第一章 绪论

1.1 选题的依据及研究意义

三峡水库自 2003 年 6 月开始分三阶段蓄水，历经 135m、156m 和 175m 的蓄水过程，2008 年 11 月首次试验性蓄水至 172.8m，至 2010 年 10 月 26 日坝前水位达到 175m，目前坝前水位运行在 145m～175 m 之间。长江三峡水库为山区河道型水库，水库干流长度为 580～667km，面积达 1084km2，干流、主要支流库岸的总长度约 5300km。长江三峡水利工程已经在发电、航运、供水、抗旱、防洪、生态等方面显现良好的效益[1]。

三峡水库库区覆盖湖北省及重庆市有关市县，库区地形、地质条件复杂，并且易受暴雨等因素影响，一直是滑坡、崩塌及泥石流等地质灾害多发地区。自水库 2003 年开始蓄水以来，库区滑坡等地质灾害活动趋于频繁，灾害加剧。已经发生了数起滑坡变形，例如：湖北省秭归县千将坪、泥儿湾，巴东县黄土坡等滑坡变形；重庆市云阳县凉水井和巫山县塔坪的滑坡变形，以及巫山县望峡危岩体崩塌等典型地质灾害事件[2]。

水库蓄水致使河岸自然地质条件发生重大改变，库区水位上升抬升库岸侵蚀基准面，引起库区河道水文条件重要变化，诱发水库库岸再造运动[3]。随着水库建成蓄水，河道内水流流速渐缓并形成人工湖泊静水，由此，水库坡岸发生一系列地质现象，塌岸即是最为典型、最为常见的库岸工程地质灾害。水库库面波浪冲击侵蚀、地表降水径流、地下水动水压力变化等因素，引起坡岸岩土层风化加速，坡岸岩土层的抗剪强度减弱，引起库岸变形、失稳，直到发生坍塌，坍塌的岩土体滑入水库，并在波浪作用范围内形成新的浅滩，库岸位置后撤、库岸再造，形成水库塌岸现象[4，5]。水库塌岸引起库岸段大量滩地坍失，农田丧失，沿岸道路、厂房、住宅等基础设施遭受破坏。塌岸导致土石淤积入库，减少水库有效库容。塌岸引起河势变化，致使航道、港口不能正常运营，引发事故。水库建成后的塌岸作用，容易诱发水库库岸的崩塌、滑坡等地质灾害[6]。

伴随人类改变河流自然状况建设水库，水库的塌岸现象不断发生发生，历史资料显示，在 1864～1876 年间，全球共超过 100 座水库发生了塌岸、溃坝等灾害。只是由于在当时条件下，一般兴建的水库规模普遍较小，而且以山区小型河流上建设居多，因此，因为塌岸等灾害造成的损失普遍较小[7]。随着大型水库的不断兴建，较大型水库发生的库岸塌岸现象，造成了严重的生命、财产损失，塌岸问题逐步得到广泛关切。1963 年 10 月 9 日，意大利瓦依昂水库因水库蓄水诱发滑坡，估计有 22 亿 m3的库岸突然发生塌岸，巨量塌岸岩土体急速滑入库中，因此而激起的涌浪超过大坝顶面 100 余米，引发的洪水完全摧毁水库下游的一个村镇，直接导致近 3000 人丧生，水库也被摧毁变成石库，成为世界上规模最大、后果最为严重的水库塌岸灾害事故[3]。我国兴建的水库中，官厅、拓溪、三门峡等多座水库都曾发生塌岸灾害。例如：永定河上游的官厅水库 1955 年建成投入使用，总长约 220km 的库岸岸坡大部分为第四系松散堆积体，特殊的库岸地质条件致使水库建设后不断发生塌岸，塌岸总长度约 51km，给岸边村镇居民造成重大损失[8]。湖南拓溪水库 1958 年动工建设，1961 年 2 月 5 日开始蓄水，因蓄水导致库区水位急剧升高，加之 8d 连续降雨，3 月 6 日，库区右岸 1 650000m3塌岸高速滑入水库，激起超过 10m 波浪，漫过坝顶冲毁坝下的施工场地，造成巨大损失。截至 1990 年，拓溪水库滑坡等库岸再造作用依然持续，累计 4000 余处[9]。黄河上游的三门峡水库 1960 年建成使用，至 1996 年，库区塌岸共损毁耕地 5453hm2，损毁滩地 6487hm2，造成农业基本设施直接损失 683 万元，12386人被迫搬迁，25 人伤亡，虽然一直在采取防治塌岸措施，但塌岸现象仍不断发生[10，11]。

