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基于熵值法的區(qū)域泥石流危險性評價——以龍溪河流域為例

文檔作者：夏晨皓龔柯文檔來源：成都理工大學地		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月29日
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第53卷第3期甘肅水利水電技術V01．53，No．3
2017年3月GANSUWATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY Mar．，2017
·設計與研究·
基于熵值法的區(qū)域泥石流危險性評價
——以龍溪河流域為例
夏晨皓．龔柯
(成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川成都610059)
摘要：2010年8月13日，持續(xù)性暴雨引發(fā)都江堰龍池鎮(zhèn)龍溪河小流域內(nèi)暴發(fā)群發(fā)性泥石流，結果造成龍溪河部分堵
塞、泥石流通過區(qū)公路損毀和人員受災，導致了巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。龍池鎮(zhèn)龍溪河流域存在多條泥石流溝，地形
條件復雜，在強降雨條件下極易暴發(fā)大規(guī)模泥石流。以對泥石流災害進行危險性評價為目的，選擇流域面積、主溝長
度、最大相對高差、流域切割密度、主溝彎曲度、人口密度、動儲量和發(fā)生頻率為評價因子，利用熵值法對郝江堰龍池地
區(qū)龍溪河小流域21條泥石流溝進行泥石流危險性評價，并對評價結果進行驗證。研究表明：運用熵值法選擇恰當評價
因子對區(qū)域泥石流危險性進行評價，能較簡單快捷地獲得評價結果，并與劉希林單溝泥石流危險性評價方法進行對比
后，兩者的匹配度為75％，該模型能適用于龍池地區(qū)，結果較為可靠準確。可以為研究區(qū)后續(xù)的泥石流風險評估、預警
預報、工程治理和危險范圍分區(qū)提供參考依據(jù)。
關鍵詞：龍溪河；熵值法；泥石流；危險性評價
中圖分類號：P642．23 文獻標志碼：A 文章編號：2095—0144(2017)03—0026—05
1 前言
泥石流是發(fā)生在陡峭山區(qū)的威脅生命和基礎
設施的破壞性的自然災害【11。與泥石流相關聯(lián)的空
間和時間風險是由其起始特性(如位置和體積)和
隨后的輸出特征(如輸出路徑和距離)決定的。在目
前學者研究的泥石流災害評估或泥石流早期預警
中，起始區(qū)域和釋放量往往根據(jù)經(jīng)驗標準或者泥石
流源區(qū)土壤性質(zhì)、當?shù)氐匦蔚孛埠徒涤晏卣鱽泶_定
的【2】。
隨著科學技術的快速發(fā)展，現(xiàn)階段泥石流的評
價方法多樣。劉希林f3】概述了區(qū)域泥石流危險度評
價的方法和因子選取以及發(fā)展過程。胡偉強等人【4】
將計算機數(shù)值模擬與GIS(地理信息系統(tǒng))結合起
來，建立了泥石流危險性動量分區(qū)模型Z=Khv，獲得
了委內(nèi)瑞拉Chacaito溝的危險陛分布圖。麥華山等
人圈利用超熵理論，采用泥石流溝地貌系統(tǒng)的穩(wěn)定
性與演化趨勢作為評價指標，獲得泥石流危險|生區(qū)
劃，韓用順等人【毋利用RS(遙感)技術和GIS技術對
都汶高速公路沿線泥石流溝做了危險|生評價。高立
兵等人同利用信息熵法對白龍江小區(qū)域泥石流溝群
進行了危險陛分析，并用實際驗證了該方法的可靠
性和實用性。
熵值法評價以定性和定量相結合的方式確定評
價因子的權重和隸屬度，在一定程度上避免了結果
的絕對性，能夠很好的處理模糊、難以量化的問題。
因此，運用熵值法對都江堰龍池鎮(zhèn)龍溪河流域內(nèi)的
21條泥石流溝進行危險眭評價，得出流域內(nèi)每條泥
石流溝的危險陛。研究結果可以為研究區(qū)后續(xù)的泥
石流風險評估、預警預報、工程治理和危險范圍分區(qū)
等提供參考依據(jù)。
2研究區(qū)概況
研究區(qū)位于四川龍池鎮(zhèn)龍溪河流域，距離都江
堰市約10 km，屬于岷江上游區(qū)域，研究區(qū)地貌特征
