專利名稱：一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，尤其是涉及ー種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法。
背景技術(shù)：
輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，輸電線路的安全穩(wěn)定運行直接影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。當前，土地資源日益寶貴，山區(qū)線路越來越多，電カ部門不可避免地面臨大量的邊坡工程，邊坡穩(wěn)定性問題變得日益突出。由于暴雨造成水土流失，與之密切相關(guān)的坡面沖刷、滑坡、滑塌等廣義滑坡災(zāi)害時有發(fā)生，危及輸電線路桿塔安全，嚴重者甚至造成線路倒桿斷線。因此，防止輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害事故，是保證輸電線路安全穩(wěn)定運行的ー項十分重要的工作，已逐漸受到電カ設(shè)計部門、供電管理部門的重視，而做好 對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估、預(yù)警是防止暴雨災(zāi)害事故的基礎(chǔ)。一般認為，針對不同目的或服務(wù)對象，可進行不同類型的災(zāi)害風險評估，根據(jù)滑坡災(zāi)害評估范圍或面積，可將邊坡風險性評估分為點評估、面評估及區(qū)域評估。對于輸電線路基礎(chǔ)邊坡，較好的辦法是對具體邊坡形成比較精確、量化的評估系統(tǒng)，為抗災(zāi)、救災(zāi)和實施防治工程提供依據(jù)，屬于點評估范疇，需要綜合考慮線路桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征、地形地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及植被情況特征等諸多因素。除此之外，暴雨引起的邊坡失穩(wěn)雖然屬于邊坡工程研究范圍，但其風險評估方法不能生搬硬套現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性評估方法，它跟坡面降雨強度等相關(guān)。目前，國內(nèi)外的技術(shù)中，還未出現(xiàn)因暴雨給輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡帶來的風險進行評估研究的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種適用于山區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的設(shè)計和監(jiān)瞀管理的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，包括以下步驟SI確定致災(zāi)因子從包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)和坡面植被特征中，根據(jù)大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果統(tǒng)計，按致災(zāi)最為嚴重的因子順序依次選取至少4位；S2對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進行量化、歸ー化和權(quán)重確定S2-1量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法將各定性指標分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標的量化；S2-2量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進行歸一化處理，將量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值；
S2-3邊坡穩(wěn)定性分類穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定，以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進行歸ー化處理，將邊坡穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的安全系數(shù)；S2-4構(gòu)建包含目標層、準則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標層在上，準則層在中，方案層在下；目標層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量；S3確定危險性評估模型以大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練直至達到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，即輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型；S4確定風險性評估模型根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風險度影響的權(quán)重向量，以國際上較為認可的風險表達式風險度=危險度X易損度，即風險包含風險發(fā)生的可能性(危險度)和風險帶來的損害程度(易損度)，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險評估數(shù)學(xué)模型；S5進行評估根據(jù)風險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估的具體輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡及降雨量進行評估得到評估結(jié)果。所述的步驟SI的地質(zhì)構(gòu)造作為致災(zāi)因子是根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計獲得的，包括單層介質(zhì)邊坡、多層介質(zhì)邊坡(如花崗巖殘積土、全風化花崗巖組成的邊坡)。所述的步驟S4中，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= co式中％為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。本發(fā)明的原則為確定控制輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害危險性的有關(guān)因素，采用人工智能法建立致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)國際上較為認可的風險表達式風險度=危險度X易損度，即風險包含風險發(fā)生的可能性(危險度)和風險帶來的損害程度(易損度)，建立輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險評估數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險的準確評估。本發(fā)明的優(yōu)點是，評估是基于大量災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果統(tǒng)計進行，對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險的評估結(jié)果更加真實可靠，更具針對性，實現(xiàn)對具體邊坡的評估。本發(fā)明的推廣應(yīng)用，將會有效地幫助電カ設(shè)計部門、供電管理部門，科學(xué)、準確地對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險進行評估，有針對性地采取預(yù)警和防治措施來提高其抗災(zāi)性能，更加精細化地管理電網(wǎng)。


附圖為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式下面，結(jié)合本發(fā)明的附圖對實施例作進ー步的描述。如附圖所示，本發(fā)明提出的一種輸電線 路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，在實施中，具體包括以下步驟(I)致災(zāi)因子的確定分析暴雨災(zāi)害的影響因素、確定致災(zāi)因子是開展暴雨災(zāi)害風險評估的第一歩。暴雨災(zāi)害的影響因素包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)、坡面植被特征等，確定致災(zāi)因子，建立評估體系要充分考慮區(qū)域的差異和當?shù)氐牡乩硖卣?。本發(fā)明根據(jù)大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果統(tǒng)計得出輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險的主要控制因子，按致災(zāi)最為嚴重的因子順序依次選取至少4位。( 2 )邊坡穩(wěn)定性分類結(jié)合輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險性分類標準，將邊坡穩(wěn)定性劃分為3個等級，穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定。(3)對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進行量化、歸ー化及權(quán)重的確定致災(zāi)因子的定量指標直接根據(jù)實際值以衡量，定性指標的量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法，將各定性指標分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標的量化。量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進行歸一化處理,將其轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值。構(gòu)建包含目標層、準則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標層在上，準則層在中，方案層在下；目標層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量。