層次分析法創建地熱水前景評價模型的研究

王永波，丁文萍，馬奎羽，溫延星，丁 蕊

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層次分析法創建地熱水前景評價模型的研究

王永波1，丁文萍2，馬奎羽2，溫延星2，丁 蕊3

（1.河北水文工程地質勘察院，石家莊 050021； 2.河北省地質調查院，石家莊 050081；3.河北科技大學環境科學與工程學院，050021）

在地熱能源不斷得到關注和利用的當今社會，對其科學合理地開發利用顯得尤為重要。文章采用層次分析法和多目標決策的線性加權相結合的方法建立了地熱水開發利用前景評價模型，避免了以往單純從定性角度分析地熱水開發利用前景的人為主觀性及片面性，保證了評價結果的客觀準確，經實例驗證，是一種行之有效的評價方法。作者選取地熱地質條件、經濟發展水平、開發利用現狀作為層次分析法的中間層要素，進而將其進一步分解為不同的組成因素，運用層次分析法計算出各項指標的權重，結合多目標決策的線性加權方法建立綜合評價評分的數學模型，最后根據地熱田的實際情況，綜合評價，確定評價結果。

層次分析法；多目標；線性加權；地熱水；開發利用前景評價

0　引言

隨著社會經濟的發展和政府環保節能意識的加強，地熱資源的開發利用得到了重視。河北平原蘊藏著豐富的中低溫地熱資源，近年來不斷得到開發，截至2010年，河北平原已有地熱井369眼，供暖面積953.238萬m2，養殖面積379.49畝，種植面積5925畝，年洗浴966.17萬人次，總產值約3.3億元。每年地熱水利用量相當于標準煤32.7萬噸，減少二氧化碳排放量約78.02萬噸，二氧化硫排放量約0.56萬噸，懸浮質粉塵0.26萬噸（張德忠等，2013）。

地熱資源區處于京津冀經濟圈和環渤海經濟圈，經濟發達，交通便利，具有廣闊的開發利用前景。為使開發利用前景評價科學化，本文將以牛駝鎮地熱田和辛集地熱田作為研究地熱水開發利用前景評價的實例，采用層次分析法結合多目標決策的線性加權法來建立綜合評價評分的數學模型進行探討。

1　基于層次分析法指標體系的建立

層次分析法的思路是先分解后綜合的系統思想。基于這種思想，必須將所要分析的問題層次化、步驟化，即將問題分解成不同層次的組成因素，按照層次間的隸屬關系以及因素間的優劣關系，形成一個多層分析結構模型，最終歸結為最低層（指標）相對于最高層（目標）的相對重要程度的權值或相對優劣次序的問題（張炳江，2014）。

1.1建立層次結構

選擇與地熱水開發利用前景有關的因素構造層次結構圖，如圖1。

地熱地質條件是地熱水開發利用首要考慮的因素；在具備地熱水資源的情況下，為避免無序開采地熱水，導致地熱水超采現象的發生，地熱水的開發利用現狀也影響著地熱水的開發利用前景；另外，一個地區的經濟發展水平對地熱水的開發利用前景起著制約作用，經濟發展水平高的地區對地熱水的開發利用起著促進作用。

圖1　地熱水開發利用層次結構圖Fig.1 The development and utilization of geothermal water level structure

1.2構造判斷矩陣

判斷矩陣是目標層的親要素與因素層的各個子要素進行的成對比較。為了使各個要素之間進行的成對比較得到量化的結果，采用1～9的比例尺度評比（表1）。對判斷矩陣進行基本一致性檢驗是判斷矩陣能否合理使用的必然工作，其方法是引入一致性比例（C.R.），當C.R.=0時，可以稱矩陣是完全一致；C.R.＜0.1時，認為矩陣是滿意一致性矩陣；C.R.＞0.1時，認為矩陣不具有一致性。評比及計算結果見表2至表5。

表1　地下水水質監測相關規范規程一覽表Tab.1 Standards of groundwater quality monitoring

表2　判斷矩陣A—B的比較及計算結果Ta.2 Comparison of rectangular A-B and the calculation results

表3　判斷矩陣B1—C的比較及計算結果Tab.3 Comparison of rectangular B1-C and the calculation results

表4　判斷矩陣B2—C的比較及計算結果Tab.4 Comparison of rectangular B2-C and the calculation results

表5　判斷矩陣B3—C的比較及計算結果Tab.5 Comparison of rectangular B3-C and the calculation results