受地質(zhì)構造控制強烈，大部分屬于高山峽谷地貌，整
體地勢呈西北部高、東南部低，地形起伏較大。區(qū)內(nèi)
龍溪河兩岸分布溝谷呈枝丫狀發(fā)育，這些溝谷具有
溝壑密度大，溝道彎曲程度高，溝道物源補給段較
長，相對高差懸殊等特點。
研究區(qū)地質(zhì)構造復雜，位于華夏系龍門山構造
帶的中南段，汶川地震的發(fā)震斷裂帶北川一映秀大
收稿日期：2017—02—29
作者簡介：夏晨皓(1992一)，男，四川綿陽人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災害及GIS應用研究，E—ITIail：791364601@qq。com。
萬方數(shù)據(jù)
第3期夏晨皓，等：基于熵值法的區(qū)域泥石流危險性評價第53卷
斷裂的一部分就穿過了研究區(qū)，分布于龍池鎮(zhèn)的北
部與虹口鄉(xiāng)。此外還有兩條較小的斷裂帶平行于北
川一映秀斷裂，分別為灌縣一江油斷裂和桐麻坎一
南獄廟斷裂嘲。
研究區(qū)21條泥石流溝分布如圖1所示，由于
“5·12”汶川大地震的直接影響，研究區(qū)屬于汶川大
地震后泥石流活動強烈的地區(qū)，在大地震后溝道兩
岸崩塌滑坡發(fā)育、分布密集，并且大量的松散物源就
堆積在溝道里，這些物源為在暴雨條件下泥石流的
啟動提供了豐富的松散固體物質(zhì)。2010年8月13
日發(fā)生的強降雨，就使研究區(qū)發(fā)生了歷史上最大規(guī)
模的群體性泥石流，這場群發(fā)眭泥石流災難，堵塞了
研究區(qū)部分河段，區(qū)內(nèi)房屋道路被大量掩埋，造成了
巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。
研究區(qū)處于濕熱的季風氣候區(qū)，平均年溫度是
14～17℃，降水充沛，從1955年有氣象記錄以來，
年降雨量基本在1 000mm以上，雨季集中，5-9月
降水量占全年降水量的80％，因此，5-9月也是地質(zhì)
災害的高發(fā)期。研究區(qū)21條泥石流溝內(nèi)均沒有水
庫、湖泊等大型水體分布，因此，只有處于強降雨這
樣的極端天氣情況下才有可能暴發(fā)泥石流災害。
圖例圜泥石流溝匡習龍溪河
圖1研究區(qū)概況圖
3數(shù)據(jù)來源
研究區(qū)等高線與水系的原始矢量數(shù)據(jù)主要來自
四川省測繪地理信息局的1：5萬地形圖，泥石流溝
流域范圍根據(jù)WorldView一2衛(wèi)星影像(分辨率
o．5m)解譯而來，人口密度根據(jù)每條泥石流溝流域調(diào)
查得來，每條泥石流溝的流域面積，主溝長度，最大
相對高差，流域切割密度，主溝彎曲度等因子都通過
Arcgis軟件提取得到，動儲量數(shù)據(jù)根據(jù)前人已統(tǒng)計
的數(shù)據(jù)資料【9】得到，每條泥石流溝的發(fā)生頻率根據(jù)野
外實地調(diào)查及歷史資料得到。
4研究方法
熵值法是指通過分析各個評價指標觀測值所提
供的信息量大小來確定權重【lOl。其中最重要的元素
便是信息熵E。信息熵能通過某一確定概率事件發(fā)
生時所傳遞的信息值來定量描述該系統(tǒng)混亂的程
度。因此，當信息熵E的數(shù)值越小時，說明該因子的
無序度越大，它提供的信息也越豐富，應賦予該因子
更大的權重值。
利用熵值法確定泥石流各指標因子權重步驟如下：
假設研究區(qū)泥石流溝樣本數(shù)為m，同時每個樣
本選擇n個因子作為評價指標，x(i=l，2，?，mI=1，2，
?，n)來表示第i條泥石流溝的第．f個指標值，建立
評價指標特征矩陣X如下：
X=
X1l X2l?Xh
X2l X絲?Xh
Xml X砣?X。
然后在計算每個指標具體權重值之前需要將其
進行歸一化處理，下面有兩種歸一化的公式分別是
越小越優(yōu)以及越大越優(yōu)兩種類型：
越小越優(yōu)型： 釅—半畢生，G=1，2，?，mj=1’2，2?，n) ～maxk)一min{xi)“ 一’ 一一
(3)
越大越優(yōu)型： __：2盂—孚志半i牛葫，出G=釓1∥，2一?，，m；。j=11，’2，厶??，川功
(2)
式中h為通過歸一化處理后的具體指標值
根據(jù)凡值建立評價矩陣尺：
