利用層次分析法評價德州市淺層地?zé)崮苓m宜性

蘭善治

[摘要]利用層次分析法（AHP），建立地埋管換熱系統(tǒng)適宜性層次結(jié)構(gòu)模型，在大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選擇第四系（第三系松散層）厚度、水位埋深、含水層厚度、鉆進條件、綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)、平均比熱容等6個指標(biāo)，將德州市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用劃分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、不適宜區(qū)。本項目是德州市第一次開展淺層地?zé)崮苓m宜性評價，為今后淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]層次分析法；淺層地?zé)崮埽贿m宜性評價；德州市

0引言

德州市位于山東省西北部黃河沖積平原區(qū)，能源資源相對貧乏，長期嚴(yán)重缺煤缺電。在能源短缺和環(huán)境污染的雙層壓力下，淺層地?zé)崮苓@一清潔可再生的新能源，日益受到地方政府的重視。據(jù)不完全調(diào)查，德州市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用項目數(shù)量已達到14個（包括在建項目），服務(wù)面積已達32.5萬m²。本文通過采集大量實測資料進行分析，對今后德州市開發(fā)淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用具有重要意義。

層次分析法（AHP）是20世紀(jì)70年代中期由美國運籌學(xué)家T.L.Saaty提出的一種能有效地處理決策問題的使用方法，是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。這種方法將決策者的經(jīng)驗判斷給于數(shù)量化，在目標(biāo)因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下使用更為方便，因而在實踐中得到廣泛應(yīng)用，特別是在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)分區(qū)評價中應(yīng)用廣泛。應(yīng)用層次分析法評價德州市淺層地?zé)崮苓m宜性，具有較高的可行性和有效性。

1德州市淺層地?zé)崮鼙尘皸l件

德州市地處黃河沖積平原，屬魯西北平原松散巖類水文地質(zhì)區(qū)，總面積10356km²，地勢平緩，氣候冬冷夏熱。德州市受大地構(gòu)造斷塊的控制，坳陷區(qū)第四系發(fā)育齊全，厚度較大，一般220～320m，在平原、武城、德州及臨邑一帶，厚度超過280m；隆起區(qū)地層厚度較小，一般為180～220m，在齊河--F饒大斷裂以南的齊河西南部邊緣一帶，厚度僅50-170m。巖性以粉土、粉質(zhì)粘土、粉土互層夾粉砂層為主。主要地質(zhì)問題為地面沉降。

目前德州市南部和東部以地面沉降250mm等值線為界所形成的地面沉降面積達3315.34km²，整個德城區(qū)形成了-400mm地面沉降漏斗，當(dāng)?shù)卣畬Φ叵滤拈_發(fā)利用進行嚴(yán)格控制，以往開發(fā)利用工程以地埋管換熱系統(tǒng)為主，故只對地埋管換熱方式進行適宜性評價。

2適宜性評價指標(biāo)及體系

2.1評價指標(biāo)指標(biāo)的選取

根據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈樵u價規(guī)范》（DZ/T0225-2009）分區(qū)要求。結(jié)合工作區(qū)實際情況，德州市地埋管換熱方式適宜性分區(qū)分別選擇水文地質(zhì)條件、施工條件以及地層熱物理性質(zhì)參數(shù)來構(gòu)建評價指標(biāo)體系。

2.1.1水文地質(zhì)條件

掌握區(qū)域內(nèi)含水層的分布、含水層厚度、水溫、水質(zhì)狀況等，才能進行地埋管布井設(shè)計，盡量避免地下含水層水質(zhì)污染的事件發(fā)生。

2.1.2施工條件

施工條件主要是鉆探時鉆進的條件，鉆進條件受地層巖性及顆粒大小影響。

2.1.3地層熱物理性質(zhì)

地下埋管處巖土的熱物理性質(zhì)參數(shù)對地埋管換熱性能有著重要影響，鉆孔地點的巖土熱物性參數(shù)對埋管單位井深換熱量的影響非常大，地層熱物理參數(shù)決定地埋管的適宜性和取熱層位。

