的目标值进行较为准确的判断。本文以成昆铁路K178-K728区段内53条泥石流沟作为研究对象,运用支持向量机分类原理,通过样本学习,从数学理论上客观的分析研究区内泥石流危险性与地质环境条件之间存在的规律,从而构造出适合于该区段泥石流危险性评价的SVM模型,得出以下研究结果： 1)K178-K510区段铁路主要经过高山峡谷区,主要受汉源-甘洛大断裂、石棉-普雄大断裂和米市向斜的影响,区内冲沟纵坡一般较大,地势陡峻,极有利于泥石流的形成;K510-K728区段铁路主要经过安宁河宽谷区,主要受安宁河大断裂的影响,冲沟两岸稳定性差,松散物源极为丰富,为区内泥石流创造了良好的条件;2)构造出泥石流危险性评价SVM模型;其中核函数选择RBF径向基函数;3)以53条泥石流沟作为种群,采用遗传算法的基本思想,对支持向量机惩罚因子及核函数参数进行了全局寻优,确定出SVM模型参数;其中惩罚因子C=263.8,核函数参数g=0.0277;4)选择了39条泥石流沟作为训练集,对建立的SVM模型进行训练,并构造出适应于研究区特殊地质环境条件的SVM泥石流危险性评价模型;然后选择其余14条泥石流沟作为测试集,对构造出来的SVM泥石流危险性评价模型进行了检验,其精度达到了92.8571%（13/14）,效果较为明显。

关键词：泥石流危险性支持向量机遗传算法成昆铁路

四川木里县卡拉地区泥石流发育特征及危险性评价

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四川木里县卡拉地区泥石流发育特征及危险性评价

作者：曹水合成都理工大学

学位级别：硕士

泥石流危险性评价是泥石流灾害风险管理的重要内容,针对我国水电基地之一的雅砻江卡拉区段的泥石流,开展危险性评价研究,可以为卡拉地区人民的生命和财产安全、雅砻江水电开发提供有力保障。卡拉地区泥石流频发,特别是2012年8月5日甲尔... 详细信息

泥石流危险性评价是泥石流灾害风险管理的重要内容,针对我国水电基地之一的雅砻江卡拉区段的泥石流,开展危险性评价研究,可以为卡拉地区人民的生命和财产安全、雅砻江水电开发提供有力保障。卡拉地区泥石流频发,特别是2012年8月5日甲尔沟爆发大规模泥石流,冲毁沟口处中水电六局甲尔大桥在建桥墩,吞噬沟口小型挖掘机一辆。泥石流灾害对该区内的人民生命财产、公路交通产生了较为严重的危害。论文在对卡拉地区泥石流灾害发育特征分析的基础上,分别以单条泥石流沟和卡拉地区作为评价对象,提出了基于可拓和组合赋权的单沟泥石流危险性方法,对研究区6条泥石流沟进行了危险性评价,并建立基于GIS的泥石流数据库,结合信息量法的基本原理,完成了卡拉地区泥石流危险性区划。取得的主要成果与结论如下:(1)卡拉地区属高山峡谷区,沟谷发育且纵比降大,崩滑类物源丰富,降雨集中,具备泥石流形成的基本条件。研究区属高原型副热带气候,降雨集中在6月份,小时降雨量可达29mm;流域高差1500000m,地形陡峻,沟床纵比降13000‰;左岸多为阳坡、逆向坡,岩石风化作用强烈,崩塌堆积物及高山冻融碎屑物丰富,中型规模及以上崩塌10处;右岸多为阴坡、顺向坡,发育特大型滑坡7处,且人类活动强烈。(2)卡拉地区属泥石流易活动区,典型泥石流沟6条,泥石流灾害发育。在空间上,雅砻江左岸为沟谷型泥石流,具有规模大、频率低、流域大、数量少、沟谷成熟度高的特点;右岸发育坡面型泥石流,具有规模较小、频率高、流域小、数量多、沟谷成熟度低的特点。在时间,集中分布在雨季(6月份)。此外,泥石流的发育受前波断裂控制,该断裂带附近岩石较为破碎,滑坡发育,为泥石流的发育提供了良好的物源条件。(3)对于沟谷型泥石流,甲尔沟是一条老泥石流沟,流域内相对高差2890m,沟谷纵坡183.9‰,多处沟道堵塞,物源多为崩塌堆积物,静物源量约143.52×104m3,可启动物源量约36.78×104m3,沟道内堰塞湖发育,沟源海子数量多、水量大,在极端暴雨工况下,可发生中规模的溃决稀性泥石流;对于坡面型泥石流,野梨沟是一条新泥石流沟,相对高差1290m,沟谷纵坡396.97‰,沟道堵塞严重,物源为滑坡松散堆积物,静物源量约130×104m3,可启动物源量约30×104m3,暴雨情况下均可发生小规模的粘性泥石流。(4)采用基于可拓和组合赋权的单沟泥石流危险性评价模型,结果表明甲尔沟为高度危险,其余沟道均为中度危险。(5)基于GIS和信息量法的卡拉地区泥石流危险性区划结果表明,卡拉地区泥石流危险性总体上雅砻江右岸高于左岸,且右岸中高度以上的危险区面积比例高于左岸;左岸的央沟,危险性区划结果表明该流域中度危险以上面积较大,暴发泥石流的可能性较大;右岸的滑坡体(下田镇、上田镇、卡拉)基本上为极高度危险区,发生泥石流的可能性最大。

关键词：泥石流发育特征可拓与组合赋权 GIS 信息量法泥石流危险性