在能源短缺和環(huán)境污染的雙層壓力下，淺層地?zé)崮?/a>這一清潔可再生的新能源無(wú)疑是其中最具有生命力和競(jìng)爭(zhēng)力的新能源之一，日益受到國(guó)家和地方政府的重視。在開發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>之前，需通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行淺層地?zé)?/a>能適宜性分區(qū)，以便進(jìn)行淺層地?zé)崮苜Y源評(píng)價(jià)。

 

  層次分析法是對(duì)定性問題進(jìn)行定量分析的一種簡(jiǎn)便、靈活而又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法，使復(fù)雜問題中的各種因素通過劃分層次變得有序、條理化，然后利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算反映各因素權(quán)重。

 

  該方法已在社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的重視和應(yīng)用，而在地?zé)崮荛_發(fā)利用這個(gè)新領(lǐng)域中應(yīng)用較少。運(yùn)用層次分析法分別建立地下水熱泵和地埋管熱泵適宜分區(qū)評(píng)價(jià)體系，進(jìn)而對(duì)魯東地區(qū)淺層地?zé)?/a>能適宜性分區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這對(duì)提高魯東淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用水平，加快淺層地?zé)崮?/a>在魯東的發(fā)展，改善魯東能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)節(jié)能減排工作有重要意義。

 

  １ 層次分析法概述

 

  層次分析法（Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｔｉｃ ＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ）簡(jiǎn)稱ＡＨＰ，在２０世紀(jì)７０年代中期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂（Ｔ．Ｌ．Ｓａａｔｙ）正式提出，是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。由于它在處理復(fù)雜的決策問題上的實(shí)用性和有效性，應(yīng)用已遍及經(jīng)濟(jì)計(jì)劃和管理、能源政策和分配、軍事指揮、運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、教育、人才、醫(yī)療和環(huán)境等領(lǐng)域。

 

  層次分析法具５個(gè)基本步驟：①在確定決策目標(biāo)后，對(duì)影響目標(biāo)決策的因素進(jìn)行分類，建立—個(gè)多層次結(jié)構(gòu)；②比較同一層次中各因素關(guān)于上一層次的同一個(gè)因素的相對(duì)重要性，構(gòu)造成對(duì)比較矩陣；③通過計(jì)算，檢驗(yàn)成對(duì)比較矩陣的一致性，必要時(shí)對(duì)成對(duì)比較矩陣進(jìn)行修改，以達(dá)到可以接受的一致性；④在符合一致性檢驗(yàn)的前提下，計(jì)算與成對(duì)比較矩陣最大特征值相對(duì)應(yīng)的特征向量，確定每個(gè)因素對(duì)上一層次該因素的權(quán)重；⑤計(jì)算各因素對(duì)于系統(tǒng)目標(biāo)的總排序權(quán)重并決策。

 

  （１）建立系統(tǒng)遞階層次結(jié)構(gòu)

 

  把問題進(jìn)行分解組合，建立遞階層析結(jié)構(gòu)，清楚表明各層次之間的關(guān)系。

 

  （２）建立兩兩比較矩陣

 

  用某種標(biāo)度法對(duì)同一層元素進(jìn)行兩兩比較后建立一個(gè)比較矩陣。

 

  （３）構(gòu)造判斷矩陣

 

  常采用極比法構(gòu)造判斷矩［３，４］，由變換公式（１）可以得到一致性判斷矩陣。

 

  Ｃ ＝ （Ｃｉｊ）ｎ×ｎ

 

  ｆ（ｒｉ，ｒｊ）＝Ｃｉｊ ＝ （ｒｉｒｊ）ｌｏｇｒＣｂ （１）式中：ｒ＝ｒｍａｘ／ｒｍｉｎ為極比。

 

  （４）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

 

  按一致性檢驗(yàn)指標(biāo)ＰＣ．Ｌ進(jìn)行，ＰＣ．Ｌ越小，則判斷矩陣的一致性就越好。

 

  ＰＣ．Ｌ ＝ （λｍａｘ－ｎ）／（ｎ－１） （２）式中：λｍａｘ為最大特征值；ｎ為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

 

