本發(fā)明屬于核設(shè)施退役與放射性廢物治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

高放射性核廢物(簡稱高放廢物)的放射性強(qiáng)、毒性大、發(fā)熱，且核素半衰期極長，必須采取可靠的手段將其與人類生存環(huán)境有效隔離。從目前世界發(fā)展情況看，采用深地質(zhì)埋藏(距地表深約500-1000米的地質(zhì)體中)并與生物圈隔離的地質(zhì)處置方式被認(rèn)為是一種有效、安全的處置手段，已成為國際共識。高放廢物的安全處置在科學(xué)、技術(shù)、人文和社會(huì)學(xué)方面面臨一系列重大、復(fù)雜的難題，其難點(diǎn)在于：如何保證高放廢物與生物圈進(jìn)行充分、徹底、可靠地隔離；如何保證隔離時(shí)間超過一萬年、甚至十萬年；如何有效預(yù)測隔離的可靠性等。其中，如何選擇符合條件的場址、如何評價(jià)場址的適宜性是解決高放廢物安全處置的科學(xué)技術(shù)難題之一。

我國的《放射性污染防治法》明確規(guī)定“高水平放射性固體廢物實(shí)行集中的深地質(zhì)處置”。根據(jù)2011年國務(wù)院公布的《放射性廢物安全管理?xiàng)l例》，我國大陸地區(qū)低、中水平放射性固體廢物處置設(shè)施關(guān)閉后應(yīng)滿足300年以上的安全隔離要求；高水平放射性固體廢物和α放射性固體廢物深地質(zhì)處置設(shè)施關(guān)閉后應(yīng)滿足1萬年以上的安全隔離要求。因而，高放廢物地質(zhì)處置庫工程又稱之為萬年工程，其場址的篩選和適宜性評價(jià)既不同于一般民用工程，也不同于現(xiàn)有的所有核工程。

我國高放廢物地質(zhì)處置庫場址篩選和評價(jià)工作始于1985年，初步在全國篩選了6大預(yù)選區(qū)和21個(gè)重點(diǎn)地段以及7個(gè)候選場址，但場址篩選和評價(jià)工作仍然處于整個(gè)高放廢物地質(zhì)處置研究開發(fā)的初期階段。無論是預(yù)選區(qū)篩選還是重點(diǎn)地段和候選場址的篩選，采用的方法是專家主觀定性評價(jià)。

定量化評價(jià)是信息化時(shí)代、特別是大數(shù)據(jù)時(shí)代管理學(xué)的重要發(fā)展方向，廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)研究中，為科學(xué)決策提供支撐。鑒于高放廢物地質(zhì)處置庫工程具有建設(shè)條件復(fù)雜、安全等級高、服務(wù)期限長(1萬年以上)等特點(diǎn)，處置庫場址適宜性定量化評價(jià)是高放廢物地質(zhì)處置研究開發(fā)過程中場址決策的必然要求。

層次分析法(analytichierarchyprocess，ahp)，在20世紀(jì)70年代中期由美國運(yùn)籌學(xué)家托馬斯-塞蒂正式提出。該方法是一種定性與定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。由于其在處理復(fù)雜的決策問題上的實(shí)用性和有效性，很快在世界范圍得到重視。層次分析法的應(yīng)用已遍及經(jīng)濟(jì)計(jì)劃和管理、能源政策和分配、行為科學(xué)、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。層次分析法是通過分析復(fù)雜問題包含的因素及其相互聯(lián)系，將問題分解為不同的要素，并將這些要素歸并為不同的層次，從而形成多層次結(jié)構(gòu)，在每一層次可按某一規(guī)定準(zhǔn)則對該層要素進(jìn)行兩兩比較建立判斷矩陣，通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值和對應(yīng)的正交化特征向量，得出該層要素對于該準(zhǔn)則的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出各層次要素對于總體目標(biāo)的組合權(quán)重。從而得出不同設(shè)想方案的權(quán)值，為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)。

如何利用層次分析法為高放射性核廢物處置庫場址適宜性進(jìn)行定量化評價(jià)是核設(shè)施退役與放射性廢物治理技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為：提出一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，解決了將層次分析法理論應(yīng)用于高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)面臨的三大難題，即如何構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型、如何構(gòu)建判斷矩陣、如何綜合定量判斷不同選址方案的優(yōu)劣性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，包括以下步驟：步驟1.確定高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)的指標(biāo)；步驟2.建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型；步驟3.建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型判斷矩陣；步驟4.不同選址方案綜合排序。

