基于主層次分析法的卡里巴大壩修建方案選取問題

王齊悅

卡里巴水壩位于贊比亞與津巴布韋之間的贊比西河的卡里巴峽谷。該水壩如今面臨崩塌危險。本文建立綜合評價模型。依據水力學知識結合工程經濟學理論確立指標。運用熵權法、層次分析法進而進行綜合評價。分短期、中期、長期三種情況評價三種修建水壩的效益與成本。

一、模型假設

為簡化問題，本文提出如下三條假設：

1.假設在研究發(fā)電、旅游、旅游蓄水效益等指標時都是竣工后的情況不考慮施工時間等其他因素的影響。

2.假設短期內新修建的小水壩與重新修建的大水壩不需要修復。

3.假設中長期小水壩維護費用總和與重新修建的大水壩修復費用相等。

二、短期中期長期的評價模型與層次分析法

當前，有修復原先水壩、重建水壩和用小水壩替換大水壩三種可能的方案。

評價指標的確立：

根據卡里巴水壩的作用，綜合考慮，本文利用工程經濟學理論分效益和成本兩個角度，總共建立了發(fā)電效益、旅游效益、蓄水效益、建設成本、時間成本、生態(tài)成本、修復成本7個評價指標。

1.考慮發(fā)電效益

經查閱修復、重建、替換三種方式的發(fā)電功率數據：1707.5、1830、3294對齊做歸一化處理。確定權重。

2.考慮旅游效益

將卡里巴水壩年游覽人數作為旅游效益指標。假設重建完工后的大壩旅游效益不受影響，改建小壩后旅游效益大大減小。而分析修復后的大壩由于維修等因素，會制定限制旅游人次或減少開放時間等政策，旅游效益相較于重建大壩有所減少。查閱贊比亞旅游局數據，并進行合理估算得到結果如下表所示。

3.考慮蓄水效應

將三種建設方案下竣工后的水庫總庫容設為蓄水效應評價指標。尋找調查研究結果1840、1880、2474.6，并做歸一化處理確定權值。

4.考慮建設成本（包括維護成本）

建造直接成本有勞動力、原材料、設備，間接成本考慮生態(tài)效應、翻新連帶項目以及貸款利息等。除了重建費用，還要包括拆遷費用。依據一些現存大壩的造價，可以得到結果三種方案的建設成本分別為：0.5365、3.42、2.9615億美元。

5.考慮時間成本

由于修復與重建的使用周期不同，而施工造成的各方面損失不可忽視，修復，重建大水壩、重建小水壩周期分別為2、10、4年，將其歸一化處理確定權值。

6.考慮生態(tài)成本

修建大壩對于生態(tài)的影響從三個生態(tài)效應來討論。首先是泥沙的截留效應.所有的河流都能輸送泥沙，而所有的大壩和水庫可以截留部分泥沙。其結果嚴重威脅岸堤道路和防洪堤安全并影響生物分布。其次，考慮邊緣效應。蓄水后，河岸帶的長度一般會增加數倍，老河岸帶被新的河岸所替代，而且范圍穩(wěn)定，基本不受年季降水的影響。第三，考慮水溫效應。建設大壩改變了流域水量的分布和受影響河段的水位，引起了水溫在流域沿程和水深上的梯度變化。人們研究水溫變化發(fā)現，水溫變化會對溶解氧的量和懸浮物產生效應，并影晌水化學特性，最終影響水生生物的繁殖、生長和發(fā)育以及物種的分布、河流水文特性、生態(tài)系統(tǒng)結構和功能。綜合上述因素依次給出三個選項生態(tài)成本指標值1、0.9、0.6。依據上述所定的指標采取較客觀的熵權法和較主觀的層次分析法相結合的方法對六個指標定權，進而進行綜合評價。層次分析的權重結果為：

發(fā)電效益、環(huán)境效益、旅游效益、建設成本、時間成本、生態(tài)成本短期0.7235061 0.083308 0.193186 0.73695260.186279 0.076768中期0.6767715 0.192497 0.130731 0.68529410.221324 0.093382長期0.5939686 0.296755 0.109276 0.51194670.127913 0.36014

將熵權法與層次分析法權重各取0.5的權重得到最終權重。經過一致性檢驗CR小于0.1，結果合理。

短期效益、短期成本、中期效益、中期成本、長期效益、長期成本的權值分別為：修復0.6712 0.5068 0.6337 0.9019 0.64750.6618重建0.7290 0.9138 0.6796 0.9163 0.69020.5463替換0.6459 0.9073 0.8021 0.9014 0.82140.3695

可見，短期內（約6年內）收益情況是：重建大壩>修復原大壩>小水壩替換，而成本消耗：修復大壩<小水壩替換<重建大壩。中期內（6-15年內）收益情況是：小水壩替換>重建大水壩>修復原水壩，成本消耗：三者沒有明顯差別，重建大水壩稍大。長期內（15年以上）收益情況：明顯小水壩替換最大，修復大水壩最低。而成本上修復水壩方案由于維護費用高所以成本最高，建立小水壩最低。

綜上所述，短期內采取修復原水壩的方案收益損失不大且成本更低，但是考慮中長期的維護與發(fā)展，應選擇用多個小水壩替換原先的大水壩或許是更經濟的選擇。

三、模型的評價與推廣

綜合評價模型綜合了三個收益指標以及三個成本指標，從各個不同的方面加權分析比較了三個選項的利弊分成長中短三個時期分別進行評價，避免了評價的片面性，最終的結果更加具有科學性以及說服力。此外，在確定權重系數時，運用加法集成賦權法，包含了主觀和客觀兩個角度，增加評價結果的準確性和可信性。不足之處是由于數據的缺乏，有部分選項的收益以及成本情況沒有加入到模型的考慮范圍之內，若有更多的數據可以豐富模型的評價指標，使得預測更加合理。

參考文獻：

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