2.2評價體系及因子權(quán)重

其評價體系分為3層。從頂層至底層分別為系統(tǒng)目標(biāo)層（O，0biect）、屬性層（A，Attribute）和要素指標(biāo)層（F，F(xiàn)actor）。0層是對地埋管式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用適宜性評價的一個總的判斷：A層是對地埋管式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用適宜性不同側(cè)面的反映，由水文地質(zhì)條件、施工條件、地層熱物理性質(zhì)3部分構(gòu)成：F層是描述各屬性指標(biāo)的最基礎(chǔ)要素，由第四系（第三系松散層）厚度、水位埋深、含水層厚度、鉆進條件、綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)、平均比熱容共6個指標(biāo)構(gòu)成，適宜性分區(qū)評價體系結(jié)構(gòu)圖見圖1。

按照層次分析法的要求，在評價體系層次隸屬關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過綜合研究，分別比較同一層次各要素之間的相對重要性，并采用i-9標(biāo)度法給出各要素的分值，其中，對適宜性評價影響越大的因素重要性就越大，分值也越大，由此構(gòu)造比較矩陣。通過計算，檢驗比較矩陣的一致性，必要時對比較矩陣進行修改，以達到可以接受的一致性。最后求出要素層中各個要素在目標(biāo)層中所占的權(quán)重。

3適宜性評價結(jié)果

3.1網(wǎng)絡(luò)剖分方式

以1：10萬底圖為基礎(chǔ)，按2km×2km的間隔進行網(wǎng)格剖分。

3.2要素賦值

此次評價采用的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來自近年來的各類地質(zhì)勘察報告及野外測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)的矢量化、數(shù)據(jù)的分類與標(biāo)準(zhǔn)化，采用GIS軟件來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)的矢量化過程即編制要素指標(biāo)層各要素分區(qū)圖，但是各要素分區(qū)中所用數(shù)據(jù)的類型和量綱各不相同，為了在同一評價體系內(nèi)對不同數(shù)據(jù)進行比較和運算，需要在評價之前對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，此次評價對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的具體處理方法為：以是否適宜建設(shè)地埋管式水源熱泵系統(tǒng)為比較標(biāo)準(zhǔn)，對各個要素的范圍值在1-9之間打分，越有利于地埋管式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的則所獲分值越高，從而將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為介于1-9之間可以相互比較運算的無量綱數(shù)值。各個要素的標(biāo)準(zhǔn)化處理具體過程如下。各要素具體賦值見表6。

通過其空間分析功能對各圖層中不同因素所覆蓋的結(jié)點進行賦值，這樣所有的指標(biāo)層中的因素都通過結(jié)點疊加到一起。再乘上各因素的權(quán)重系數(shù)。進行累加求和。其評價公式：

式中：

P-適宜性區(qū)劃評價分值

p_i-參與評價的第i項要素的賦值

W_i-第i項要素的權(quán)重系數(shù)

n一評價因子的個數(shù)

根據(jù)評價公式求出各評價單元的總積分值P。根據(jù)P值的大小，進行適宜性分區(qū)。

3.3適宜性評價

根據(jù)此次評價工作實際計算結(jié)果的分值分布情況，0-5為地埋管式地源熱泵不適宜區(qū)：5-7為地埋管式地源熱泵較適宜區(qū)：7-9為地埋管式地源熱泵適宜區(qū)。其中適宜區(qū)面積為8945.5km²，較適宜區(qū)面積為975.1km²，不適宜區(qū)面積為435.7km²。最后的評價結(jié)果見圖2。

4結(jié)語

在大量的實測資料基礎(chǔ)上，通過層次分析法對德州市淺層地?zé)崮艿芈窆軗Q熱方式進行適宜性評價，第四系（第三系松散層）厚度、水位埋深、含水層厚度、鉆進條件、綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)、平均比熱容等6個指標(biāo)的選取，是符合當(dāng)?shù)貙嶋H和評價要求的。

通過評價分區(qū)，德州市地埋管換熱方式適宜性劃分為適宜、較適宜、不適宜3個區(qū)。結(jié)果顯示，德州市大部分地區(qū)淺層地?zé)崮軛l件優(yōu)越，適宜大力開發(fā)淺層地?zé)崮堋？傮w看德州市淺層地?zé)崮苓m宜性好，開發(fā)潛力巨大。

[責(zé)任編輯：王偉平]