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基于AHP-集对分析的矿井水资源利用风险评估

王亨力 倪深海

王亨力,倪深海. 基于AHP-集对分析的矿井水资源利用风险评估[J]. 水利水运工程学报,2021(3):126-135. doi:  10.12170/0201120002
引用本文: 王亨力,倪深海. 基于AHP-集对分析的矿井水资源利用风险评估[J]. 水利水运工程学报,2021(3):126-135. doi:  10.12170/0201120002
(WANG Hengli, NI Shenhai. Risk assessment of mine water resource utilization based on analytic hierarchy process and set pair analysis[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(3): 126-135. (in Chinese)) doi:  10.12170/0201120002
Citation: (WANG Hengli, NI Shenhai. Risk assessment of mine water resource utilization based on analytic hierarchy process and set pair analysis[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(3): 126-135. (in Chinese)) doi:  10.12170/0201120002

基于AHP-集对分析的矿井水资源利用风险评估

doi: 10.12170/0201120002
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2017YFC0403505,2017YFC1502401)
详细信息
    作者简介:

    王亨力(1997—),男,山东滨州人,硕士研究生,主要从事水资源保护与管理研究。E-mail:hlwang@nhri.cn

    通讯作者:

    倪深海(E-mail:shni@nhri.cn

  • 中图分类号: TV213.4

Risk assessment of mine water resource utilization based on analytic hierarchy process and set pair analysis

  • 摘要: 识别了矿井水资源利用风险因素,基于供需双侧协调目标,筛选出水量、水质、经济(成本)3个一级指标及12个风险评估二级指标建立矿井水资源利用风险评估指标体系,构建基于集对分析理论的矿井水利用风险评估模型。选取冀中煤炭基地邢邯地区的7个矿区作为典型案例,运用层次分析法评价和集对分析综合评价进行矿井水资源利用风险评估。评估结果表明:邢台、葛泉为低风险,章村、显德汪、邢东、东庞及西庞为中风险;风险等级主要受水质、水量因素的影响,受经济因素影响最小。评估结果与矿区矿井水资源利用实际情况基本符合,这表明基于集对分析理论用于矿井水资源利用的风险评估是可行的,模型可用于其他矿区矿井水资源利用风险评估。
  • 表  1  矿井水资源利用风险评估指标体系及等级划分标准

    Table  1.   Mine water resource utilization risk assessment index system and grade division standard

    因素指 标1级2级3级4级
    水量 矿井涌水量变化率C1/% (0,10] (10,20] (20,30] (30,100]
    矿井水潜力量占比C2/% (100,85] (85,70] (70,55] (55,0]
    用户需水量变化幅度C3/% (0,5] (5,10] (10,15] (15,100]
    供水保证率C4/% (100,95] (95,90] (90,85] (85,50]
    水质 悬浮物含量C5/(mg·L−1) (0,50] (50,400] (400,700] (700,1 000]
    总溶解性固体含量C6/(mg·L−1) (0,1 000] (1 000,4 000] (4 000,7 000] (7 000,10 000]
    pH相对值C7 (0,1] (1,2] (2,3] (3,4]
    有毒物质含量(砷)C8/(mg·L−1) (0,0.05] (0.05,0.50] (0.50,2.00] (2.00,5.00]
    总铁(锰)含量C9/(mg·L−1) (0,0.3] (0.3,7.0] (7.0,14.0] (14.0,20.0]
    经济 处理成本C10/(元·m−3) (0,1.0] (1.0,1.5] (1.5,2.0] (2.0, 5.0]
    利润率C11/% (100,30] (30,20] (20,10] (10,0]
    激励政策C12 1 0
      注:①参考《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[22],可利用地表水资源pH值为6~9;②由于不同有毒物质(如氟、砷、硫、铅、挥发酚、六价铬等)对同一风险等级划分的阈值不同,所以选择矿井水中产生风险等级高的有毒物质进行风险等级划分,考虑实际情况此处选择砷;③由于铁、锰两种矿井水污染物的污染结果相似、处理方式相似,但风险等级的阈值不同,所以选取两者中风险等级高的元素进行风险等级划分。
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    表  2  各级指标权重

    Table  2.   Index weights at all levels

    目标层目标层权重一级指标一级指标权重二级指标二级指标权重综合指标权重
    A 1 B1 0.319 8 C1 0.294 1 0.094
    C2 0.201 5 0.064
    C3 0.247 9 0.079
    C4 0.256 5 0.082
    B2 0.431 1 C5 0.207 0 0.089
    C6 0.172 5 0.075
    C7 0.178 8 0.077
    C8 0.236 0 0.102
    C9 0.205 6 0.089
    B3 0.249 1 C10 0.365 8 0.091
    C11 0.210 4 0.052
    C12 0.423 8 0.106
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    表  3  7个矿区各指标数值、赋分及综合指数值

    Table  3.   Index values, assignment points and comprehensive index values of seven mining areas