长江三峡库区跨越渝东、鄂西地区，是典型的山区河道型水库。三峡水库建成蓄水达到设计 175m 蓄水位后，库区水位升高，库尾回水将上溯至重庆市江津县一带江段，库区静水水域将扩展到重庆市的江津、合川等县以及部分重庆市主城区，三峡水库总长度将达 650km。随着水库建成蓄水，淹没范围涉及重庆市14 个县市及 100 个集镇，淹没区沿江两岸经济相对发达，人口分布密度大，影响更为集中。随着三峡 2003 年 6 月 1 日开始蓄水，必然引发库区 135～175m 高程范围库岸边坡稳定性的破坏，引发水库塌岸和库岸再造[12]。

根据长江水利委员会 2001 年统计资料，长江三峡工程实现 175m 蓄水位运行时，三峡库区的长江干流和支流库岸总长约 5311km，其中调查评价稳定性较差的库岸段长度给为 441km，大约占库区库岸总长度的 8.3%。调查得到城镇库岸段长达 462km，约占库岸总长的 8.7%[13]。需要特别关注的是，这些人类活动较为密集的城镇库岸段，由不同年代、不同成因的崩塌、崩坡积物、滑坡、巫山黄土、河流阶地堆积物等组成的松散堆积层约占 55.5%。其中，由长 77.8km 由滑坡、变形体等构成的坡岸段稳定性较差，约占城镇库岸长度的 19.5%；由冲积物构成的库岸段长约 52.3km，约占城镇库岸长度的 13.1%，库岸稳定程度较高；其余约占城镇库岸段总长度 67.4%的库岸段稳定性一般，介于前述两者之间，主要由软弱岩土体及由含软弱夹层的基岩顺层组成[14]。三峡工程初期蓄水 135m 之后，由于水库蓄水和强降雨的共同作用，2003 年 7 月 13 日，湖北省秭归县沙镇溪镇千江坪村坡岸发生特大滑坡，直接造成死亡 14 人、失踪 10 人、1200 人无家可归，直接经济损失 8000 多万元[15]。

塌岸是水库蓄水后普遍发生的多发灾害，塌岸可能在瞬间发生并造成巨大灾害，对库区沿岸危害极大，因此，库岸稳定性问题已经成为影响制约水利资源开发的重要因素。随着三峡工程的开工建设，三峡库区库岸稳定性评价与塌岸预测研究受到高度重视和广泛关注，更成为国家防灾减灾领域重点研究课题，引起工程地质研究领域高度重视[16]。国土资源部组织开展三峡库区坡岸地质条件调查，对不良地质库岸段确定重点防护塌岸段及其具体防护范围，建立库岸稳定性评价模型，开展库岸稳定性评价，进行塌岸预测，为塌岸防治提供工程地质依据。吉林大学参与了三峡库区塌岸预测和防治专题研究工作，2004 年 3 月至 6 月对重庆市属部分县区库岸段进行了现场塌岸地质调查，取得了大量野外库岸地质资料，为塌岸研究提供了详实的地质资料。项目组以实地调查资料的基础，开展了基于地理信息平台 MAPGIS 的图件编制，研究分析了库岸稳定性影响因素，对库岸稳定性做出评价预测[17]。

论文以丰都县库岸为研究对象，基于非线性理论对水库塌岸预测进行研究。在对丰都县 14 个库岸段地质条件，库岸稳定性影响因素、塌岸机理、塌岸模式等研究基础上，建立三峡库区丰都县水库塌岸预测评价模型，引入适宜的计算方法，进行塌岸范围预测和库岸稳定性评价。研究成果可为丰都县库岸灾害防治提供依据，服务于三峡水库运行过程中库岸塌岸灾害防控，丰富山区河道型水库塌岸预测和库岸稳定性评价研究方法，对相同类型水库库岸塌岸预测和防治工作具有一定参考价值和指导意义。

