韓春陽,潘 俊,康然然 ,田 川

(沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧沈陽 110168)

當(dāng)前水源熱泵系統(tǒng)在沈陽發(fā)展極為迅速,應(yīng)用前景十分廣闊,然而增長過快,導(dǎo)致該技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)出盲目無序的發(fā)展態(tài)勢,在很大程度上忽視了影響因素,從而引發(fā)地下水資源浪費(fèi)、水源熱泵系統(tǒng)[1-2]效率低下等問題,制約了地源熱泵系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。需要統(tǒng)一規(guī)劃和建議指導(dǎo),制約了地源熱泵系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。因此進(jìn)行地下水源熱泵適宜性評價(jià)顯得非常重要。本文采用層次分析法,對影響適宜性評價(jià)[3]指標(biāo)體系的地質(zhì)、地下水環(huán)境等定性因素進(jìn)行量化,利用 GIS對各要素指標(biāo)進(jìn)行屬性賦值,應(yīng)用 Map Info將影響地下水源熱泵適宜性的單因素圖層進(jìn)行加權(quán)疊加,生成地下水源熱泵適宜性分區(qū)圖,該圖顯示出沈陽目前建立地下水源熱泵的地區(qū)也大多集中在所規(guī)劃的適宜區(qū)內(nèi),表明建立的評價(jià)指標(biāo)體系是合理的,評價(jià)結(jié)果可以用來作為建立地下水源熱泵的依據(jù)。

1 沈陽城區(qū)地下水源熱泵適宜性評價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1 評價(jià)要素的選取及評價(jià)體系的構(gòu)建

影響地下水源熱泵建設(shè)的因素很多,本文采用層次分析法[4],考慮沈陽城區(qū)水文地質(zhì)條件及地下水環(huán)境等綜合因素,選定影響地下水源熱泵建設(shè)的主要因素有 3大類：地質(zhì)與水文地質(zhì)因素,地下水水質(zhì)因素和環(huán)境保護(hù)因素。本次評價(jià)體系由目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)和要素指標(biāo)層(C)3級層次結(jié)構(gòu)組成。目標(biāo)層是系統(tǒng)的總目標(biāo),即地下水源熱泵適宜性。準(zhǔn)則層由地質(zhì)與水文地質(zhì)條件,地下水水質(zhì),環(huán)境保護(hù) 3部分構(gòu)成。要素指標(biāo)層由含水層富水程度,回灌能力,地下水埋深,地下水硬度,地下水鐵錳含量,地下水溫度,水源地等 7個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。見圖 1示。

圖1 評價(jià)體系結(jié)構(gòu)圖

2 評價(jià)因素的權(quán)重計(jì)算

在多目標(biāo)決策分析中,權(quán)重反映了各因素在決策過程中所占的地位即相對重要性,是各因素重要程度的定量描述,直接影響綜合決策的結(jié)果。對所有判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),在符合一致性檢驗(yàn)后,計(jì)算判斷矩陣最大特征值相對應(yīng)的特征向量,確定每個(gè)因素對上一層次對應(yīng)因素的權(quán)重,最后求出每個(gè)因素的權(quán)重。為使判斷矩陣中每個(gè)因素定量化,采用了“1～9”比較標(biāo)度法。

2.1 構(gòu)造判斷矩陣并求最大特征根和特征向量

構(gòu)造(A—B)判斷矩陣(第二層因素相對第一層的比較判斷)見表 1。

表1

采用幾何平均近似法(方根法)計(jì)算(A—B)判斷矩陣的最大特征根和特征向量,計(jì)算結(jié)果為：W1=0.348,W2=0.239,W3=0.413。得到 W=(W1,W2,W3)T為所求特征向量近似值,即第二層各因素權(quán)重,求得矩陣的最大特征值λmax=3.0183。

同理構(gòu)造(B1—C)判斷矩陣(i=1,2)計(jì)算最大特征根及特征向量：

(B1—C)判斷矩陣最大特征根及特征向量

W=(0.57,0.333,0.097)T,λmax=3.0246;