  按照極比法構(gòu)造的判斷矩陣，其一致性檢驗(yàn)指標(biāo)ＰＣ．Ｌ為０，故無(wú)需做一致性檢驗(yàn)。

 

  權(quán)重越大，表明參數(shù)對(duì)適宜性分區(qū)的影響越大，且對(duì)分區(qū)結(jié)果的貢獻(xiàn)就越大。

 

  ２ 魯東地區(qū)淺層地?zé)崮?/a>適宜性分區(qū)

  ２．１ 魯東地區(qū)淺層地?zé)崮荛_發(fā)概況

 

  魯東地處華北平原東部，位于暖溫帶季風(fēng)型半濕潤(rùn)區(qū)—大陸性氣候區(qū)，受海洋調(diào)節(jié)，四季分明，河流屬半島邊緣水系，源短流急，全區(qū)土地面積３５ ７３５ｋｍ２，包括日照、青島、煙臺(tái)、威海４市。

 

  魯東地區(qū)隸屬華北地層大區(qū)，魯東地層分區(qū)，巖漿侵入活動(dòng)劇烈頻繁，所形成的侵入巖占魯東地區(qū)基巖面積的半數(shù)有余。

 

  魯東地區(qū)從２００５年陸續(xù)開始應(yīng)用地源熱泵技術(shù)開發(fā)利用淺層地熱能，２００８年以后得到迅速發(fā)展，２００８年后利用淺層地熱能的面積超過利用總面積的９５％，目前已經(jīng)建成和即將建成的地源熱泵系統(tǒng)供暖（冷）的建筑面積超過９００萬(wàn)ｍ２，另有約６００萬(wàn)ｍ２處于已規(guī)劃準(zhǔn)備建設(shè)階段。魯東淺層地?zé)崮芾?/a>的主要建筑型式有新建住宅小區(qū)、工廠廠房、城市基礎(chǔ)公共設(shè)施；海水源熱泵利用方式分布在沿海一線及海上建筑；地下水源熱泵利用方式在魯東地區(qū)較少；土壤源熱泵利用方式主要分布于城市新規(guī)劃區(qū)以及沒有集中供暖的發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和旅游區(qū)。

 

  ２．２ 魯東地區(qū)淺層地?zé)?/a>能適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)類型及體系（１）分區(qū)類型

  魯東淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用分區(qū)主要指地下水熱泵適宜性分區(qū)和地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)。

 

  地下水熱泵適宜性分區(qū)根據(jù)水文地質(zhì)條件劃分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)及不適宜區(qū)；地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)根據(jù)地質(zhì)條件和投資成本劃分為經(jīng)濟(jì)區(qū)、較經(jīng)濟(jì)區(qū)和一般經(jīng)濟(jì)區(qū)；綜合分區(qū)在適宜性和經(jīng)濟(jì)性分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在適合地下水熱泵的地區(qū)優(yōu)先選擇地下水熱泵。

 

  （２）評(píng)價(jià)體系

 

  地下水熱泵適宜區(qū)分區(qū)評(píng)價(jià)體系由３層構(gòu)成，從頂層至底層分別由系統(tǒng)目標(biāo)層、屬性層和要素指標(biāo)層３級(jí)層次結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)目標(biāo)層為淺層地?zé)?/a>能地下水熱泵適宜區(qū)劃分。屬性指標(biāo)層由地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力場(chǎng)、水溫場(chǎng)、水化學(xué)場(chǎng)、地質(zhì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)組成。要素指標(biāo)層由地下水系統(tǒng)、地層結(jié)構(gòu)、含水層出水能力、含水層回灌能力、潛水流場(chǎng)、承壓水流場(chǎng)、地下水熱傳導(dǎo)速率、地下水熱影響范圍、地下水水質(zhì)、水源地的保護(hù)、地面沉降、地裂縫、投資成本和運(yùn)行成本等１４個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。

 

  地埋管換熱系統(tǒng)分區(qū)指標(biāo)包括場(chǎng)地巖土層的巖性、結(jié)構(gòu)、地下水賦存狀況，巖土層的導(dǎo)熱性能、換熱效率、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度，恒溫帶的深度和溫度，場(chǎng)地巖土體的密度、比熱，熱泵系統(tǒng)的投資成本、能耗及運(yùn)行成本等１５個(gè)指標(biāo)。

