基于云模型的尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)模型

徐鎮(zhèn)凱++劉璇++魏博文++張林++溫勇兵

摘要：針對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中存在模糊性及不確定性等問(wèn)題，將尾礦庫(kù)潰壩作為一個(gè)整體并選取合適評(píng)價(jià)因子，結(jié)合改進(jìn)的層次分析法及云模型理論，建立了適用于尾礦庫(kù)的潰壩風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)模型。算例表明，依據(jù)各評(píng)價(jià)因子的賦值標(biāo)準(zhǔn)生成相應(yīng)的云模型，能夠充分的表征評(píng)價(jià)過(guò)程中模糊性、隨機(jī)性與離散性的特點(diǎn)，經(jīng)改進(jìn)的層次分析法計(jì)算得到各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重后，按照最大隸屬度識(shí)別準(zhǔn)則進(jìn)行綜合評(píng)判。最終結(jié)果與實(shí)際情況相符，進(jìn)一步佐證該評(píng)價(jià)模型的正確性和有效性，為尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一條新途徑。

關(guān)鍵詞：尾礦庫(kù)；潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；不確定性；云模型；綜合評(píng)判

中圖分類號(hào)：TV698.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

16721683（2016）06012206

Tailings dam risk fuzzy evaluation model based on the cloud model

XU Zhenkai，LIU Xuan，WEI Bowen，ZHANG Lin，WEN Yongbing

（College of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang 330031，China）

Abstract：Targeting at the fuzziness and uncertainty faced in the process of tailings dam risk evaluation，tailings dam risk was taken as a whole and appropriate evaluation factors were selected，in combination with the improved AHP and cloud model theory，a model suitable for tailings dam risk fuzzy evaluation was established.Numerical examples showed that，the corresponding cloud model generated based on the standard of each evaluation factor assignment could fully characterize the fuzziness，randomness and discreteness in the process of evaluation.After calculating the weight of each evaluation factor using the improved AHP，comprehensive evaluation was conducted according to the principle of maximum membership degree.The result was consistent with the actual situation，which further evidenced the correctness and validity of the evaluation model，and provides a new way for tailings dam risk evaluation.

Key words：tailings；dambreak risk evaluation；uncertainty；cloud model；comprehensive evaluation

[JP2]我國(guó)是全世界礦產(chǎn)資源大國(guó)，擁有大量的金屬、非金屬礦山以及尾礦設(shè)施，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已擁有尾礦庫(kù)多達(dá)12 655座[12]，尾礦的堆積量達(dá)到80億t。然而，由于礦石分類選取后所排出的尾礦和其他廢棄物大部分都儲(chǔ)存在尾礦庫(kù)內(nèi)，因而尾礦庫(kù)具有高勢(shì)能的特點(diǎn)，是導(dǎo)致泥石流、尾礦泄露的重大危險(xiǎn)源，嚴(yán)重威脅了下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展，因此，如何識(shí)別尾礦庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)源并考慮不確定性，對(duì)其安全狀況做出評(píng)價(jià)顯得至關(guān)重要。

目前，世界各國(guó)學(xué)者針對(duì)尾礦庫(kù)的安全運(yùn)行與管理已經(jīng)進(jìn)行了許多的深入研究。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[3]、突變理論[4]和層次分析法[5]（AHP）等方法已經(jīng)運(yùn)用到尾礦庫(kù)的安全運(yùn)行與管理中。但上述方法都具有一定的局限性，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)要求較高，且易陷入局部最優(yōu)解而無(wú)法求得全局最優(yōu)解；突變理論局限于5個(gè)以內(nèi)重要變量的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，一旦超出變量數(shù)量很難進(jìn)行預(yù)測(cè)；AHP所用的指標(biāo)體系需要有專家系統(tǒng)的支持，導(dǎo)致了該方法主觀性太強(qiáng)而缺乏客觀性，如果給出的指標(biāo)不合理則得到的結(jié)果也就不準(zhǔn)確。故本文采用云模型理論結(jié)合改進(jìn)的層次分析法對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)判。綜合考慮尾礦庫(kù)地質(zhì)、地形、工程狀況和環(huán)境影響。根據(jù)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)相關(guān)性大小建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用云模型理論方法確定各指標(biāo)因子的隸屬度，避免了評(píng)價(jià)過(guò)程中的不確定性、隨機(jī)性和模糊性；采用改進(jìn)的層次分析法確定各指標(biāo)因子的權(quán)重系數(shù)，降低了主觀性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響；按照最大隸屬度識(shí)別準(zhǔn)則，采用模糊綜合評(píng)價(jià)理論[69]綜合評(píng)價(jià)得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