1.2 国内外水库塌岸预测研究现状

论文中表述的水库塌岸预测，指对水库塌岸风险及影响范围预测，包括两方面内容：一是评价库岸在某种稳定性影响因素总和条件作用下，库岸稳定性破坏而发生塌岸的可能性；二是预测塌岸的影响范围。狭义地，也将对可能发生的塌岸范围做出预测称为塌岸预测；对库岸失稳发生塌岸的风险评价，称为库岸稳定性评价。

1.2.1 水库塌岸形成机理研究研究水库塌岸形成机理是塌岸影响范围预测和稳定性评价的前提和基础。萨瓦连斯基（Savarenski，1935）首先提出水库塌岸及发生机理：水库建成后库水位升高，使更高处岸坡带受到波浪冲涮，岸坡岩土体原有平衡条件遭到破坏，因而塌岸，波浪是影响水库塌岸诸因素中重要因素之一[18]。之后，什利亚莫夫等提出水库塌岸受到水文因素（流速、波高、水位等）、地质地貌因素（产状、岩性、坡形）及其它一些因素（岸段状态、植被）影响[19，20]。对于水库塌岸机理的研究，最初借鉴滑坡的研究成果。土力学始创者太沙基（Terzaghi，1950），主要从滑带土孔隙水压力变化及地质条件的控制作用揭示滑坡机理[21]。伏斯列夫（Hvorslev，1951）[22]、摩根斯顿（Morgenstern，1965）等定量地研究了孔隙水压力对土体强度的影响[23]。Fujita H.（1977）提出水库塌岸主要由岩土体浸泡软化、坡体内地下水位变化、库水位快速下降以及库水水压力造成等重要因素造成[24]。Schuster（1979）研究美国、加拿大两国水库塌岸案例，将水库塌岸的破坏机制归纳为淤积土流动、土坡侧向扩展、土坡下错、碎屑滑移、碎屑流动、碎屑岩崩、层状滑移、岩质下错、岩崩等 9 种库岸变形[25]。

国内学者卢桂兰（2002）[26]对土质库岸塌岸的水作用机理进行研究，对河南上游三门峡库区塌岸成因中水位升降、水的浸泡、水力作用、波浪冲击及河势变化等方面因素进行了机理分析。李永乐（2003）[27]从不同角度对三门峡水库塌岸成因进行研究，对库岸岩的地质结构、地质环境、地形地貌和岩性特征，以及地下水、大气降水、地表水等水力条件诸方面影响因素展开分析。宋岳等（2004）[28]对官厅水库塌岸影响因素进行了分析，分析了岸坡岩土体矿物与岩性、岸坡形态特征、库水位变化、库岸水流冲刷、波浪作用、水库淤积以及冻融作用等影响因素作用于塌岸的成因机理等。王国强等（202）研究发现地下水沿滑动面的长期侵蚀作用能够诱发滑坡[29]。王俊、李小雄（2002）等以某水电站为研究对象，对库岸滑坡变形机制归纳总结，提出劈楔型、倾倒型、倾倒—反翘型、卸荷型等4 种变形机制[30]。缪吉伦（2003 年）[31]分析了造成水库塌岸的水、土、风等因素，土是塌岸内因，水、风则是外因。罗晓红等（2003）进行了大量库岸滑坡诱发因素、机理的统计研究，将水库塌岸宏观成因归纳总结为 5 大类型：动水压力诱发型、软化效应及悬浮减重效应诱发型、水库蓄水加暴雨组合型、蓄水加水库诱发地震组合型和库岸再造诱发型[32]。刘国霖(2006）提出了匿能—温差应力说，解释黄腊石滑坡成因机理[33]。童艳光（2007）、刘景儒（2007）等深入分析了典型结构面在控制滑坡形成过程中的关键作用[34，35，53]。