    指标邢台章村显德汪葛泉邢东东庞西庞
    矿井涌水量变化率C1 6.14%/49.21 16.60%/64.90 27.70%/81.55 5.26%/47.89 36.00%/94.00 5.14%/47.71 35.40%/93.10
    矿井水潜力量占比C2 65.00%/75.00 45.00%/95.00 64.30%/75.70 58.30%/81.70 55.00%/85.00 56.00%/86.00 76.00%/64.00
    用户需水量变化率C3 15.40%/86.20 18.00%/94.00 10.00%/70.00 2.60%/47.80 8.30%/64.90 3.30%/49.90 13.75%/81.25
    供水保证率C4 97.00%/49.00 98.00%/46.00 99.00%/43.00 96.00%/52.00 97.00%/49.00 97.00%/49.00 98.00%/46.00
    悬浮物含量C5 17/45.10 13/43.90 263/64.13 64/55.60 92/56.80 760/85.30 31/49.30
    可溶解性固体含量C6 550/48.25 1 150/55.75 1 100/55.50 625.00/49.38 2 346.00/61.73 1 613.00/58.07 1 217/56.09
    pH相对值C7 0.8/52.00 0.7/50.50 0.8/52.00 0.7/50.50 1.2/58.00 1.3/59.50 0.5/47.50
    有毒物质含量C8 0.012/43.60 0.022/46.60 0.010/43.00 0.037/51.10 0.033/49.90 0.038/51.40 0.021/46.30
    总铁锰含量C9 0/40.00 16.60/91.50 0/40.00 0/40.00 0/40.00 7.02/70.03 0/40.00
    处理成本C10 1.03/55.90 1.35/65.50 1.24/62.20 1.32/64.60 1.45/68.50 1.63/73.60 1.05/56.50
    利润率C11 35.0/47.50 18.4/72.40 28.0/58.00 22.0/67.00 16.0/76.00 10.0/85.00 34.0/49.00
    激励政策C12 1/40 1/40 1/40 1/40 1/40 1/40 1/40
    W 51.69 61.22 56.30 52.69 60.65 61.31 55.50
      注:“/”前数据为各指标数值,“/”后数据为赋分值。
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    表  4  7个矿区各指标联系度

    Table  4.   Connection degree of each index of the seven mining areas

    矿区Cacbc1ibc2iccj矿区Cacbc1ibc2iccj
    邢台 C1 1 0 0 0 邢东 C1 0 0 0.400 0.600
    C2 0 0.330 0.670 0 C2 0 0 1 0
    C3 0 0 0.920 0.080 C3 0.340 0.660 0 0
    C4 1 0 0 0 C4 1 0 0 0
    C5 1 0 0 0 C5 0.880 0.120 0 0
    C6 1 0 0 0 C6 0.551 0.449 0 0
    C7 1 0 0 0 C7 0.800 0.200 0 0
    C8 1 0 0 0 C8 1 0 0 0
    C9 1 0 0 0 C9 1 0 0 0
    C10 0.940 0.060 0 0 C10 0.100 0.900 0 0
    C11 1 0 0 0 C11 0 0.600 0.400 0
    C12 1 0 0 0 C12 1 0 0 0
    章村 C1 0.340 0.660 0 0 东庞 C1 1 0 0 0
    C2 0 0 0.333 0.667 C2 0 0.067 0.933 0
    C3 0 0 0.400 0.600 C3 1 0 0 0
    C4 1 0 0 0 C4 1 0 0 0
    C5 1 0 0 0 C5 0 0 0.800 0.200
    C6 0.950 0.050 0 0 C6 0.796 0.204 0 0
    C7 1 0 0 0 C7 0.700 0.300 0 0
    C8 1 0 0 0 C8 1 0 0 0
    C9 0 0 0.567 0.433 C9 0 0.998 0.002 0
    C10 0.300 0.700 0 0 C10 0 0.740 0.260 0
    C11 0 0.840 0.160 0 C11 0 0 1 0
    C12 1 0 0 0 C12 1 0 0 0
    显德汪 C1 0 0.230 0.770 0 西庞 C1 0 0 0.460 0.540
    C2 0 0.620 0.380 0 C2 0.400 0.600 0 0
    C3 0 1 0 0 C3 0 0.250 0.750 0
    C4 1 0 0 0 C4 1 0 0 0
    C5 0.391 0.609 0 0 C5 1 0 0 0
    C6 0.967 0.033 0 0 C6 0.928 0.072 0 0
    C7 1 0 0 0 C7 1 0 0 0
    C8 1 0 0 0 C8 1 0 0 0
    C9 1 0 0 0 C9 1 0 0 0
    C10 0.520 0.480 0 0 C10 0.900 0.100 0 0
    C11 0.800 0.200 0 0 C11 1 0 0 0
    C12 1 0 0 0 C12 1 0 0 0
    葛泉 C1 1 0 0 0 葛泉 C7 1 0 0 0
    C2 0 0.220 0.780 0 C8 1 0 0 0
    C3 1 0 0 0 C9 1 0 0 0
    C4 1 0 0 0 C10 0.360 0.640 0 0
    C5 0.960 0.040 0 0 C11 0.200 0.800 0 0
    C6 1 0 0 0 C12 1 0 0 0
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    表  5  各矿区$ {g}_{1} $$ {g}_{2} $$ {g}_{3} $$ {g}_{4} $值及风险评估等级

    Table  5.   Values of $ {g}_{1} $, $ {g}_{2} $, $ {g}_{3} $, $ {g}_{4} $ and risk assessment grades of each mining area

    矿区邢台章村显德汪葛泉邢东东庞西庞
    g10.8510.5870.6520.8330.5960.5760.774
    g20.0270.1730.2510.1170.2250.1990.073
    g30.1160.1120.0970.0500.1220.2070.102
    g40.0060.128000.0560.0180.051
    h1221221
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    表  6  各矿区矿井水资源利用风险评估结果

    Table  6.   Risk assessment results of mine water resources utilization in various mining areas

    矿区名称邢台章村显德汪葛泉邢东东庞西庞
    层次分析法
    集对分析法
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-20
  • 网络出版日期:  2021-05-15
  • 刊出日期:  2021-06-15

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