 

  ２．３ 魯東地區(qū)淺層地?zé)崮?/a>適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)

  采用層次分析法（ＡＨＰ）和ＧＩＳ圖層制作、空間分析、疊加的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分區(qū)評(píng)價(jià)。

 

  首先按照ＡＨＰ的要求，在評(píng)價(jià)體系的層次隸屬關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)和室內(nèi)研究分析，對(duì)各層對(duì)應(yīng)的要素指標(biāo)的重要性進(jìn)行判斷比較，確定不同影響因素對(duì)適宜性劃分的影響大小，給出相應(yīng)的權(quán)值；再對(duì)要素指標(biāo)層各指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算并歸一化處理，完成各指標(biāo)的量化工作。輸入ＧＩＳ制圖軟件中，利用ＧＩＳ圖形制作功能編制各要素指標(biāo)的圖層，完成各文件的制作，然后將各圖層根據(jù)權(quán)重疊加進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；最后，將要素層各要素的評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)量化、歸一化后，對(duì)要素層、屬性層、目標(biāo)層進(jìn)行計(jì)算綜合評(píng)價(jià)，對(duì)程序運(yùn)行計(jì)算結(jié)果按１．０～０．８、０．８～０．６、０．６～０．３、０．３～０分為４級(jí)，分別為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)及不適宜區(qū)，應(yīng)用ＧＩＳ出圖。

 

  （２）權(quán)值的確定

 

  權(quán)值的確定首先采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)現(xiàn)有的地下水熱泵運(yùn)行影響因素進(jìn)行分析研究；再對(duì)各影響要素進(jìn)行劃分，劃分出自然要素和非自然要素。

 

  自然要素包括描述地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的要素，描述水動(dòng)力場(chǎng)、水溫場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)的要素，描述地質(zhì)環(huán)境的要素等；非自然要素主要是指描述經(jīng)濟(jì)成本的要素。通過分析自然要素對(duì)非自然要素影響程度，按照各項(xiàng)自然要素對(duì)非自然要素影響的大小，統(tǒng)計(jì)出自然要素在適宜性分區(qū)劃分中所起的作用，并按所起作用的大小確定權(quán)值大小。最終確定對(duì)魯東地區(qū)地下熱泵運(yùn)行影響最大的因素為含水層結(jié)構(gòu)，其余依次是水動(dòng)力場(chǎng)—水溫場(chǎng)—水化學(xué)場(chǎng)—地質(zhì)環(huán)境。地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)要素主要是考慮地下埋管的投資成本。

 

  ２．４ 魯東地區(qū)淺層地?zé)崮?/a>適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果（１）地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性劃分

  魯東地區(qū)地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性可劃分為４個(gè)區(qū)。

 

  適宜區(qū)（Ⅰ區(qū)）：區(qū)內(nèi)地下水資源較貧乏，適宜區(qū)面積小，只分布在平度市南洼富水地段的崔家集鎮(zhèn)、中莊鎮(zhèn)南部，面積約１０５．８ｋｍ２。

 

  較適宜區(qū)（Ⅱ區(qū)）：主要集中在平度南洼適宜區(qū)的外圍及沿海較大河流的下游，包括萊州土山鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)周圍，西由鎮(zhèn)、金城鎮(zhèn)一帶，龍口市黃水河下游的中村鎮(zhèn)附近，煙臺(tái)牟平區(qū)的大窯鎮(zhèn)以西、姜戈莊鎮(zhèn)以南地帶。面積約４０１．２６ｋｍ２。

 

  一般適宜區(qū)（Ⅲ區(qū)）：分布在平度以南的較適宜區(qū)外圍、莒縣以北的堆積平原和其他較大河流的下游地區(qū)，常為較適宜區(qū)向不適宜區(qū)的中間過度地帶。面積約１ ０８６．６ｋｍ２。

 

  不適宜區(qū)（Ⅳ區(qū)）：魯東地區(qū)平原面積小，大部分地區(qū)為低山丘陵，基巖裸露，因此，魯東地區(qū)除了以上３個(gè)分區(qū)以外，大部分區(qū)域?yàn)椴贿m宜區(qū)。

 

  （２）地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性劃分

 