步驟1中所述指標(biāo)分為規(guī)劃選址階段指標(biāo)、區(qū)域調(diào)查階段指標(biāo)、以及場址評價(jià)和確認(rèn)階段指標(biāo)。

步驟2中，根據(jù)步驟1確定的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)分階段指標(biāo)，構(gòu)建各階段場址適宜性定量評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層：目標(biāo)層為場址篩選；準(zhǔn)則層分為兩層，上層為一級指標(biāo)準(zhǔn)則層，下層為二級指標(biāo)準(zhǔn)則層；方案層為若干個(gè)選址方案。

步驟3中，以一級指標(biāo)要素c作為評價(jià)準(zhǔn)則，對二級指標(biāo)要素進(jìn)行兩兩比較確定判斷矩陣的相關(guān)要素，生成的判斷矩陣形式如下所示：

其中，判斷矩陣b中的元素bij表示依據(jù)評價(jià)準(zhǔn)則c要素bi對bj的相對重要性。

作為優(yōu)選方案：步驟3中，bij取值規(guī)則如下：

1)對c而言，bi比bj極為重要，則bij＝9；

2)對c而言，bi比bj重要很多，則bij＝7；

3)對c而言，bi比bj重要，則bij＝5；

4)對c而言，bi比bj稍重要，則bij＝3；

5)對c而言，bi與bj同樣重要，則bij＝1；

6)對c而言，bi比bj稍次要，則bij＝1/3；

7)對c而言，bi比bj次要，則bij＝1/5；

8)對c而言，bi比bj次要很多，則bij＝1/7；

9)對c而言，bi比bj極為次要，則bij＝1/9。

步驟4中，計(jì)算過程分為兩步：第一步，以二級指標(biāo)為準(zhǔn)則計(jì)算不同選址方案的綜合排序；第二步，比較一級指標(biāo)條件下不同選址方案的綜合排序，如果某一選址方案的權(quán)重值越大，則表明該選址方案越有利，場址的適宜性越好。

步驟4中，對于選址準(zhǔn)則m一級指標(biāo)cm，計(jì)算相對于各二級指標(biāo)的k個(gè)選址方案的權(quán)重，以各二級指標(biāo)為準(zhǔn)則的不同方案權(quán)重用如下矩陣表示：

其中，dij為第i個(gè)二級指標(biāo)對于第j個(gè)選址方案的分值；

不同選址方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序判斷矩陣表示如下：

其中，

bj為第j個(gè)二級指標(biāo)；

bj為第j個(gè)二級指標(biāo)分值；

di為bj對于第i個(gè)選址方案的二級指標(biāo)權(quán)重；

經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，獲得不同方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序：

其中，

i＝1,2,…,m，m為二級指標(biāo)數(shù)目；

pij為第j個(gè)選址方案對應(yīng)的第i個(gè)二級指標(biāo)的權(quán)重；

構(gòu)建不同選址方案相對于一級指標(biāo)的綜合判斷矩陣：

其中，

pi為第i個(gè)選址方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序判斷矩陣；

cj為第j個(gè)一級指標(biāo)；

cj為第j個(gè)一級指標(biāo)的權(quán)重；

經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，獲得不同選址方案相對于選址準(zhǔn)則一級指標(biāo)的綜合排序：

其中，di為第i個(gè)選址方案的權(quán)重值。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，解決了高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)的難題，適用于高放廢物地質(zhì)處置庫等大型、復(fù)雜且安全評價(jià)周期超長(1萬年以上)的場址適宜性定量化評價(jià)；

(2)本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，建立的不同階段高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)了將場址適宜性評價(jià)問題分解為不同的指標(biāo)，并將這些指標(biāo)歸并為不同的層次，從而簡化了各類指標(biāo)的權(quán)重比較，解決了層次分析法理論應(yīng)用于高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)存在的難題之一——如何構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型；

(3)本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，建立的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型判斷矩陣，解決了層次分析法理論應(yīng)用于高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)存在的難題之一——如何構(gòu)建判斷矩陣；

(4)本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，建立的不同選址方案綜合排序方法，解決了層次分析法理論應(yīng)用于高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)存在的難題之一——如何綜合定量判斷不同選址方案的優(yōu)劣性；

(5)采用本發(fā)明的方法已經(jīng)完成了對高放廢物地質(zhì)處置新疆預(yù)選區(qū)雅滿蘇和天湖地段候選場址篩選與評價(jià)研究項(xiàng)目中重點(diǎn)地段的適宜性評價(jià)和候選場址推選，經(jīng)過評價(jià)，雅滿蘇地段的綜合排序權(quán)重為0.475，天湖地段的綜合排序權(quán)重為0.45，綜合排序值越大代表場址適宜性越好，因此雅滿蘇地段的適宜性優(yōu)于天湖地段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)通用層次結(jié)構(gòu)模型；