随着三峡工程的建设，地质工程学者围绕三峡水库库区地质环境因素对库岸稳定性影响开展研究。张倬元（1994）、范雪梅（2008）等研究了三峡库区由于降雨而诱发岸坡中红层软弱岩层发生平推式滑坡的机理[36，37]。程昌华、邓伯强[38]（2001）选取三峡工程重庆段库岸为原型，开展了影响库岸坍塌的水动力特性研究，通过模型模拟试验，对波浪、岸坡土质、岸坡坡度等要素在塌岸灾害中的作用机制进行实验研究。刘红星（2002）对长江中下游岸坡变形破坏的主要型式及处理方法进行了研究[39],刘红星（2002）对三峡库区水平层状岩体滑坡特征及稳定性分析[40]，孙云志（2002）对万州和平广场滑坡堆积体剪裂面特征分析[41]。苏爱军（2004）对万州和平广场古滑坡的滑坡堆积体物质组成特征、形成过程进行研究分析，提出了防治滑坡体复活对策[42]，并对三峡库区水平层状滑坡成因进行了研究[43]。栾约生（2005）、吕锋（2005）分别对三峡库区巴东县新县城高边坡破坏模式[44]、三峡库区侏罗系地层人工高边坡破坏机理[45]进行研究。赵成生从宏观上对长江中下游河流地质作用与河道演变规律及塌岸作用机理进行了研究[46]，吴树仁等（2006）对三峡库区滑坡的宏观机理进行了研究，提出滑动面控制、滑动体控制及两者组合控制 3 类变形宏观机理[47]。王多银等（2004）对三峡库区水文地质条件对库岸稳定性影响进行了研究分析[5，48]，何无宵等（2011）对三峡等外个典型山区河道型水库塌岸模式进行了研究，将塌岸归纳为崩(坍)塌型、滑移型、冲磨蚀型、流土型等 7 种模式[49，50]。丁中开（2011）对三峡库区新生型滑坡的形成机理进行探讨[51]，朱大鹏（2010）对堆积层古滑坡的复活机理探索的基础上寻求库岸稳定性评价方法[52]，邓宏艳（2011）以滑坡形成机理与水作用影响进行深入探讨[53]。对于库岸塌岸等灾害机理的研究仍需不断深入，并将不断推动库岸稳定性评价和塌岸灾害防控研究与实践。

1.2.2 库岸稳定性评价研究

国内外很多学者致力于对库岸稳定性评价研究，并随着计算科学技术的发展而取得很多进步[53]。

1.定性分析法

    库岸稳定性影响因素很多，各影响因素作用机制错综复杂，不同时空不同库岸稳定性影响因素差异巨大，因此，库岸稳定性评价研究首先就是一个定性分析问题。由于塌岸与滑坡的相似性，李静（2006）总结的滑坡稳定性的定性分析法:地质环境类比法、成因历史分析法、图解法、坡体质量评分法等[54]滑坡稳定性分析方法也在塌岸稳定性评价中广泛采用。定性分析法综合考虑影响库岸稳定性的各种因素，对库岸稳定状况及趋势进行评价。不需要试验、监测和计算，也可以避免定量分析中因为简化计算模型产生的偏差。但上述定性分析方法在很大程度依赖分析者的经验和知识，主观性较强。并且分析者的经验难于学习推广，实际应用不便。

2.定量分析法

极限平衡分析法是最早出现也是工程应用最广泛的定量分析法。应用力学分析方法对可能滑动面在各种荷载作用下进行强度计算分析，根据边界条件给出可能滑动面的稳定性系数。在近一个世纪的发展中不断完善，常用的计算方法有：Fellenius 法、Jaubu 法、Spencer 法、Sarma 法、楔体极限平衡分析法等[55-60]，ChenR.H（1982）、冯树仁（1999）、朱大勇（2008）等改进提出的三维极限平衡分析法[61-63]。唐纯伟（2003）、王志旺（2004）、郑颖人（2005）、杨海巍（2007）等将极限平衡分析法应用到库岸稳定性分析中[64-67]。极限平衡法直观、简单，评价结果比较令人满意。但其核心是静力平衡，计算模型简化；对坡体内渗流浸润线、渗透系数及地下水作用下滑坡力学模等坡体稳定性影响机理、参数掌握不够，使其应用受到很多限制。以有限元法为代表的基于计算机技术的各种数值分析方法法得到发展应用，除最为广泛采用的有限元法以外，常见的数值分析方法还有：边界元法、无限元法、离散元法、有限强度折减法及各种藕合分析法[68]。数值分析法建立在对榻岸力学本构模型和几何模型基础上，基于对岸坡岩土体非均匀性和不连续性理论认识，避免了极限平衡分析法中将滑动体视为刚体过于简化的缺点。由于对地质条件了解的局限性，数值模型存在偏差，其结果可靠性存在争议。此外，随机过程法、系统工程理论、信息论、控制理论、协同学理论、耗散结构理论、突变理论以及模糊数学法、可靠性分析法等[69，70，53]等理论和方法被广泛引入以库岸稳定性评价预测研究之中。

