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《吉林大学》 2010年
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西藏喜马拉雅山地区冰湖溃决非线性预测研究

庄树裕  
【摘要】: 近年来,由于受全球气候变化的影响,喜马拉雅山地区冰湖灾害日益突出,可能发生溃决的冰湖数量不断增加,给当地人们造成人员伤亡和大量的财产损失,严重制约着西藏社会经济发展。同时随着国家西部大开发战略实施,各项基础设施的建设逐步完善,冰湖的危害程度越来越严重。因此针对冰湖溃决的预测研究势在必行。 论文通过对研究区的地质环境调查及相关资料研究,阐述了喜马拉雅山地区的自然地理、地质概况,分析了喜马拉雅山地区的工程地质环境特征。在综合分析前人的研究成果和现场调查资料基础上,提出了研究区冰湖溃决的发生条件和冰湖溃决模式,用量化指标对冰湖溃决进行了预测。 在全球气温升高的大环境下,研究区冰湖溃决灾害日益严重,具有分布范围广、危害大,且尚没有一套行之有效的方法。根据冰湖溃决具有高度的非线性和不确定性的特点,论文采用了基于支持向量机-可拓学理论的非线性冰湖溃决预测模型,对研究区的冰湖溃决的可能性进行预测。预测结构表明,基于非线性理论的冰湖溃决预测模型可以较为客观的对冰湖危险性进行预测,可为喜马拉雅山地区冰湖溃决灾害防治提供科学依据。 论文通过对喜马拉雅山地区冰湖系统的研究,获得以下成果和结论: 1.以研究区已发生的冰湖溃决调查资料为基础,分析研究冰湖溃决灾害的发生条件,其中包括气候背景,汇水条件、地形地貌条件、水文条件、地震等方面;从气候背景组合形式和终碛垄受破坏形式两方面对冰湖溃决模式进行了分类,前者分为4大类、17种模式,后者可分为翻浪涌坝型、渗透融沉溃坝型,旁沟侵蚀型三种模式,后者三种模式间并没有明显的界限,在一定条件可能还会发生转换。 2.在分析冰湖溃决影响因素的基础上,构建了以母冰川-冰湖-终碛垄为主线的冰湖溃决预测指标体系,并采用补给冰川面积、冰川积雪区平均纵坡、冰舌坡度、冰舌前端距冰湖距离、冰川裂隙发育情况、冰湖面积、两岸崩塌发育情况、背水坡度,冰川坝顶宽度、受旁沟冲刷程度、水热组合等11个因子作为冰湖溃决预测的评判指标,并进行了量化。 3.冰湖溃决危险性的分类问题是对其特性与各影响因素之间的函数关系的逼近问题,也即模式识别问题。支持向量机在非线性系统方面具有避免局部极小点、过学习等缺陷的优势,本文以支持向量机的基本原理及其算法为基础,建立了冰湖溃决危险性分类模型,并把此模型成功地应用于喜马拉雅山地区的25个冰湖实例的溃决预测中。 4.在对基于支持向量机理论的预测模型进行检验时发现,学习样本通过训练所得到学习正确率90%以上的模型不止一个,这说明,通过学习样本法进行训练所得模型的正确性是不够可靠的,因此选取学习样本中的9个对模型再次进行检验,测试正确率达90%以上的仅剩下一个。据此,确定其为可靠的基于支持向量机算法的冰湖溃决预测模型。 5.在用可拓评判法对冰湖溃决进行预测时,逼真的权重是优化评价结果的关键因素。权重的分配是否合理,直接影响到评估的科学性。本文提出一种基于粗糙集理论的权重确定求法。利用粗糙集理论中的属性重要度的概念,求出各评价指标的权重系数,通过该权重值的大小可以很清晰的看出评价指标间的相对重要程度排序,从而使求得的权重具有更高的客观性,以此来解决基于可拓学理论的冰湖溃决预测中权重的求取问题。权重计算结果表明,目前对喜马拉雅山地区冰湖溃决影响最大的是冰川指标,其次是冰碛坝指标,再次是湖盆指标。在冰湖预测指标体系中,从是否有利于溃决来分析,占权重约70%的指标是致溃指标,占权重约30%的指标是阻溃指标。假设冰湖的危险等级的分布情况符合均匀分布规律,则认为目前西藏喜马拉雅山地区存在溃决危险的冰湖有七成,相对较稳定的冰湖有三成。 6.喜马拉雅山地区冰湖溃决危险度等级以高度危险居多,占待测冰湖的40%,低度危险的冰湖占待测冰湖20%。高度危险冰湖的后缓冰川覆盖区面积都比较大,冰舌基本都伸入湖面,为冰湖溃决提供了足够的水源条件;冰湖区的水热组合也都在湿热和干热两者间,为冰湖溃决提供气候条件;且它们的终碛坝坝顶宽度都较为薄弱,在湖水位突涨的情况下,终碛坝容易受破坏造成冰湖溃决。 7.将支持向量机法预测的结果、可拓评价的结果和实际情况进行比较表明:采用这两种非线性方法对冰湖溃决进行预测的结果比较相近,与实际情况比较吻合。这也说明了采用非线性理论对冰湖溃决进行预测是一种有效的方法,证明了本论文选题的理论意义和实用价值。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P642.23

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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8 王欣;刘时银;;冰碛湖溃决灾害研究进展[J];冰川冻土;2007年04期
9 岳志远;曹志先;车涛;李新;;冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟[J];冰川冻土;2007年05期
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【二级参考文献】
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6 李文军;冰川是如何形成的[N];北京科技报;2002年
7 本报记者 熊文娟;“环保我没有成绩……”[N];中国经济导报;2009年
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9 蒲英 记者 苗世新;甘肃防御气象灾害形势不容乐观[N];大众科技报;2007年
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10 陈国玉;喜马拉雅山中部地区泥石流危险性评价研究[D];吉林大学;2010年
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