圖2為本發(fā)明的規(guī)劃選址階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型；

圖3為本發(fā)明的區(qū)域調(diào)查階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型；

圖4為本發(fā)明的場址評價(jià)和確認(rèn)階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的一種基于ahp的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)方法，包括以下步驟：

步驟1.確定高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)的指標(biāo)

確定高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)的指標(biāo)是本發(fā)明的基礎(chǔ)。針對高放廢物地質(zhì)處置庫場址篩選和評價(jià)的法規(guī)要求，本步操作設(shè)計(jì)出一套與研究對象特征相符的、可定量化描述的指標(biāo)。

本步操作參考《世界核地質(zhì)科學(xué)》期刊論文“高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量化評價(jià)的指標(biāo)體系初探”中確定的原則和提出的指標(biāo)體系，確定高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)的指標(biāo)。指標(biāo)分為規(guī)劃選址階段、區(qū)域調(diào)查階段、場址評價(jià)和確認(rèn)階段共三個(gè)階段，由10個(gè)一級指標(biāo)和59個(gè)二級指標(biāo)按照一定邏輯關(guān)系組合而成。其中，規(guī)劃選址階段的場址適宜性定 量化評價(jià)指標(biāo)由地質(zhì)條件、未來自然變化條件、地球化學(xué)條件、環(huán)境保護(hù)條件以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人文條件等5個(gè)一級指標(biāo)和15個(gè)二級指標(biāo)構(gòu)成；區(qū)域調(diào)查階段的場址適宜性定量化評價(jià)指標(biāo)由地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地球化學(xué)條件、環(huán)境保護(hù)條件以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人文條件等5個(gè)一級指標(biāo)和19個(gè)二級指標(biāo)構(gòu)成；場址評價(jià)和確認(rèn)階段的場址適宜性定量化評價(jià)指標(biāo)由地質(zhì)條件、未來自然變化、水文地質(zhì)、地球化學(xué)、建造和工程條件、人類活動(dòng)、廢物運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、土地使用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人文條件等10個(gè)一級指標(biāo)和43個(gè)二級指標(biāo)構(gòu)成。各階段的一級指標(biāo)和二級指標(biāo)組合關(guān)系如表1所示。

表1高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)指標(biāo)列表

步驟2.建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，其目的是通過分析高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)這一復(fù)雜問題所包含的指標(biāo)及其相互聯(lián)系，將場址適宜性評價(jià)問題分解為不同的指標(biāo)，并將這些指標(biāo)歸并為不同的層次，從而形成多層次結(jié)構(gòu)，即高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型。

根據(jù)本發(fā)明步驟1確定的高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)分階段指標(biāo)，構(gòu)建各階段場址適宜性定量評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性定量評價(jià)通用層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，目標(biāo)層為場址篩選；準(zhǔn)則層分為兩層，上層為步驟1所述一級指標(biāo)的一級指標(biāo)準(zhǔn)則層，下層為步驟1所述二級指標(biāo)的二級指標(biāo)準(zhǔn)則層；方案層為若干個(gè)選址方案。

具體而言，規(guī)劃選址階段、區(qū)域調(diào)查階段、場址評價(jià)和確認(rèn)階段的場址適宜性定量評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型分別如圖2、圖3、圖4所示。

步驟2.1.規(guī)劃選址階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

規(guī)劃選址階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。其中，目標(biāo)層為推薦適宜的處置庫場址預(yù)選區(qū)；準(zhǔn)則層分為兩層，即一級指標(biāo)準(zhǔn)則層、二級 指標(biāo)準(zhǔn)則層；方案層為重點(diǎn)預(yù)選區(qū)篩選方案，本實(shí)施例中包括新疆預(yù)選區(qū)、甘肅北山預(yù)選區(qū)、內(nèi)蒙古預(yù)選區(qū)、華東預(yù)選區(qū)、華南預(yù)選區(qū)、西南預(yù)選區(qū)共六大預(yù)選區(qū)。

步驟2.2.區(qū)域調(diào)查階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

區(qū)域調(diào)查階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。其中，目標(biāo)層為推薦適宜的預(yù)選地段；準(zhǔn)則層分為兩層，即一級指標(biāo)準(zhǔn)則層、二級指標(biāo)準(zhǔn)則層；方案層為從六大預(yù)選區(qū)篩選出的若干預(yù)選地段。