3.模型实验与现场监测法

模型实验是以实践方式探求库岸稳定性破坏机理的有效手段，能够较大限度模拟实际地质环境条件，可以充分考虑到某些理论计算中难以考虑重要因素，接近塌岸破坏机理，获得比较满意的研究效果。罗先启、程圣国等（2005）对水作用下滑坡力学模型进行了试验研究[71，72]。但模型只能尽可能地接近原型，总难完全代替原型进行实验，并且模型实验需要巨大经费支持，难于普及。现场监测是在现场对库岸稳定性重要影响因素进行观测，通过观测各要素发展变化深入研究稳定性破坏机理，根据监测数据做出塌岸预测，便于采取适当的防治措施。采用空间定位技术（GPS）现代地表移动监测，以及时域反射法(TDR)、光纤（BOTDR）、固定式钻孔倾斜仪（EL）等岩土体内部移动、孔隙水压力监测技术，应用于滑坡、塌岸监测取得了较好效果[73-75]。国土资源部地质灾害实时监测预警示范站巫山监测预警示范站[76]，已建设包括巫山县城区向家沟滑坡、玉皇阁崩滑体等13现场处监测站点，综合采用GPS卫星定位、TDR时域反射、BOTDR光纤、EL 固定式钻孔倾斜仪、孔隙水压力等先进监测技术，对滑坡表面、深部（滑带）位移、地下水动态、降水、库水位等进行实时动态监测，取得显著效果，为三峡库区蓄水后地质灾害监测提供很好的示范与参考。现场监测能够监测到重点库岸段稳定性的重要影响因素变化，为深入研究稳定性破坏机理提供保障，为其他研究方法提供理论验证与实验依据。应予高度重视，提供更好的监测实践条件。

4.人工智能算法

    基于非线性理论，根据库岸稳定性破坏机理的非线性特征，赵洪波等（2003）基于非线性位移时间序列模型[77]、许传华（2004）基于非线性动力学模型采用支持向量机算法进行稳定性评价[78]，神经网络、遗传算法、可拓学、支持向量机等方法陆续成功引入库岸稳定性评价预测[79-83]，阙金声（2007）基于非线性理论建立基于粗糙集—BP 神经网络—学的水库塌岸非线性预测模型[84]。王吉亮（2009）[85]采用人工智能与三维数值模拟方法进行隧道围岩稳定性预测研究，张宇（2009）集成运用神经网络、广义回归神经元网络和改进的遗传支持向量机等人工智能算法隧道工程围岸变形预测[86]。人工智能[87，88]算法的应用，提供了新的视角：从库岸稳定性机理角度，稳定性影响因素破坏机理具有非线性特征，而遗传算法、人工神经网络、支持向量机、可拓学等属于人工智能算法。人工智能预测模型基于海量的学习数据，通过对模型进行数据训练，采用神经网络、遗传算法、支持向量机等人工智能算法评价预测。这种算法需要海量的基础数据，正恰好利用了人类积累的“知识”，发挥人工智能算法的优势，提高了库岸稳定性评价预测可靠性的准确性。可以说，综合采用人工智能算法组合进行库岸稳定性评价预测的模式体系，可以称为“专家系统”，尽管此类系统还有巨大的需要完善的空间。通过不断积累大量的工程资料，不断完善改进算法，人工智能算法必将在库岸稳定性评价预测中发挥出更大的优势。