(B2—C)判斷矩陣最大特征根及特征向量

W=(0.303,0.297,0.4)T,λmax=3.0092。

2.2 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

(A—B)的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：C.R.=0.016＜0.1;(B1—C)的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：C.R.=0.021＜0.1;(B2—C)的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：C.R.=0.008＜0.1;可見,判斷矩陣具有滿意的一致性。

2.3 層次總排序

利用層次單排序結(jié)果,綜合得出準(zhǔn)則層 B相對于目標(biāo)層C以及要素指標(biāo)層 C相對于準(zhǔn)則層 B的權(quán)重值;最后計(jì)算出要素指標(biāo)層 C相對于目標(biāo)層A的權(quán)重值即為層次總排序(實(shí)際上是 C層對于 B層與 B層對于 A層權(quán)重值的累計(jì)值,即為組合權(quán)重,)。矩陣(B-C)為單一隸屬關(guān)系,不需要一致性檢驗(yàn)。各要素指標(biāo)對應(yīng)目標(biāo)層計(jì)算得到的權(quán)重值見表2 。

表2 標(biāo)對應(yīng)目標(biāo)層所占的權(quán)重

3 基于地理信息系統(tǒng) GIS下沈陽城區(qū)水源熱泵適宜性分區(qū)

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取及處理

利用 GIS[5]空間分析能力進(jìn)行問題的分析、規(guī)劃,對要素指標(biāo)分區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性賦值,本文所用各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于近年來各類科研報(bào)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、數(shù)據(jù)的矢量化及空間分析等。本文對影響地下水源熱泵適宜性分區(qū)的主要指標(biāo)：含水層富水程度可以用導(dǎo)水系數(shù)表征、回灌能力、地下水埋深、地下水硬度、地下水硬度、地下水鐵、錳含量、地下水溫度[6]、水源地。分別對以上指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,從而得到標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。

3.2 數(shù)據(jù)矢量化及空間分析

對要素指標(biāo)分區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性賦值,將標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的要素指標(biāo),并對圖件進(jìn)行矢量化,最后應(yīng)用 Map Info軟件的空間疊加功能,將影響地下水源熱泵適宜性分區(qū)的單因素圖層進(jìn)行加權(quán)疊加,生成地下水源熱泵適宜性分區(qū)圖。

3.3 適宜性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)沈陽城區(qū)地下水源熱泵的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,確定其分區(qū)級別和綜合指數(shù)值劃分標(biāo)準(zhǔn)。見表3 ,沈陽城區(qū)地下水源熱泵適宜性分區(qū)圖如圖 2。

表3 分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 沈陽城區(qū)地下水源熱泵適宜性分區(qū)示意圖

從圖中可以看出比較適合應(yīng)用水源熱泵的地區(qū)主要分布在城區(qū)中部,并且適宜區(qū)中富水性較好的地區(qū)居多,不適宜區(qū)集中在水源地保護(hù)區(qū)以及富水性、回灌能力差的地區(qū)。

4 結(jié)論

沈陽目前建立地下水源熱泵的地區(qū)也大多集中在所規(guī)劃的適宜區(qū)內(nèi),表明建立的評價(jià)指標(biāo)體系是合理的,評價(jià)結(jié)果可以用來作為建立地下水源熱泵的依據(jù),但在評價(jià)過程中,由于所收集的資料不夠詳細(xì),有些數(shù)據(jù)難以獲得,所以評價(jià)結(jié)果僅能宏觀地劃分適宜程度的大致區(qū)域,在進(jìn)行地下水源熱泵建設(shè)時(shí),還應(yīng)考慮場地的實(shí)際情況。

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[3]吳艷菊.地表水源熱泵適宜性綜合評價(jià)及規(guī)劃研究：[D].重慶：重慶大學(xué)供熱、供燃?xì)饧翱照{(diào)工程系,2009.

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[5]倪金生,曹學(xué)軍,張敏.地理信息系統(tǒng)理論與實(shí)踐[J].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

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