步驟2.3.場址評價(jià)和確認(rèn)階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

場址評價(jià)和確認(rèn)階段場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。其中，目標(biāo)層為推薦適宜的場址；準(zhǔn)則層分為兩層，即一級指標(biāo)準(zhǔn)則層、二級指標(biāo)準(zhǔn)則層；方案層為從預(yù)選地段篩選出的若干候選場址。

步驟3.建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型判斷矩陣

建立高放廢物地質(zhì)處置庫場址適宜性評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型判斷矩陣，其目的是在每一層次對該層要素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣。

如圖1所示，以一級指標(biāo)要素c作為評價(jià)準(zhǔn)則，對二級指標(biāo)要素進(jìn)行兩兩比較確定判斷矩陣的相關(guān)要素，則生成的判斷矩陣形式如下：

其中，判斷矩陣b中的元素bij表示依據(jù)評價(jià)準(zhǔn)則c，要素bi對bj的相對重要性。本發(fā)明中bij的值是根據(jù)資料數(shù)據(jù)和以及專家主觀判定確定的。其取值規(guī)則如下：

1)對c而言，bi比bj極為重要，則bij＝9；

2)對c而言，bi比bj重要很多，則bij＝7；

3)對c而言，bi比bj重要，則bij＝5；

4)對c而言，bi比bj稍重要，則bij＝3；

5)對c而言，bi與bj同樣重要，則bij＝1；

6)對c而言，bi比bj稍次要，則bij＝1/3；

7)對c而言，bi比bj次要，則bij＝1/5；

8)對c而言，bi比bj次要很多，則bij＝1/7；

9)對c而言，bi比bj極為次要，則bij＝1/9；

10)如果bi比bj的重要性介于上述相鄰標(biāo)準(zhǔn)之間，則bij取值分別為8、6、4、2、1/2、1/4、1/6和1/8。

步驟4.不同選址方案綜合排序

不同選址方案綜合排序，其目的是在各級指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果以及不同方案的二級指標(biāo)參數(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建判斷矩陣，即以二級指標(biāo)為準(zhǔn)則比較不同選址方案基礎(chǔ)上構(gòu)建判斷矩陣。其計(jì)算過程可以分為兩步：第一步，以二級指標(biāo)為準(zhǔn)則計(jì)算不同選址方案的綜合排序；第二步，比較一級指標(biāo)條件下不同選址方案的綜合排序，如果某一選址方案的權(quán)重值越大，則表明該選址方案越有利，場址的適宜性越好。

以圖1中的選址準(zhǔn)則m一級指標(biāo)cm為例，計(jì)算相對于各二級指標(biāo)的k個(gè)選址方案的權(quán)重。不同方案的兩兩比較依據(jù)是實(shí)測的數(shù)據(jù)，則以各二級指標(biāo)為準(zhǔn)則的不同方案權(quán)重用以下矩陣表示。

其中，dij為第i個(gè)二級指標(biāo)對于第j個(gè)選址方案的分值。

不同選址方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序判斷矩陣表示如下：

其中，bj為第j個(gè)二級指標(biāo)，bj為第j個(gè)二級指標(biāo)分值，di為bj對于第i個(gè)選址方案的二級指標(biāo)權(quán)重。

由于客觀因素的復(fù)雜性或者對因素分析的片面性，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，從而保證評價(jià)者在同一思想邏輯下對多種因素進(jìn)行評判，使得各評判之間協(xié)調(diào)一致。一致性檢驗(yàn)方法詳見電子工業(yè)出版社出版的《層次分析法及其應(yīng)用案例》，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，如果滿足一致性條件，則可以獲得不同方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序，假設(shè)上面的判斷矩陣計(jì)算結(jié)果為：

其中，

i＝1,2,…,m，m為二級指標(biāo)數(shù)目；

pij為第j個(gè)選址方案對應(yīng)的第i個(gè)二級指標(biāo)的權(quán)重。

在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建不同選址方案相對于一級指標(biāo)的綜合判斷矩陣如下。

其中，

pi為第i個(gè)選址方案相對于選址準(zhǔn)則m的各二級指標(biāo)的綜合排序判斷矩陣；

cj為第j個(gè)一級指標(biāo)；

cj為第j個(gè)一級指標(biāo)的權(quán)重。

經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，如果滿足一致性條件，則可以獲得不同選址方案相對于選址準(zhǔn)則一級指標(biāo)的綜合排序，假設(shè)為：

其中，di為第i個(gè)選址方案的權(quán)重值。

上述不同方案的權(quán)重即為不同方案適宜性優(yōu)先排序，某一選址方案的權(quán)重值越大表明該選址方案越有利，場址的適宜性越好。