洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合分析與智能評(píng)價(jià)的理論與方法.pdf

1、中國(guó)是一個(gè)洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的國(guó)家,并且以其發(fā)生頻率高、分布范圍廣、災(zāi)害程度重、經(jīng)濟(jì)損失大而成為最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害,嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全和阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此,開(kāi)展洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析研究,確切分析洪災(zāi)發(fā)生的可能性及其可能造成的損失,對(duì)于科學(xué)、有效地防洪減災(zāi)具有重要意義。然而,洪水災(zāi)害系統(tǒng)是一個(gè)包括致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和災(zāi)情的開(kāi)放式復(fù)雜巨系統(tǒng),具有高度非線性、時(shí)空動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜不確定性,系統(tǒng)中各種耦合問(wèn)題日趨復(fù)雜并呈現(xiàn)由低維向高

2、維的演化過(guò)程。毫無(wú)疑問(wèn),針對(duì)這一復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)管理,無(wú)論是采用經(jīng)典的控制理論,還是采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)手段,都將遇到諸如信息不確定性、模型合理可靠性、數(shù)據(jù)資料不完備性、系統(tǒng)集成普適性等方面的困難,相關(guān)研究已呈現(xiàn)出“從低維線性到復(fù)雜高維非線性”、“從單尺度到多維時(shí)空尺度”、“從單情景到組合情景”、“從單變量到多重耦合變量”、“從確定性到不確定性”的發(fā)展趨勢(shì),迫切需要理論與方法體系的創(chuàng)新,亟待研究和發(fā)展新的理論與方法體系。本文基于復(fù)雜耦

3、合的思想和復(fù)雜系統(tǒng)的集成方法,提出了多種復(fù)雜耦合評(píng)價(jià)模型并應(yīng)用到不確定性洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合分析與智能評(píng)價(jià)的研究中,旨在豐富和發(fā)展洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析中的指標(biāo)體系構(gòu)建、綜合權(quán)重推求、評(píng)價(jià)方法建立的技術(shù)路線,實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜條件下洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、診斷、評(píng)價(jià)以及不完備信息條件下洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià),為洪水風(fēng)險(xiǎn)綜合管理和防災(zāi)減災(zāi)緊急預(yù)案提供科學(xué)的決策支持。具體說(shuō)來(lái),本文的主要研究集中在洪水危險(xiǎn)性識(shí)別、洪災(zāi)易損性診斷、洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)、模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和洪災(zāi)災(zāi)情智能評(píng)價(jià)等方面

4、,取得了一些具有理論意義和實(shí)用價(jià)值的研究成果。本文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)針對(duì)洪水分類(lèi)指標(biāo)時(shí)空分布不均、交叉嚴(yán)重且綜合權(quán)重不易計(jì)算等問(wèn)題,采用靈敏度系數(shù)將主、客觀權(quán)重綜合為組合權(quán)重,提出了一種基于組合權(quán)重的模糊聚類(lèi)迭代模型;同時(shí),對(duì)基本差分進(jìn)化算法進(jìn)行改進(jìn)提出了性能更優(yōu)的自適應(yīng)混沌差分進(jìn)化算法(ACDE),全局搜索得到了組合權(quán)重模糊聚類(lèi)迭代模型的最優(yōu)的模糊聚類(lèi)中心和靈敏度系數(shù)。實(shí)例研究表明提出的分類(lèi)方法合理、可靠

5、、穩(wěn)健,既能有效處理洪水分類(lèi)指標(biāo)的不確定性和模糊性,又綜合考慮了評(píng)價(jià)指標(biāo)的主客觀權(quán)重,在無(wú)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)情況的排序、評(píng)價(jià)和決策問(wèn)題中具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
　　(2)針對(duì)洪災(zāi)易損評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的不相容性和不確定性,以多屬性決策的理論與方法為基礎(chǔ),將理想解法和灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合并進(jìn)行有效改進(jìn),對(duì)研究區(qū)域在發(fā)生洪水時(shí)可能造成的損失程度進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)。研究表明,提出的改進(jìn)灰色理想解法,思路清晰、結(jié)果合理、應(yīng)用靈活,從位置和形狀相似性上綜合描述

6、了樣本與理想解的接近程度,能充分利用知識(shí)信息,更好地挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律,提高了洪災(zāi)易損性評(píng)價(jià)的科學(xué)性,在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方面具有較好的應(yīng)用前景。
　　(3)依據(jù)災(zāi)害系統(tǒng)理論,針對(duì)洪水災(zāi)害形成、發(fā)展、致災(zāi)過(guò)程不確定性對(duì)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響,結(jié)合水文氣象、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)資料以及相應(yīng)的法規(guī)、案例,構(gòu)建了了荊江分洪區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并運(yùn)用梯形模糊數(shù)和層次分析法相結(jié)合的方法(TrFN-AHP)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

7、。同時(shí),針對(duì)復(fù)雜洪災(zāi)系統(tǒng)中隨機(jī)、模糊、灰色等各種不確定性,以洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理廣義熵智能分析為理論框架,提出了基于最大熵原理和屬性區(qū)間識(shí)別理論的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型(AIRM-POME),最大程度地消除洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析中的各種不確定性,由置信度準(zhǔn)則和特征值公式判定各評(píng)價(jià)單元的洪災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)和易損等級(jí),并根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義及其定量表達(dá)式給出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。實(shí)例研究表明評(píng)價(jià)結(jié)果可信度高,是一種洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析的新方法,可推廣應(yīng)用到其他自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)分析中。<

8、br>　　(4)傳統(tǒng)概率計(jì)算方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遭遇“小樣本”的不完備信息問(wèn)題,存在不精確和不確定的理論瓶頸。為有效處理洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的不確定性和不完備性,在以“信息分配”和“信息擴(kuò)散”為核心的模糊信息優(yōu)化處理技術(shù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用改進(jìn)的內(nèi)集-外集模型得到了洪災(zāi)可能性-概率風(fēng)險(xiǎn)值,既闡明了在現(xiàn)有不完備條件下超越概率估算不確定、不精確、不唯一的客觀事實(shí),也為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的模糊信息識(shí)別、容納、處理與計(jì)算提供了一條新思路;在此基礎(chǔ)上,計(jì)算了區(qū)間風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)值,

9、得到了與軟直方圖基本一致的結(jié)果,并引入模糊集截集技術(shù)推求得到了不同截集水平下的冒險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)值、保守風(fēng)險(xiǎn)值和最大可能風(fēng)險(xiǎn)值,體現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的不同層次結(jié)構(gòu),可為決策者提供多層次、多值化的風(fēng)險(xiǎn)信息。
　　(5)針對(duì)洪災(zāi)災(zāi)情評(píng)估指標(biāo)與災(zāi)情等級(jí)之間的復(fù)雜非線性關(guān)系,引入支持向量回歸建模方法并結(jié)合ACDE進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選,同時(shí)將集對(duì)分析理論、三角模糊數(shù)、隨機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行結(jié)合,將離散的整數(shù)型災(zāi)情等級(jí)評(píng)價(jià)推廣到連續(xù)型、區(qū)間型災(zāi)情等級(jí)綜合評(píng)價(jià),解析了災(zāi)