层次分析法创建地热水前景评价模型的研究

王永波，丁文萍，马奎羽，温延星，丁 蕊



层次分析法创建地热水前景评价模型的研究

王永波1，丁文萍2，马奎羽2，温延星2，丁 蕊3

（1.河北水文工程地质勘察院，石家庄 050021； 2.河北省地质调查院，石家庄 050081；3.河北科技大学环境科学与工程学院，050021）

在地热能源不断得到关注和利用的当今社会，对其科学合理地开发利用显得尤为重要。文章采用层次分析法和多目标决策的线性加权相结合的方法建立了地热水开发利用前景评价模型，避免了以往单纯从定性角度分析地热水开发利用前景的人为主观性及片面性，保证了评价结果的客观准确，经实例验证，是一种行之有效的评价方法。作者选取地热地质条件、经济发展水平、开发利用现状作为层次分析法的中间层要素，进而将其进一步分解为不同的组成因素，运用层次分析法计算出各项指标的权重，结合多目标决策的线性加权方法建立综合评价评分的数学模型，最后根据地热田的实际情况，综合评价，确定评价结果。

层次分析法；多目标；线性加权；地热水；开发利用前景评价

0　引言

随着社会经济的发展和政府环保节能意识的加强，地热资源的开发利用得到了重视。河北平原蕴藏着丰富的中低温地热资源，近年来不断得到开发，截至2010年，河北平原已有地热井369眼，供暖面积953.238万m2，养殖面积379.49亩，种植面积5925亩，年洗浴966.17万人次，总产值约3.3亿元。每年地热水利用量相当于标准煤32.7万吨，减少二氧化碳排放量约78.02万吨，二氧化硫排放量约0.56万吨，悬浮质粉尘0.26万吨（张德忠等，2013）。

地热资源区处于京津冀经济圈和环渤海经济圈，经济发达，交通便利，具有广阔的开发利用前景。为使开发利用前景评价科学化，本文将以牛驼镇地热田和辛集地热田作为研究地热水开发利用前景评价的实例，采用层次分析法结合多目标决策的线性加权法来建立综合评价评分的数学模型进行探讨。

1　基于层次分析法指标体系的建立

层次分析法的思路是先分解后综合的系统思想。基于这种思想，必须将所要分析的问题层次化、步骤化，即将问题分解成不同层次的组成因素，按照层次间的隶属关系以及因素间的优劣关系，形成一个多层分析结构模型，最终归结为最低层（指标）相对于最高层（目标）的相对重要程度的权值或相对优劣次序的问题（张炳江，2014）。

1.1建立层次结构

选择与地热水开发利用前景有关的因素构造层次结构图，如图1。

地热地质条件是地热水开发利用首要考虑的因素；在具备地热水资源的情况下，为避免无序开采地热水，导致地热水超采现象的发生，地热水的开发利用现状也影响着地热水的开发利用前景；另外，一个地区的经济发展水平对地热水的开发利用前景起着制约作用，经济发展水平高的地区对地热水的开发利用起着促进作用。

图1　地热水开发利用层次结构图Fig.1 The development and utilization of geothermal water level structure

1.2构造判断矩阵

判断矩阵是目标层的亲要素与因素层的各个子要素进行的成对比较。为了使各个要素之间进行的成对比较得到量化的结果，采用1～9的比例尺度评比（表1）。对判断矩阵进行基本一致性检验是判断矩阵能否合理使用的必然工作，其方法是引入一致性比例（C.R.），当C.R.=0时，可以称矩阵是完全一致；C.R.＜0.1时，认为矩阵是满意一致性矩阵；C.R.＞0.1时，认为矩阵不具有一致性。评比及计算结果见表2至表5。

表1　地下水水质监测相关规范规程一览表Tab.1 Standards of groundwater quality monitoring

表2　判断矩阵A—B的比较及计算结果Ta.2 Comparison of rectangular A-B and the calculation results

表3　判断矩阵B1—C的比较及计算结果Tab.3 Comparison of rectangular B1-C and the calculation results

