趙艷娜，馬小全

(甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

淺層地?zé)崮芾镁褪菓?yīng)用地源熱泵技術(shù)，提取淺層(一般為200 m以淺)土壤或地下水中的能量，作為建設(shè)工程取暖或制冷的供給源。位于河西走廊中部的張掖市普遍采用的是依賴于地下水資源的水源熱泵技術(shù)，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全市水源熱泵總應(yīng)用面積已超過120萬 m2。盲目的開發(fā)利用也出現(xiàn)了一些問題，如地下水淺埋區(qū)回灌困難，深埋區(qū)和富水性較差區(qū)取水成本過高等等，均影響了淺層地溫能的有效開發(fā)利用，因此，合理評價和劃分淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)，對于淺層地?zé)崮芾镁哂兄匾闹笇?dǎo)意義。

層次分析法(Analytial Hierarchy Process，簡稱 AHP)是美國匹茲堡大學(xué)教授A.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的一種系統(tǒng)分析方法。AHP是一種能將定性分析與定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，把要解決的問題分層系列化，將問題分解為不同的組成要素按照其相互影響和隸屬關(guān)系將其分層聚類組合，形成一個有序的層次結(jié)構(gòu)模型，依據(jù)對客觀現(xiàn)實的判斷給予定量表示，并根據(jù)各因素的相對重要性給予一定的權(quán)重，通過逐層比較各因素的重要性來為分析、決策提供定量的依據(jù)。

1 評價方法及數(shù)學(xué)模型

1.1 評價體系

影響地下水地源熱泵適宜性的因素主要有地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、地下水動力場、水化學(xué)場等。地質(zhì)、水文地質(zhì)條件決定著淺層地?zé)崮艿馁x存環(huán)境，含水層的出水能力和回灌能力決定著場地是否能使用地源熱泵技術(shù)及抽回灌井的比例;地下水動力場主要有含水層厚度、地下水水力坡度、地下水開采狀況等;水化學(xué)場主要針對地下水水質(zhì)對地源熱泵系統(tǒng)的影響及地源熱泵系統(tǒng)運行對地下水的污染狀況等。

綜合各影響因素，選擇地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、地下水動力場、地下水化學(xué)場等三個指標(biāo)來構(gòu)建評價體系。選擇單井出水量、含水層巖性、有效含水層厚度、地下水水位埋深、含水層滲透系數(shù)、地下水水位降幅、地下水硬度等共計7項指標(biāo)進(jìn)行評價。

本次適宜性分區(qū)評價對本次野外調(diào)查的37個點分別進(jìn)行評價。根據(jù)張掖市甘州區(qū)水文地質(zhì)條件，各評價指標(biāo)在分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.2 評價方法

1.2.1 建立層次分析模型

根據(jù)所確定的影響因子建立分析模型(圖1)，共分為三層，分別為目的層、屬性層和要素層。

1.2.2 構(gòu)造成對比較矩陣

按照層次分析法，在評價模型的層次隸屬關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用1－9標(biāo)度法，分別比較要素層中各因素的相對重要性(其中，對適宜性劃分影響較大的因素重要性就越大)，構(gòu)造成對比較矩陣。矩陣A如下:

該矩陣滿足:(1)aij＞0;

(2)aij=1/aij;

(3)aij=1，當(dāng) i=j時。

表1 影響適宜性分區(qū)的各評價因子賦值結(jié)果表

圖1 層次分析法模型結(jié)構(gòu)圖

1.2.3 矩陣 A的一致性檢驗

1)分別計算上述矩陣的最大特征值λmax及對應(yīng)的特征向量ω

計算結(jié)果為:λmax=7.497

計算結(jié)果:最大特征值 λ=7.497，最大特征值對應(yīng)的特征向量為 ω =(0.113，0.225，0.113，0.060，0.204，0.031，0.031)T，

2)計算一致性指標(biāo)CI

3)查找隨機一致性指標(biāo)RI

根據(jù)龔木森、許樹柏1986年得出的判斷矩陣重復(fù)計算1000次的平均隨機一致性指標(biāo)如表2。

表2 層次分析法的平均隨機一致性指標(biāo)值

4)計算一致性比例CR

查得當(dāng)矩陣階數(shù) n=7時，RI=1.24，所以 CR=0.067＜0.1

當(dāng) CR＜0.1時，表示比較矩陣 A的判斷是可以接受的。即ω代表的權(quán)重系數(shù)可以被采納利用。

1.3 評價數(shù)學(xué)模型

利用綜合評價指數(shù)法進(jìn)行計算。計算公式如下:

式中:Ri為綜合評價指數(shù);αi為指標(biāo)要素的權(quán)重值;Xi為指標(biāo)要素屬性賦值;n為指標(biāo)要素個數(shù)。

2 評價結(jié)果

2.1 計算結(jié)果

由于工作區(qū)以往的淺層地?zé)崮苷{(diào)查資料較為貧乏，因此，本次適宜性評價僅以本次野外調(diào)查工作所取得的37個點為依據(jù)來計算各點的適宜性指數(shù)，并對工作區(qū)進(jìn)行適宜性分區(qū)劃分。

根據(jù)各個點的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，地下水動力場和水質(zhì)條件，以及表1中對各影響因子的賦值，計算得出各個點的適宜性指數(shù)。

2.2 適宜性分區(qū)原則

采用綜合指數(shù)法，將每個點上的7項屬性賦值與其相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后求和，即得到每個點上的綜合指數(shù)。將數(shù)值0～5劃為地下水式地源熱泵不適宜區(qū)，5～7為地下水式地源熱泵較適宜區(qū)，7～9為地下水式地源熱泵適宜區(qū)。見表 3。

表3 綜合指數(shù)分區(qū)表

根據(jù)計算結(jié)果及分區(qū)原則進(jìn)行適宜性分區(qū)，結(jié)果見圖2。

圖2 甘州區(qū)淺層地?zé)崮苷{(diào)查評價適宜性分區(qū)圖

3 結(jié)語

(1)利用層次分析法對張掖市甘州區(qū)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性進(jìn)行評價，選擇單井出水量、含水層巖性、有效含水層厚度、地下水水位埋深、含水層滲透系數(shù)、地下水水位降幅、地下水硬度等共計7項指標(biāo)進(jìn)行評價。根據(jù)評價因子影響大小依次排序為:含水層巖性、含水層滲透系數(shù)、單井出水量、有效含水層厚度、地下水水位埋深、地下水水位降幅、地下水硬度。

(2)通過適宜性指數(shù)，將張掖市甘州區(qū)地下水劃分為適宜性區(qū)域、較適宜性區(qū)域和不適宜性區(qū)域三個分區(qū)。結(jié)果顯示:張掖市甘州區(qū)地下水大部分為淺層地?zé)崮荛_發(fā)適宜性區(qū)域或較適宜性區(qū)域，僅在南、北山前局部地段及張掖市二水廠水源地保護區(qū)為不適宜區(qū)域，開發(fā)前景較好。

(3)張掖市甘州區(qū)城區(qū)及外圍淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜及較適宜區(qū)面積1 677.27 km2。適宜及較適宜區(qū)內(nèi)含水層主要為卵石、砂礫卵石及粗中砂，回灌性能較好，單位回灌量:單位涌水量 ＞80%。