2　建立前景評價綜合評分數學模型

由于指標層中含有不同的指標區間，即影響地熱水開發利用前景評價的具體標準。因此，有必要通過利用多目標決策的線性加權方法來建立綜合評價評分的數學模型，其表達式如下：

式中：Z為地熱水開發利用前景評價總分；i為第1層制約因素第i項影響因素，i=1，2，…， n；n為第1層制約因素個數；Zi為第1層制約因素第i項影響因素之總分；j為第1層制約因素第i項影響因素的第2層子因素中的第j子因素， j=0，1，2，…， n；L為第2層制約因素中的第j子因素中的第3層的第L子因素，L=0，1，2，…，n；K1為第1層制約因素第i項影響因素之個數， K1=1，2，…，n；Ki00為第1層制約因素第i子因素的權重；Kij0為第2層制約因素第j子因素的權重；KijL為第3層制約因素中的第L因素的權重；KijLs為第3層制約因素中的第L因素實際貢獻權重（郜洪強等，2008）。

3　評價標準的確定

地熱水開發利用前景評價是由地熱水的具體溫度、熱儲層的涌水量等具體條件決定的，將其作為評價標準，采用相對權重的形式表示（張娟娟等，2008），其各項權值見表6。

表6　影響地熱水開發利用因素權值表Tab.6 The table of the specific factors influencing the development and utilization of geothermal water

4　實例研究

（1）地熱田概況

牛駝鎮地熱田，面積605.65km2，包括保定市的雄縣、白洋淀溫泉城和廊坊市的固安縣、永清縣、霸州市，具有熱儲分布面積大、儲量大、埋藏淺、溫度高、水質優5大特點，截止2010年已有地熱井60眼。地熱田位于冀中臺陷的牛駝鎮斷凸上，熱儲層主要有明化鎮熱儲、館陶組熱儲、基巖熱儲。

辛集地熱田分布于辛集市至寧晉縣一帶，面積924.24km2，包括石家莊市的辛集市、晉州市、趙縣及邢臺市的寧晉縣、柏鄉縣。辛集地熱田地處寧晉斷凸北段，熱儲層有明化鎮組熱儲、館陶組熱儲和基巖熱儲。

地熱田分布情況見圖2。

圖2　地熱田分布圖Fig.2 Geothermal field distribution map

（2）評價結果

借鑒有關研究成果，地熱水開發利用前景評價的標準采用百分制，其等級標準區間值如表7。

根據上面的論述，結合地熱田的實際情況確定其在評價模型中的實際貢獻權重 。由此，得到牛駝鎮地熱田、辛集地熱田的地熱水開發利用前景評價結果見表8：

表7　地熱水開發利用前景評價等級標準Tab.7 Geothermal water exploitation and utilization prospect evaluation grade standard

表8　基于層次分析法的地熱水開發利用前景評價結果Tab.8 Prospect of the development and utilization of geothermal water evaluation results based on the AHP

5　結論

從實例的研究來看，應用層次分析法評價地熱水開發利用前景是合適的，解決了以往單純從定性角度分析地熱水開發利用前景的人為主觀性及片面性，大大提高了評價的科學性，保證了評價結果的客觀準確，是一種行之有效的評價方法。

［1］ 張炳江.層次分析法及其應用案例［M］. 北京：電子工業出版社. 2014：15～53.

［2］ 張德忠，劉志剛，等. 河北地熱［M］.北京：地質出版社. 2013：155～168.

［3］ 郜洪強，丁文萍，樊延恩，等. 河北省重點城市垃圾填埋場地質環境調查評價報告［R］. 石家莊市：河北省地質調查院.2008：150～160.

［4］ 張娟娟，林建旺，等. 基于AHP和BP神經網絡的深部地熱水可持續開發能力評價［J］.地下水，2008，30（6）：46～48.

Study on the Prospective Analysis Model of Geothermal Water Based on AHP

WANG Yongbo1， DING Wenping2， MA Kuiyu2， WEN Yanxing2， DING Rui3
（1.Hebei Province Hydrogeology and Engineering Geology Prospecting Institute， Shijiazhuang， 050021； 2.Hebei Geological Survey， Shijiazhuang， 050081； 3. Environmental Science and Engineering School， Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang， 050021）

In today's society， it is very important to develop and utilize the geothermal energy. In this paper， a mathematical model of comprehensive evaluation of the development and utilization of geothermal water is established by using the method of AHP and linear weighting method of multiple objective decision making，avoiding the human subjectivity and one-sidedness of the prospect analysis of the development and utilization of geothermal water simply from the perspective of qualitative analysis， ensuring the objectivity and accuracy of the evaluation results. Being verified by examples， this is an effective evaluation method. The author selects geothermal geological condition， the level of economic development， the current situation of development and utilization as AHP middle layer factors， and further decomposes into different components， and uses AHP to calculate the weights of the indexes， then establishes a mathematical model of comprehensive evaluation by the linear weighting method of multiple objective decision making， finally according to the actual situation of the geothermal field，calculates the comprehensive evaluation， determines the evaluation results.

AHP； Multiple objective； Linear weighting method； Geothermal water； Prospective analysis of development and utilization

P314

A

1007-1903（2016）02-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.003

王永波（1970- ）：男，高級工程師，主要從事水文地質、工程地質、環境地質，Email∶fengzheng20040813@126.com