表4　判断矩阵B2—C的比较及计算结果Tab.4 Comparison of rectangular B2-C and the calculation results

表5　判断矩阵B3—C的比较及计算结果Tab.5 Comparison of rectangular B3-C and the calculation results

2　建立前景评价综合评分数学模型

由于指标层中含有不同的指标区间，即影响地热水开发利用前景评价的具体标准。因此，有必要通过利用多目标决策的线性加权方法来建立综合评价评分的数学模型，其表达式如下：

式中：Z为地热水开发利用前景评价总分；i为第1层制约因素第i项影响因素，i=1，2，…， n；n为第1层制约因素个数；Zi为第1层制约因素第i项影响因素之总分；j为第1层制约因素第i项影响因素的第2层子因素中的第j子因素， j=0，1，2，…， n；L为第2层制约因素中的第j子因素中的第3层的第L子因素，L=0，1，2，…，n；K1为第1层制约因素第i项影响因素之个数， K1=1，2，…，n；Ki00为第1层制约因素第i子因素的权重；Kij0为第2层制约因素第j子因素的权重；KijL为第3层制约因素中的第L因素的权重；KijLs为第3层制约因素中的第L因素实际贡献权重（郜洪强等，2008）。

3　评价标准的确定

地热水开发利用前景评价是由地热水的具体温度、热储层的涌水量等具体条件决定的，将其作为评价标准，采用相对权重的形式表示（张娟娟等，2008），其各项权值见表6。

表6　影响地热水开发利用因素权值表Tab.6 The table of the specific factors influencing the development and utilization of geothermal water

4　实例研究

（1）地热田概况

牛驼镇地热田，面积605.65km2，包括保定市的雄县、白洋淀温泉城和廊坊市的固安县、永清县、霸州市，具有热储分布面积大、储量大、埋藏浅、温度高、水质优5大特点，截止2010年已有地热井60眼。地热田位于冀中台陷的牛驼镇断凸上，热储层主要有明化镇热储、馆陶组热储、基岩热储。

辛集地热田分布于辛集市至宁晋县一带，面积924.24km2，包括石家庄市的辛集市、晋州市、赵县及邢台市的宁晋县、柏乡县。辛集地热田地处宁晋断凸北段，热储层有明化镇组热储、馆陶组热储和基岩热储。

地热田分布情况见图2。

图2　地热田分布图Fig.2 Geothermal field distribution map

（2）评价结果

借鉴有关研究成果，地热水开发利用前景评价的标准采用百分制，其等级标准区间值如表7。

根据上面的论述，结合地热田的实际情况确定其在评价模型中的实际贡献权重 。由此，得到牛驼镇地热田、辛集地热田的地热水开发利用前景评价结果见表8：

表7　地热水开发利用前景评价等级标准Tab.7 Geothermal water exploitation and utilization prospect evaluation grade standard

表8　基于层次分析法的地热水开发利用前景评价结果Tab.8 Prospect of the development and utilization of geothermal water evaluation results based on the AHP

5　结论

从实例的研究来看，应用层次分析法评价地热水开发利用前景是合适的，解决了以往单纯从定性角度分析地热水开发利用前景的人为主观性及片面性，大大提高了评价的科学性，保证了评价结果的客观准确，是一种行之有效的评价方法。

［1］ 张炳江.层次分析法及其应用案例［M］. 北京：电子工业出版社. 2014：15～53.

［2］ 张德忠，刘志刚，等. 河北地热［M］.北京：地质出版社. 2013：155～168.

［3］ 郜洪强，丁文萍，樊延恩，等. 河北省重点城市垃圾填埋场地质环境调查评价报告［R］. 石家庄市：河北省地质调查院.2008：150～160.

［4］ 张娟娟，林建旺，等. 基于AHP和BP神经网络的深部地热水可持续开发能力评价［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，高级工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质，Email∶fengzheng20040813@126.com