1.2.3 塌岸范围预测研究

水库塌岸预测方法主要有水动力预测法、类比法、图解法、模拟试验法、数值计算法等[53，89]。历史的原因，我国地质工程领域受前苏联影响，很多前苏联学者的经典方法在我国水库塌岸范围预测得到广泛应用。1935 年，前苏联学者萨瓦连斯基院士首先开展水库塌岸问题研究，研究指出水库塌岸关键影响因素是水，波浪是造成水库塌岸的主要动因，他的波浪影响理论也影响了早期的塌岸研究，之后很多学者对于塌岸影响范围的预测多以波浪影响为唯一或重要影响参数。波利亚莫夫（1938）首先提出波浪作用下浅滩宽度计算公式，而卡丘金塌岸宽度经验计算公式得到广泛应用。培什金的塌岸最大宽度计算公式，对于那些水面狭窄，库水不深的中、小型水库具有实用意义，他还提出了用数学分析法预测水库塌岸速度表示，实践证明其合理性。康德拉捷夫（1953）改进了塌岸宽度计算分析方法以适应水库上、下游不同库岸宽度情况。卓洛塔廖夫针对岩性条件单一、由砂土和粉砂土等非粘性土组成的非滑动斜坡，忽略泥沙纵向移动影响，提出任一时间塌岸宽度的计算公式。苏联学者对于蓄水位变化较小的水库实验发现，岸坡断面在航波、风浪长期作用下逐渐形成一个平衡断面，根据各影响因素观察数据建立基于经验的数学模型，建立预测塌岸范围的平衡剖面法。动力法是卡丘金根据风浪的波能和岩土抗冲刷强度与塌岸量之间的关系建立起具有数理依据的塌岸量的预测公式。

不过，其中的经验系数“关系方程”仍然需要大量的实验观测样本[89]。孙广忠在苏联学者研究基础上，考虑塌岸过程中库岸剖面形状变化及堆积程度，给出在库岸剖面为任一形状时的塌岸宽度及塌岸量计算公式，应用于官厅水库下游塌岸预测取得很好的应用效果。王跃敏等提出“两段法”，针对南方山区峡谷型水库的土质库岸，由水下稳定岸坡线和水上稳定岸坡线的连线组成预测塌岸线进行塌岸范围预测，这一方法适用于水库较窄而风浪作用影响较小的南方山区水库。这些研究成果以黄土为主的土质库岸塌岸问题研究居多取得了较多的成果。对于类型的土质库岸以及岩质库岸研究较少。在类比实测得到的塌岸资料基础上杨海燕（1999）[90]、杨华林（2001）[91]等应用图解法成功进行了库岸塌岸宽度预测。徐瑞春（2003）[92]等对红层的塌岸预测图解进行了若干修正，并基于数值模拟方法，采用计算机编程，使用超前信息预测法的塌岸范围和岸坡变形破坏预测。在三峡水库塌岸问题研究中，唐朝晖（1999）[93]统计不同岸坡结构和岩性组合库岸的最终稳定坡度值，以最终稳定坡角应用地质类比法进行塌岸预测，应用于巫山新县城塌岸预测。张奇华（2002）等[94]采用经典的图解法对三峡库区奉节段库岸进行了塌岸预测，刘天翔（2002）等[95]应用极限平衡法通过搜索蓄水后潜在的不稳定滑动面确定塌岸范围，白建光（2009）[96]将多元回归法引入塌岸预测。各种经典方法在三峡库区塌岸预测[97-99]的应用探索的同时，基于非线性理论的神经网络、遗传算法、支持向理机、可拓学等[82-84，100，124]人工智能算法的新方法，同样对于塌岸范围预测研究起到极大的推动作用，呈现出良好的发展趋势。

