洪災風險綜合分析與智能評價的理論與方法.pdf

1、中國是一個洪澇災害頻繁發(fā)生的國家,并且以其發(fā)生頻率高、分布范圍廣、災害程度重、經(jīng)濟損失大而成為最為嚴重的自然災害,嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全和阻礙了社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。因此,開展洪災風險分析研究,確切分析洪災發(fā)生的可能性及其可能造成的損失,對于科學、有效地防洪減災具有重要意義。然而,洪水災害系統(tǒng)是一個包括致災因子、孕災環(huán)境、承災體和災情的開放式復雜巨系統(tǒng),具有高度非線性、時空動態(tài)性和復雜不確定性,系統(tǒng)中各種耦合問題日趨復雜并呈現(xiàn)由低維向高

2、維的演化過程。毫無疑問,針對這一復雜系統(tǒng)的風險分析與風險管理,無論是采用經(jīng)典的控制理論,還是采用傳統(tǒng)的數(shù)學手段,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,相關研究已呈現(xiàn)出“從低維線性到復雜高維非線性”、“從單尺度到多維時空尺度”、“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,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。本文基于復雜耦

3、合的思想和復雜系統(tǒng)的集成方法,提出了多種復雜耦合評價模型并應用到不確定性洪災風險綜合分析與智能評價的研究中,旨在豐富和發(fā)展洪災風險分析中的指標體系構建、綜合權重推求、評價方法建立的技術路線,實現(xiàn)對復雜條件下洪災風險識別、診斷、評價以及不完備信息條件下洪災風險模糊評價,為洪水風險綜合管理和防災減災緊急預案提供科學的決策支持。具體說來,本文的主要研究集中在洪水危險性識別、洪災易損性診斷、洪災風險綜合評價、模糊風險評價和洪災災情智能評價等方面

4、,取得了一些具有理論意義和實用價值的研究成果。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)針對洪水分類指標時空分布不均、交叉嚴重且綜合權重不易計算等問題,采用靈敏度系數(shù)將主、客觀權重綜合為組合權重,提出了一種基于組合權重的模糊聚類迭代模型;同時,對基本差分進化算法進行改進提出了性能更優(yōu)的自適應混沌差分進化算法(ACDE),全局搜索得到了組合權重模糊聚類迭代模型的最優(yōu)的模糊聚類中心和靈敏度系數(shù)。實例研究表明提出的分類方法合理、可靠

5、、穩(wěn)健,既能有效處理洪水分類指標的不確定性和模糊性,又綜合考慮了評價指標的主客觀權重,在無評價標準情況的排序、評價和決策問題中具有良好的推廣應用價值。
　　(2)針對洪災易損評價指標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,將理想解法和灰色關聯(lián)法相結合并進行有效改進,對研究區(qū)域在發(fā)生洪水時可能造成的損失程度進行動態(tài)綜合評價。研究表明,提出的改進灰色理想解法,思路清晰、結果合理、應用靈活,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,能充分利用知識信息,更好地挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律,提高了洪災易損性評價的科學性,在多指標綜合評價方面具有較好的應用前景。
　　(3)依據(jù)災害系統(tǒng)理論,針對洪水災害形成、發(fā)展、致災過程不確定性對洪災風險的影響,結合水文氣象、社會經(jīng)濟、自然環(huán)境等數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料以及相應的法規(guī)、案例,構建了了荊江分洪區(qū)洪災風險綜合評價指標體系及其等級評價標準,并運用梯形模糊數(shù)和層次分析法相結合的方法(TrFN-AHP)確定評價指標權重

7、。同時,針對復雜洪災系統(tǒng)中隨機、模糊、灰色等各種不確定性,以洪災風險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)間識別理論的洪災風險綜合評價模型(AIRM-POME),最大程度地消除洪災風險分析中的各種不確定性,由置信度準則和特征值公式判定各評價單元的洪災危險等級和易損等級,并根據(jù)自然災害風險的定義及其定量表達式給出風險等級。實例研究表明評價結果可信度高,是一種洪災風險分析的新方法,可推廣應用到其他自然災害的風險分析中。<

8、br>　　(4)傳統(tǒng)概率計算方法在實際應用中會遭遇“小樣本”的不完備信息問題,存在不精確和不確定的理論瓶頸。為有效處理洪災風險的不確定性和不完備性,在以“信息分配”和“信息擴散”為核心的模糊信息優(yōu)化處理技術的基礎上,應用改進的內(nèi)集-外集模型得到了洪災可能性-概率風險值,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,也為風險評價中的模糊信息識別、容納、處理與計算提供了一條新思路;在此基礎上,計算了區(qū)間風險估計值,

9、得到了與軟直方圖基本一致的結果,并引入模糊集截集技術推求得到了不同截集水平下的冒險風險值、保守風險值和最大可能風險值,體現(xiàn)了風險評價結果的不同層次結構,可為決策者提供多層次、多值化的風險信息。
　　(5)針對洪災災情評估指標與災情等級之間的復雜非線性關系,引入支持向量回歸建模方法并結合ACDE進行參數(shù)優(yōu)選,同時將集對分析理論、三角模糊數(shù)、隨機模擬技術進行結合,將離散的整數(shù)型災情等級評價推廣到連續(xù)型、區(qū)間型災情等級綜合評價,解析了災