(4) BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定危險性評估模型以大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練直至達到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，確定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型。(5)風險性評估模型根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風險度影響的權(quán)重向量，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= co式中％為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。以國際上較為認可的風險表達式風險度=危險度X易損度，即風險包含風險發(fā)生的可能性(危險度)和風險帶來的損害程度(易損度)，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險評估數(shù)學(xué)模型。(6)進行評估根據(jù)風險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估參數(shù)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡進行暴雨風險評估，獲得評估結(jié)果。作為ー個例子，本發(fā)明對某地區(qū)一個輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡進行暴雨風險評估。該邊坡坡度41°，坡高16. 2m，土體干密度1650kg/m2，地層巖性花崗巖殘積土，a :38%，輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型掏挖基礎(chǔ)，災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離2. 5m，輸電線路電壓等級500kV。表I為該地區(qū)暴雨災(zāi)害風險的主要控制因子及相應(yīng)的量化標準。表I某地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的致災(zāi)因子及相應(yīng)的量化標準 等坡角降雨W —r密度其 性a 坡高
緩廣/mm /kg/m"/% /m
I^20 ^500 ^1660.It 它<30 ^5
全風化花M巖500 80 16補 166
II20-35/ 全風化泥！ 30-40 5-15
00
葉巖花崗巖殘積土
III多 35 多800 《1640ミ 40 き 15
/粉質(zhì)鉆丄備注a為彡0. 075mm顆粒質(zhì)量所占的比例表2為歸ー化后的部分網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。輸出(0. 9, 0. I, 0. I)代表邊坡穩(wěn)定，(0. 1,0. 9, 0. I)代表邊坡基本穩(wěn)定，(0. 1,0. 1,0.9)代表邊坡不穩(wěn)定。表2歸ー化后的部分BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)
ftBP聞_輸入BP _1|輸出
本降爾I
坡角r密.度a坡以 .填木不穩(wěn)
mV:I 性 ■定
r/kg/nr/%/m 穩(wěn) & 定
jImm
10,750.550.50.1 OJ 0.1 OJ I 0.1 0.1—--_____----———........................................................................
20.7750.380.50.5 0.9 0.5 0.1 I 0.1 OJ
30.9 0.59 0.9 0.5 0.5 0.5 0.1 I 0.1 OJ
40.825 OJl 0.5 0.9 0.5 0.5 CU I CU OS
50.57 0.23 0.5 0.1 0.9 0.5 0.1 I 0.9 0.1
利用訓(xùn)練的BP網(wǎng)絡(luò)對某基礎(chǔ)邊坡進行暴雨危險評估，樣本數(shù)據(jù)為坡角41 °，降雨量50年最大雨強235mm/hX2h (和3h)，干密度1650kg/m2，巖性花崗巖殘積土，a :38%，坡高16. 2m,評估的結(jié)果分別為(0. 1043, 0. 8251，0. 1020)和(0. 1015, 0. 1026, 0. 8954)，說明在當?shù)?0年最大雨強條件下，連續(xù)降雨3h該輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡很可能會出現(xiàn)滑坡而失穩(wěn)。表3為該地區(qū)易損度因子的量化及權(quán)重。計算該輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的易損度為5，在當?shù)?0年最大雨強條件下，連續(xù)降雨3h時，危險性評價為(0. 1015,0. 1026,0. 8954) X5，表明危險等級高。表3某地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡易損度因子的量化及權(quán)重
權(quán)利要求
1.一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，包括以下步驟 Si確定致災(zāi)因子 從包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)和坡面植被特征中，根據(jù)大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果統(tǒng)計，按致災(zāi)最為嚴重的因子順序依次選取至少4位； S2對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進行量化、歸ー化和權(quán)重確定 S3確定危險性評估模型 以大量區(qū)域災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練直至達到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，即輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型； S4確定風險性評估模型 根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風險度影響的權(quán)重向量，以國際上較為認可的風險表達式風險度=危險度X易損度，即風險包含風險發(fā)生的可能性和風險帶來的損害程度，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險評估數(shù)學(xué)模型； S5進行評估 根據(jù)風險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估的具體輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡及降雨量進行評估得到評估結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，其特征是所述的步驟SI的地質(zhì)構(gòu)造作為致災(zāi)因子是根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計獲得的，包括單層介質(zhì)邊坡、多層介質(zhì)邊坡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，其特征是所述的步驟S2包括以下子步驟 S2-1量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法將各定性指標分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標的量化； S2-2量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進行歸一化處理，將量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值； S2-3邊坡穩(wěn)定性分類穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定，以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進行歸一化處理，將邊坡穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的安全系數(shù)； S2-4構(gòu)建包含目標層、準則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標層在上，準則層在中，方案層在下；目標層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法，其特征是所述的步驟S4中，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= w 式中《 i為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。
全文摘要
一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風險評估方法根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗統(tǒng)計得出控制輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨危險性致災(zāi)因子；對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進行量化、歸一化處理后采用改進層次分析計算程序求得各致災(zāi)因子對暴雨致災(zāi)影響的權(quán)重向量；采用人工智能法，用改進BP網(wǎng)絡(luò)建立致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型；對易損度因子進行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風險度影響的權(quán)重向量，根據(jù)風險度=危險度×易損度關(guān)系，建立輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險評估數(shù)學(xué)模型；實現(xiàn)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風險的準確評估。
文檔編號G06F19/00GK102867110SQ20121030126
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者李鵬云, 張峰, 鐘萬里, 柳玉波, 戴沅 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院