层次分析法（AHP)在盐穴储气库建库地质条件评价中的应用分析

牛耀辉

【摘  要】盐穴储气库工程建设大致可分为预可行性研究、可行性研究、建库设计、造腔施工、注气运行五个阶段，而预可行性研究阶段的核心工作就是建库地质条件评价。层次分析法（AHP）作为一种系统性的分析方法，近年来在地下储气库选址评价、岩土工程的稳定性评价和风险分析中得到了广泛应用。

【Abstract】The construction of salt cavern gas storage project can be roughly divided into five stages： pre-feasibility study， feasibility study， storage design， cavitation construction and gas injection operation. The core work in the stage of pre-feasibility study is to evaluate the geological conditions of the storage. AHP， as a systematic analytical method， has been widely used in site selection evaluation of underground gas storage， stability evaluation of geotechnical engineering and risk analysis in recent years.

【关键词】层次分析法;盐穴储气库;地质条件

【Keywords】Analytic Hierarchy Process; salt cavern gas storage; geological condition

【中图分类号】TE972                                【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）06-0176-02

1 引言

进入21世纪，天然气作为高效、清洁能源的代表，逐渐成为支撑中国绿色发展和可持续发展的主力清洁能源。在天然气全产业链中，地下储气库是保障天然气管网高效安全运行、平衡季节用气峰谷差、应对长输管道突发事故、保障国家能源安全的战略性基础设施。地质条件评价工作直接关系到盐穴储气库建设是否开展和如何开展的问题，它面临的是一个由相互关联、相互制约的众多地质因素构成的复杂系统，层次分析法则为研究这类复杂的系统，提供了一种新的、简洁的、实用的决策方法。

2 层次分析法简述

2.1 层次分析法的基本原理

层次分析法（AHP）是美国运筹学家Saaty教授于20世纪70年代初提出的，他根据问题的性质和总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照其相互关联及隶属关系将因素聚集组合成一个多层次的分析结构模型，从而最终使问题归结为决策方案、措施等相对于总目标的相对重要权值或优劣次序的排定。

2.2 层次分析法的计算步骤

层次分析法的计算步骤主要包括：①建立层次结构模型，根据决策的目标、决策、指标和方案之间的相互关系绘出层次结构图;②构造判断矩阵，确定各层次各因素之间的权重;③层次单排序及其一致性检验;④层次总排序，最终进行各方案重要性程度综合评定。

3 建立地质条件评价体系层次结构模型

根据层次分析法基本原理，结合课题具体任务，确定地质条件评价体系的目标层为选择最适宜的建库库址，准则层为影响盐穴储气库建设的主要地质因素，指标层为各地质因素分别细化得到的基本地质条件，而参与对比评价的各石盐田（包括宁晋-辛集石盐田、河北沧县石盐田盐矿、江苏金坛盐矿、江苏淮安盐矿、湖北云应盐矿、平顶山盐矿）则作为方案层，如图1所示。

4 构造各层次各因素之间的判断矩阵

在地质条件评价体系准则层、指标层中对各个要素进行了两两比较，建立准则层（B）对于目标层（A）及指标层（C）对于准则层（B）判断矩阵，如表1、表2、表3、表4、表5所示。

5 各层次各因素权重排序及一致性检验

0.1703，0.0568，0.1703，0.0568}T。由此可见，地质条件评价体系指标层（C）中，石盐矿体埋深（C22）是最主要因素，权重达到了21.03%，此外，夹层厚度占比（C31）和盖层厚度（C41）也是影响盐穴储气库建设的重要地质条件因素，权重均为17.03%。

6 各对比区建库地质条件综合评价

为便于对比各盐矿的地质条件概况，定义各地质因素对盐穴储气库建设的影响量化指标在[0，1]，量化指标为1表示地质条件非常好，盐穴地下储气库的建设完全不受地质条件的影响，量化指标为0表示地质条件非常差，地质因素对盐穴储气库的建设有绝对制约性影响。由此可以得出各对比区盐矿地质条件指标层的量化排列向量K，K={K11，K12，K21，K22，K23，K24，K31，K32，K41，K42}，如表7所示。

综上所述，可对各对比区建库地质条件进行综合对比评价，地质因素综合评价指标计算公式K综合=K·WC，计算结果各对比区地质因素综合评价指标排序为：金坛盐矿（0.8737）>云应盐矿（0.7937）>平顶山盐矿（0.7891）>沧县石盐田（0.7461）>淮安盐矿（0.7183）>宁晋-辛集石盐田（0.6098）。

7 结语

地下储气库建设工程必须经过建库地质条件评价，地质评价体系的建立涉及众多地质条件因素，通過层次分析法构建判断矩阵可以直观地比较各种地质因素的影响程度。可以发现，石盐矿体埋深仍是制约盐穴储气库建设最主要的地质因素。随着我国石盐矿产资源勘查开发力度不断加大，盐穴储气库工程向超深地层延伸是必然趋势，超深盐穴储气库领域的理论体系和关键技术研发问题已迫在眉睫。

【参考文献】

【1】郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008，18（5）：148-153.

【2】赵静.数学建模与数学实验[M].北京：北京高等教育出版社，2000.

【3】井文君，杨春和，李银平，等.基于层次分析法的盐穴储气库选址评价方法研究[J].岩土力学，2012，33（09）：2683-2690.

【4】丁国生，张昱文.盐穴地下储气库[M].北京：石油工业出版社，2010.

【5】谭羽非，等.天然气地下储气库技术及数值模拟[M].北京：石油工业出版社，2007.