基于主层次分析法的卡里巴大坝修建方案选取问题

王齐悦

卡里巴水坝位于赞比亚与津巴布韦之间的赞比西河的卡里巴峡谷。该水坝如今面临崩塌危险。本文建立综合评价模型。依据水力学知识结合工程经济学理论确立指标。运用熵权法、层次分析法进而进行综合评价。分短期、中期、长期三种情况评价三种修建水坝的效益与成本。

一、模型假设

为简化问题，本文提出如下三条假设：

1.假设在研究发电、旅游、旅游蓄水效益等指标时都是竣工后的情况不考虑施工时间等其他因素的影响。

2.假设短期内新修建的小水坝与重新修建的大水坝不需要修复。

3.假设中长期小水坝维护费用总和与重新修建的大水坝修复费用相等。

二、短期中期长期的评价模型与层次分析法

当前，有修复原先水坝、重建水坝和用小水坝替换大水坝三种可能的方案。

评价指标的确立：

根据卡里巴水坝的作用，综合考虑，本文利用工程经济学理论分效益和成本两个角度，总共建立了发电效益、旅游效益、蓄水效益、建设成本、时间成本、生态成本、修复成本7个评价指标。

1.考虑发电效益

经查阅修复、重建、替换三种方式的发电功率数据：1707.5、1830、3294对齐做归一化处理。确定权重。

2.考虑旅游效益

将卡里巴水坝年游览人数作为旅游效益指标。假设重建完工后的大坝旅游效益不受影响，改建小坝后旅游效益大大减小。而分析修复后的大坝由于维修等因素，会制定限制旅游人次或减少开放时间等政策，旅游效益相较于重建大坝有所减少。查阅赞比亚旅游局数据，并进行合理估算得到结果如下表所示。

3.考虑蓄水效应

将三种建设方案下竣工后的水库总库容设为蓄水效应评价指标。寻找调查研究结果1840、1880、2474.6，并做归一化处理确定权值。

4.考虑建设成本（包括维护成本）

建造直接成本有劳动力、原材料、设备，间接成本考虑生态效应、翻新连带项目以及贷款利息等。除了重建费用，还要包括拆迁费用。依据一些现存大坝的造价，可以得到结果三种方案的建设成本分别为：0.5365、3.42、2.9615亿美元。

5.考虑时间成本

由于修复与重建的使用周期不同，而施工造成的各方面损失不可忽视，修复，重建大水坝、重建小水坝周期分别为2、10、4年，将其归一化处理确定权值。

6.考虑生态成本

修建大坝对于生态的影响从三个生态效应来讨论。首先是泥沙的截留效应.所有的河流都能输送泥沙，而所有的大坝和水库可以截留部分泥沙。其结果严重威胁岸堤道路和防洪堤安全并影响生物分布。其次，考虑边缘效应。蓄水后，河岸带的长度一般会增加数倍，老河岸带被新的河岸所替代，而且范围稳定，基本不受年季降水的影响。第三，考虑水温效应。建设大坝改变了流域水量的分布和受影响河段的水位，引起了水温在流域沿程和水深上的梯度变化。人们研究水温变化发现，水温变化会对溶解氧的量和悬浮物产生效应，并影晌水化学特性，最终影响水生生物的繁殖、生长和发育以及物种的分布、河流水文特性、生态系统结构和功能。综合上述因素依次给出三个选项生态成本指标值1、0.9、0.6。依据上述所定的指标采取较客观的熵权法和较主观的层次分析法相结合的方法对六个指标定权，进而进行综合评价。层次分析的权重结果为：

发电效益、环境效益、旅游效益、建设成本、时间成本、生态成本短期0.7235061 0.083308 0.193186 0.73695260.186279 0.076768中期0.6767715 0.192497 0.130731 0.68529410.221324 0.093382长期0.5939686 0.296755 0.109276 0.51194670.127913 0.36014

将熵权法与层次分析法权重各取0.5的权重得到最终权重。经过一致性检验CR小于0.1，结果合理。

短期效益、短期成本、中期效益、中期成本、长期效益、长期成本的权值分别为：修复0.6712 0.5068 0.6337 0.9019 0.64750.6618重建0.7290 0.9138 0.6796 0.9163 0.69020.5463替换0.6459 0.9073 0.8021 0.9014 0.82140.3695

可见，短期内（约6年内）收益情况是：重建大坝>修复原大坝>小水坝替换，而成本消耗：修复大坝<小水坝替换<重建大坝。中期内（6-15年内）收益情况是：小水坝替换>重建大水坝>修复原水坝，成本消耗：三者没有明显差别，重建大水坝稍大。长期内（15年以上）收益情况：明显小水坝替换最大，修复大水坝最低。而成本上修复水坝方案由于维护费用高所以成本最高，建立小水坝最低。

综上所述，短期内采取修复原水坝的方案收益损失不大且成本更低，但是考虑中长期的维护与发展，应选择用多个小水坝替换原先的大水坝或许是更经济的选择。

三、模型的评价与推广

综合评价模型综合了三个收益指标以及三个成本指标，从各个不同的方面加权分析比较了三个选项的利弊分成长中短三个时期分别进行评价，避免了评价的片面性，最终的结果更加具有科学性以及说服力。此外，在確定权重系数时，运用加法集成赋权法，包含了主观和客观两个角度，增加评价结果的准确性和可信性。不足之处是由于数据的缺乏，有部分选项的收益以及成本情况没有加入到模型的考虑范围之内，若有更多的数据可以丰富模型的评价指标，使得预测更加合理。

参考文献：

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[3]田冉 卡里巴大坝修复与重建的选择分析[J].科学家，2017（16）：205-207.