1.3 论文主要研究内容

基于三峡水库丰都县库岸段现场地质调查研究成果，可以预见，三峡水库蓄水后库岸稳定性将受多方面因素重大影响，潜在的塌岸岸段分布范围广、危害性大。目前工程技术人员和学者已经广泛开展针对三峡工程河道型水库特点的库岸稳定性研究，从不同角度提出了塌岸预测方法，但研究普遍处于探索阶段，还需要不断深入研究和实践验证。为使取得的丰都县库岸段现场地质调查成果发挥更大的应用，更好地指导丰都县库岸塌岸防治工程实践，为山区河道型水库塌岸预测提供参考，确定本论文主要研究内容如下：概述丰都县的自然地理和水文地质情况；对丰都县长江干流及主要支流 14个库岸段地质条件进行调查研究，对影响岸坡稳定性的主要因素进行归纳，结合既有研究成果与现场地质调查资料，研究影响丰都县库岸稳定性因素及塌岸破坏模式，对水库塌岸预测评价参数量化和取值进行研究，基于非线性理论方法建立非线性预测模型和方法体系，为山区河道型水库塌岸防治工程提供依据。成功建立基于核主成分—最小二乘支持向量机—可拓学非线性水库塌岸预测模型，实现了基于人工智能算法的预测计算方法，以研究区岩质岸坡为研究对象，对 156m、175m 蓄水条件下库岸稳定性等级进行了评价和塌岸范围预测研究。利用核函数强大的非线性数据的处理和挖掘能力，对水库塌岸影响因素进行了降维处理。在 Matlab 软件平台上，利用基于核函数的主成分分析算法对丰都县塌岸主要影响因素进行了提取，并取得了良好的效果，为实现基于最小二乘支持向量机和可拓学的非线性塌岸预测研究奠定基础。论文对最小二乘支持向量机的基本理论、多类分类问题及核函数的选取及优化行了研究，在 Matlab 平台上构建了的水库塌岸预测最小二乘支持向量机模型，采取“一对多方法”分类方法分别对 156m 和 175m 蓄水位的水库塌岸进行了预测。以可拓学理论为基础，论文研究了对可拓评判进行建模的过程及方法，进行了权重系数的修正，实现了良好的评价效果。编写了水库塌岸预测程序，并运用该软件完成了文中相关运算。以丰都县库岸岩质岸坡为例，应用论文中建立的非线性塌岸预测模型体系及方法，对丰都县 14 个调查区段各塌岸风险岸坡段蓄水高程 156m、175m 条件下库岸塌岸的影响高度、宽度进行预测，对稳定性等级进行了评价。利于地理信息系统及可视化技术，对库岸实现三维可视化，为塌岸预测提供辅助分析。实验研究表明，基于非线性体系模型的塌岸预测结果符合调查资料实际，成果可靠，具有适宜性。论文的研究成果，可以为三峡水库丰都县塌岸防治工程提供依据，为山区河道型水库塌岸预测提供参考。

1.4 论文主要创新点

1.首次提出基于非线性理论的核主成分—最小二乘支持向量机—可拓学组合水库塌岸预测模型，成功探索应用了非线性水库塌岸预测新方法，并实现基于人工智能算法的计算方法应用；

2.基于对塌岸影响因素分析，对岩质岸坡塌岸高度与宽度和稳定性等级预测模型的个 11 和 13 个参数，采用核主成分方法进行筛选出个 7 和 9 个主要影响因素，删除了冗余信息，使预测评价结果科学合理。

3.成功建立了基于地理信息系统的库岸三维可视化系统，为库岸稳定性评价预测提供了定性辅助分析手段。

1.5 论文研究思路和技术路线

1.5.1 论文研究思路论文研究过程中，基于对国内外关于水库塌岸问题研究资料的广泛学习、参考，对三峡库区水库塌岸问题研究资料深入分析研究，结合取得的丰都县库岸地质条件野外实地调查研究成果，对影响三峡库区丰都县重点岸段水库塌岸的各种影响因素进行研究和统计分析，进行塌岸模式机理研究分析，总结归纳当前主要水库塌岸预测方法，分析传统塌岸预测研究方法的适宜性和局限性，将水库塌岸预测归为高度非线性问题，采用非线性方法建立新的水库塌岸预测模型体系。据此，建立了适合于三峡库区的水库塌岸非线性预测模型方法体系，即基于核主成分—最小二乘支持向量机—可拓学的水库塌岸预测模型。引入并实现基于人工智能算法的计算方法，对研究区各库岸段不同蓄水条件下进行水库塌岸预测及库岸稳定性评价。将水库塌岸预测结果，与地质调查取得岸坡塌岸地质资料以及传统方法预测结果进行对比，实验结果验证了这一非线性水库塌岸预测方法的可靠性、适用性，该预测方法体系可更广泛应用于三峡库区水库塌岸预测，为山区河道型水库塌岸防治工程设计提供参考。