1云模型理論

1.1云的定義

云模型理論由李德毅院士提出，是一種能夠?qū)⒍ㄐ耘c定量不確定性相互轉(zhuǎn)換的模型。由于云模型能夠?qū)⒉淮_定性概念的模糊性與隨機(jī)性充分體現(xiàn)，因此在網(wǎng)絡(luò)安全[1011]、電力系統(tǒng)[1213]、機(jī)械[14]與計(jì)算機(jī)[1516]等學(xué)科領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

設(shè)U是一個(gè)由一系列具體的數(shù)值所組成的集合表示的定量論域，C為定量論域U上的定性概念。存在具有穩(wěn)定傾向的某一定量數(shù)值x（記為x∈U），且這一定量數(shù)值x是定性概念C上的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn)（式（1）），稱為x對(duì)C的隸屬度。若定量論域U中的元素都是簡(jiǎn)單有序排列的，將定量論域U視作基礎(chǔ)變量，則隸屬度（μ（x）∈[0，1]）在定量論域U上的分布稱為云，即一個(gè)具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)：

μ：U→[0，1]x∈U，x∈μ（x）[JY]（1）

則x在定量論域U上的分布叫做云，每個(gè)云滴用（x，μ（x））表示。

[HJ1.8mm]反之，若定量論域U中的元素不遵循簡(jiǎn)單有序排列，而是按照某個(gè)法則將U映射到一個(gè)簡(jiǎn)單有序的定量論域U′上，U′中的元素與U中的元素一一對(duì)應(yīng)，即將新的定量論域U′，視作基礎(chǔ)變量，（μ，（x）∈[0，1]）則隸屬度在定量論域U′上的分布也叫做云，見圖1。

1.2云的三個(gè)數(shù)字特征

在圖1中，期望Ex、熵En和超熵He為云模型的三個(gè)基本參數(shù)，其中，期望Ex表征云滴在定量論域空間U上分布的期望，是代表概念在論域空間U的平均水平，是定性概念的典型點(diǎn)。熵En是表征定性概念的不確定性的度量，反映了定性概念的隨機(jī)性和模糊性。不僅是定性概念的隨機(jī)性的度量，表征定性概念的云滴離散程度；而且是定性概念的模糊性的度量，表征了論域空間中能被定性概念接受的云滴取值范圍。超熵He是對(duì)熵的不確定性的度量，反映了云滴在論域空間的不確定度的凝聚性，超熵的大小決定了云的厚度。即He越大，云的厚度越大。He反映了熵的隨機(jī)性和模糊性。

1.3云發(fā)生器

云發(fā)生器主要有正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器。正向云發(fā)生器是由定性到定量的轉(zhuǎn)換，即根據(jù)云的三個(gè)數(shù)字特征Ex、En和He產(chǎn)生云滴。實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)言值表達(dá)的定性信息中獲得定量的范圍和分布規(guī)律，云的

數(shù)字特征產(chǎn)生云滴是最基本的正向云發(fā)生器算法。逆向云發(fā)生器是由定量到定性的轉(zhuǎn)換，即將一定量的精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成云的三個(gè)數(shù)字特征來(lái)反映定性概念。逆向云發(fā)生器基于統(tǒng)計(jì)原理的基本算法，分別

是利用確定度信息和無(wú)需確定度信息。云正向發(fā)生器和逆向發(fā)生器見圖2。

4結(jié)論

（1）針對(duì)尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的模糊性、隨機(jī)性與離散性等特性，本文結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)理論提出了基于云模型的尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型。該模型通過(guò)云模型理論反映評(píng)價(jià)過(guò)程中概念的不確定性，并通過(guò)IAHP降低主觀性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更切合實(shí)際情況。

（2）本文采用云模型理論和模糊綜合評(píng)價(jià)理論，綜合考慮了其評(píng)價(jià)結(jié)果模糊性及隨機(jī)性，最大程度上避免了評(píng)價(jià)過(guò)程中概念的不確定性，為分析尾礦庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一條簡(jiǎn)單有效的新途徑。通過(guò)工程實(shí)例分析，計(jì)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果與同領(lǐng)域其他學(xué)者的研究成果相吻合，符合工程實(shí)際情況。

（3）尾礦庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的好壞不僅與評(píng)價(jià)方法有著密不可分的關(guān)系，同時(shí)還依賴于評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)合理與否，因此關(guān)于尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。

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