  魯東地區(qū)地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性劃分為３個(gè)區(qū)。

 

  經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅰ區(qū)）：主要分布在平度北部、招遠(yuǎn)、棲霞、龍口蓬萊南部、煙臺(tái)牟平區(qū)南部、威海市絕大部分區(qū)域以及青島、城陽(yáng)—膠南—日照沿海一帶，面積約２０ ４９１ｋｍ２。

 

  較經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅱ區(qū)）：包括煙臺(tái)市區(qū)周圍西起蓬萊市區(qū)向東延伸至威海市區(qū)以西的沿海地帶、萊西中部、萊陽(yáng)、海陽(yáng)大部、即墨東部、膠州南部、五蓮西北部、莒縣東部，面積約１０ ７７２ｋｍ２。

 

  一般經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅲ區(qū)）：主要包括平度南部、萊西南部、膠州北部、即墨西部區(qū)域以及萊州西部、莒縣西南部，面積約４ ４７２ｋｍ２。

 

  （３）魯東地區(qū)淺層地?zé)崮芾?/a>形式綜合區(qū)劃

  綜合區(qū)劃是在適宜性等級(jí)分區(qū)和經(jīng)濟(jì)性等級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行［６］，由以上分析可以看出，地埋管熱泵較適宜級(jí)別及以上區(qū)域主要分布在魯東巖漿巖分布區(qū)，這是由于現(xiàn)代鉆井技術(shù)的提高使得花崗巖鉆探成本并不高，且具有易施工、進(jìn)尺快、熱傳導(dǎo)性高等優(yōu)點(diǎn)，所以花崗巖地區(qū)適合利用地埋管地源熱泵。地下水熱泵較適宜以上區(qū)域主要分布在較大的沖積湖積平原，另有少量分布在沖積洪積河谷地帶，這些地帶含有砂卵礫石層，富水性好，回灌能力強(qiáng)，水文地質(zhì)條件優(yōu)越，比較適宜地下水熱泵工程。這也說明了一般在地下水熱泵適宜的地區(qū)地埋管熱泵的經(jīng)濟(jì)性不是最好的，而在地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性最好的地區(qū)地下水熱泵適宜性也一般，兩者有一定的互補(bǔ)性。

 

  ３ 結(jié)語(yǔ)

 

  淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性分區(qū)是資源調(diào)查

 

  評(píng)價(jià)工作的主要內(nèi)容，根據(jù)魯東地區(qū)淺層地?zé)?/a>能適宜性分區(qū)結(jié)果，地下水地源熱泵適宜性分為：適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)；根據(jù)地埋管地源熱泵經(jīng)濟(jì)性分為：經(jīng)濟(jì)區(qū)、較經(jīng)濟(jì)區(qū)、一般經(jīng)濟(jì)區(qū)；根據(jù)適宜性與經(jīng)濟(jì)性可將調(diào)查區(qū)分為地下水熱泵適宜區(qū)、較適宜區(qū)，地埋管熱泵適宜區(qū)、較適宜區(qū)和地源熱泵不適宜區(qū)。在地質(zhì)條件適宜區(qū)優(yōu)先選擇地下水源熱泵系統(tǒng)，在不適宜利用地下水的區(qū)域優(yōu)先選擇地埋管熱泵系統(tǒng)，鼓勵(lì)新建或改建的公共建筑、居民樓、農(nóng)村集中建設(shè)的住宅采用淺層地?zé)?/a>能，政府投資的公益性項(xiàng)目?jī)?yōu)先利用淺層地?zé)崮?/a>。

  淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性分區(qū)的主要依據(jù)

 

  是資源賦存的地質(zhì)條件，同時(shí)要注重考慮開發(fā)利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)條件。在魯東地區(qū)淺層地?zé)崮?/a>適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)過程中，利用層次分析法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，通過分析評(píng)價(jià)目標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)，從而將問題簡(jiǎn)單化，使得評(píng)價(jià)指標(biāo)本身的相對(duì)重要性定量化，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算得到可靠的權(quán)重值，評(píng)價(jià)結(jié)果更為科學(xué)準(zhǔn)確，能客觀反映評(píng)價(jià)區(qū)開發(fā)利用適宜性特征，為魯東淺層地熱能的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)和支持。