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術第53卷
R=
rll r21?rln
r21 1"22?b
rml k?r脅
利用熵值法，得到熵值計算公式如下：
E(i)=-K乞Σ乃乃11nnRR
目={L
Σo
(4)
式中段J)為研究區(qū)泥石流溝第．『個評價指標的
熵值；K=l／lnm；F§為第i項指標在泥石流災害暴發(fā)
中出現(xiàn)的頻率。
利用下面公式(6)，根據(jù)上面的晟，)可計算得到
P(i)=Σ塒：(『)^
i=1 式中：只i)—研究區(qū)第i條泥石流溝的危險f生指數(shù)。
據(jù)前人研究?1，建立龍溪河流域泥石流溝的危
險度分級劃分標準見表1所列。
表1龍溪河流域泥石流溝危險度與危險等級劃分
泥石流溝危險度危險性評價
>0．60
0．35～0．60
<0．35
高度危險
中度危險
輕度危險
5危險性評價
5．1 評價因子的選擇
泥石流溝各評價指標的權重值wj： 基于泥石流災害評估參數(shù)選擇原則舊，根據(jù)研究
1一Ffi、? 區(qū)域的特征本研究選擇10個參數(shù)，即流域面積x。
”3雖， 、
、～
(km2)，-士W．．溝1長度x2(km)，最大相I對高I差x舡m)，流域切1'【1 、
＼ ，， 叫nZ)o』烈A111，’啾／、卜7口／、1剛乜』1孔A兒1，’ulh’{粕w
j一=i?” 割由密U1度JJX￡(km叉／km4～lkl ，，主工溝1叫彎勺曲叫度￡-／疋yI．5’，，，I”不¨穩(wěn)酞，定C，溝1叫床∥Il比、L,J-L例，，
利用公式(7)根據(jù)上面具體計算得到的的～和x。，動儲量奶(萬m，發(fā)生頻率x暫淘。以下數(shù)據(jù)來自野
W。數(shù)值，可計算得到某條泥石流溝的危險|生指數(shù)： 外調(diào)查收集處理以及Arcgis軟件提取得到(表2)。
表2龍池地區(qū)泥石流溝的實測數(shù)據(jù)
泥石流溝名稱編號x。X：X，X。X，X。
堿坪溝DF01 0．38 0．5 0．73 0．26 1．07 52．63 100．36 0．85
水鳩坪溝DF02 0．35 0．45 0．66 0．25 1．28 114．29 29．59 0．85
椿芽樹溝DF03 0．2 0．34 0．55 0．11 1．05 0．01 133．96 0．85
黃央溝DF04 0．2 0．38 0．61 0．15 1．13 1．50 128．98 0．85
雙養(yǎng)子溝DF05 0．34 0．54 0．92 0．29 1．1 l 0．01 224．30 0．35
紙廠溝DF06 0．35 0．57 0．82 0．31 1．14 0．01 42．10 O．35
水打溝DF07 0．16 0．29 0．37 0．04 1．02 0．01 24．16 0．85
麻柳槽溝DF08 0．23 0．39 O．54 0．22 1．07 0．01 73．22 0．85
冷浸溝DF09 0．34 O．48 0．73 0．31 1．13 0．01 247．32 0．35
豬槽溝DFl0 0．33 0．5 0．84 0．4 1．02 0．01 64．47 0．35
蜂桶巖l號溝DFl l 0．15 O．27 0．47 0．24 1．05 0．01 13．33 0．35
蔣家溝DFl2 0．17 0．31 0．45 0．28 1．04 282．35 2．66 0．35
王家溝DFl3 0．38 0．5 0．54 0．14 1．06 57．89 38．57 0．35
簸箕溝DFl4 0．1 1 O．22 O．23 0．09 1．02 0．01 1．06 0．35
蜂桶巖2號溝DFl5 0．1 1 O．19 O．21 0．37 1．04 163．64 1．42 0．35
栗子坪溝DFl6 0．12 0．25 0．26 0．09 1．04 0．01 0．47 0．35
馬家屋基溝DFl7 0．17 O．29 0．27 O．07 1．07 0．ol 1．14 O．35
曹家?guī)X溝DFl8 O．13 O．28 O．28 O．01 1．07 0．01 O．45 0．35
煤炭坪溝DFl9 0．14 O．26 O．26 0．21 1．06 121．43 0．55 0．35
燕子窩溝DF20 O．18 0．33 0．35 0．07 1．08 138．89 4．51 O．35
陳家坡溝DF21 0．09 o．14 0．20 0．26 1．05 477．78 0．28 0．35
·2萬8·方數(shù)據(jù)
第3期夏晨皓，等：基于熵值法的區(qū)域泥石流危險性評價第53卷
5．2泥石流危險度的計算
根據(jù)上面表2提供的研究區(qū)21條泥石流溝的
各項因子數(shù)據(jù)，通過公式(2)和(3)進行歸一化處理
后。代入公式(5)計算得到各個因子的熵值，再各個
因子的熵值代入公式(6)進行計算，最終得到研究區(qū)
泥石流溝各個評價因子的權重(表3)。
表3研究區(qū)評價因子熵和權重值
再把上述權重結果代入公式(7)進行計算，得到
表4研究區(qū)危險性評價結果
注：緲。為使用熵值法危險性評價得到的綜合危險度和危險性評
價劃分，形：為劉希林單溝泥石流危險性評價方法m評價得到的危險
性評價劃分
研究區(qū)各泥石流溝的危險度(表4)。
根據(jù)最后得出的危險度并參照前文提供的泥石
流危險度與危險等級劃分區(qū)間，可得到21條泥石流
溝的危險性分布圖(圖21，由圖2可知：有12條溝為
低危險性，未來可能有小規(guī)模的泥石流發(fā)生，隨著時
間變化，山體、植被恢復，流域可能會慢慢向高含沙
水流為主的山洪溝演變；8條溝為中度危險性，未來
可能有中等規(guī)模的泥石流暴發(fā)會造成當?shù)氐纳?
產(chǎn)損失，需要進行監(jiān)測防范以及一定的工程治理措
施；1條溝為高危險性，未來可能暴發(fā)大規(guī)模的泥石
流，可能會造成災難性的損失，需要進行綜合的工程
治理。
圖例一嘉喜羹擎一墨等纂鏟啊：等囊黔回龍溪河
圖2研究區(qū)泥石流溝危險性分布圖
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術第53卷
5．3結果與驗證
由研究區(qū)21條泥石流溝危險陛評價結果可知，
使用熵值法評價方法時，有8條溝為中度危險性，12
條溝為低危險l生，有1條溝為高危險|生。與劉希林
單溝泥石流危險眭評價方法【t，評價得到的危險性大
致相同，匹配度達75％。
6結論
泥石流的活動嚴重威脅人類生命和基礎設施。
特別是在龍池鎮(zhèn)這樣的汶川地震重建地區(qū)，因此，更
需要合理、可靠地評價泥石流的危險眭，這是減少風
險以及獲得最優(yōu)應對泥石流災難的辦法。采用熵值
法，基于泥石流災害評估參數(shù)選擇原則和前人研究，
選取合適的評價因子，即流域面積、主溝長度、最大
相對高差、流域切割密度、主溝彎曲度、人口密度、動
儲量和發(fā)生頻率這8個因子，以定性和定量相結合
的方式確定評價因子的權重和隸屬度，建立研究區(qū)
泥石流的危險度評價模型，得到了研究區(qū)龍溪河流
域泥石流溝危險性分布圖。研究區(qū)有12條溝為低
度危險性，8條溝為中度危險性，1條溝為高度危險
性，并且又將評價結果與劉希林公式進行驗證，匹配
度為75％。說明根據(jù)熵值法得出的泥石流危險眭評
價結果較為合理可靠。
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《爭護痧《伊《鏟、驢諺《鏟抄護、驢《伊、驢、驢抄、驢電礦噸礦、驢、疹、喀九d爭卅爭電尹《妒、廖、夠、西凡d爭，疥岔疥價疥積分積積扔積積積疥疥EZ爭
(上接第3頁)
在國內(nèi)外應用較為廣泛。關于非工程措施，主要包
括優(yōu)化水庫水質(zhì)監(jiān)測體系、完善法律制度等，將非工
程措施與工程措施相結合，對改善水環(huán)境條件具有
跟好的效果。
3結論
(1)利用可變模糊識別模型對大連市9座主要的
水源水庫的水質(zhì)進行了綜合評價，研究表明，可變模糊
模型在水庫水賈評價中具有良好的可行性和實用性。
(2)評價結果表明大連市主要供水水庫總體水
質(zhì)良好，處于1—2類水質(zhì)之間，符合城鎮(zhèn)供水需求。其
中英那河水庫水質(zhì)最好，水質(zhì)接近I類水標準，松樹水
庫水質(zhì)相對較差，但也介于I類水和Ⅱ類水之間。
(3)為了保障可水庫持續(xù)供水，并進一步優(yōu)化
水庫水質(zhì)，建議從控制點源排放、加強面源管理、控
制內(nèi)源污染隱患等幾個方面，結合工程和非工程措
施進行管控。

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