技术领域
[0001] 本
发明属于
核设施退役与
放射性废物治理技术领域，具体涉及一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法。
背景技术
[0002] 高放射性核废物(简称高放废物)的放射性强、毒性大、发热，且核素
半衰期极长，必须采取可靠的手段将其与人类生存环境有效隔离。从目前世界发展情况看，采用深地质埋藏(距地表深约500-1000米的地质体中)并与
生物圈隔离的地质处置方式被认为是一种有效、安全的处置手段，已成为国际共识。高放废物的安全处置在科学、技术、人文和社会学方面面临一系列重大、复杂的难题，其难点在于：如何保证高放废物与生物圈进行充分、彻底、可靠地隔离；如何保证隔离时间超过一万年、甚至十万年；如何有效预测隔离的可靠性等。其中，如何选择符合条件的场址、如何评价场址的适宜性是解决高放废物安全处置的科学技术难题之一。
[0003] 我国的《放射性污染防治法》明确规定“高
水平放射性固体废物实行集中的深地质处置”。根据2011年国务院公布的《
放射性废物安全管理条例》，我国大陆地区低、中水平放射性固体废物处置设施关闭后应满足300年以上的安全隔离要求；高水平放射性固体废物和α放射性固体废物深地质处置设施关闭后应满足1万年以上的安全隔离要求。因而，高放废物地质处置库工程又称之为万年工程，其场址的筛选和适宜性评价既不同于一般民用工程，也不同于现有的所有核工程。
[0004] 我国高放废物地质处置库场址筛选和评价工作始于1985年，初步在全国筛选了6大预选区和21个重点地段以及7个候选场址，但场址筛选和评价工作仍然处于整个高放废物地质处置研究开发的初期阶段。无论是预选区筛选还是重点地段和候选场址的筛选，采用的方法是专家主观定性评价。
[0005] 定量化评价是信息化时代、特别是
大数据时代管理学的重要发展方向，广泛应用于自然科学和社会科学研究中，为科学决策提供
支撑。鉴于高放废物地质处置库工程具有建设条件复杂、安全等级高、服务期限长(1万年以上)等特点，处置库场址适宜性定量化评价是高放废物地质处置研究开发过程中场址决策的必然要求。
[0006] 层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，在20世纪70年代中期由美国运筹学家托
马斯-塞蒂正式提出。该方法是一种定性与定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。由于其在处理复杂的决策问题上的实用性和有效性，很快在世界范围得到重视。层次分析法的应用已遍及经济计划和管理、
能源政策和分配、行为科学、军事指挥、运输、农业、教育、人才、医疗和环境等领域。层次分析法是通过分析复杂问题包含的因素及其相互联系，将问题分解为不同的要素，并将这些要素归并为不同的层次，从而形成多层次结构，在每一层次可按某一规定准则对该层要素进行两两比较建立判断矩阵，通过计算判断矩阵的最大特征值和对应的
正交化
特征向量，得出该层要素对于该准则的权重，在此
基础上计算出各层次要素对于总体目标的组合权重。从而得出不同设想方案的权值，为选择最优方案提供依据。
[0007] 如何利用层次分析法为高放射性核废物处置库场址适宜性进行定量化评价是核设施退役与放射性废物治理技术领域亟需解决的技术问题。
发明内容
[0008] 本发明需要解决的技术问题为：提出一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，解决了将层次分析法理论应用于高放废物地质处置库场址适宜性定量评价面临的三大难题，即如何构建层次结构模型、如何构建判断矩阵、如何综合定量判断不同选址方案的优劣性。
[0009] 本发明的技术方案如下所述：
[0010] 一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，包括以下步骤：步骤1.确定高放废物地质处置库场址适宜性定量评价的指标；步骤2.建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型；步骤3.建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型判断矩阵；步骤4.不同选址方案综合排序。
[0011] 步骤1中所述指标分为规划选址阶段指标、区域调查阶段指标、以及场址评价和确认阶段指标。
[0012] 步骤2中，根据步骤1确定的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价分阶段指标，构建各阶段场址适宜性定量评价层次结构模型，包括目标层、准则层和方案层：目标层为场址筛选；准则层分为两层，上层为一级指标准则层，下层为二级指标准则层；方案层为若干个选址方案。
[0013] 步骤3中，以一级指标要素C作为评价准则，对二级指标要素进行两两比较确定判断矩阵的相关要素，生成的判断矩阵形式如下所示：
[0014]
[0015] 其中，判断矩阵B中的元素bij表示依据评价准则C要素Bi对Bj的相对重要性。
[0016] 作为优选方案：步骤3中，bij取值规则如下：
[0017] 1)对C而言，Bi比Bj极为重要，则bij＝9；
[0018] 2)对C而言，Bi比Bj重要很多，则bij＝7；
[0019] 3)对C而言，Bi比Bj重要，则bij＝5；
[0020] 4)对C而言，Bi比Bj稍重要，则bij＝3；
[0021] 5)对C而言，Bi与Bj同样重要，则bij＝1；
[0022] 6)对C而言，Bi比Bj稍次要，则bij＝1/3；
[0023] 7)对C而言，Bi比Bj次要，则bij＝1/5；
[0024] 8)对C而言，Bi比Bj次要很多，则bij＝1/7；
[0025] 9)对C而言，Bi比Bj极为次要，则bij＝1/9。
[0026] 步骤4中，计算过程分为两步：第一步，以二级指标为准则计算不同选址方案的综合排序；第二步，比较一级指标条件下不同选址方案的综合排序，如果某一选址方案的权重值越大，则表明该选址方案越有利，场址的适宜性越好。
[0027] 步骤4中，对于选址准则m一级指标Cm，计算相对于各二级指标的K个选址方案的权重，以各二级指标为准则的不同方案权重用如下矩阵表示：
[0028]
[0029] 其中，dij为第i个二级指标对于第j个选址方案的分值；
[0030] 不同选址方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序判断矩阵表示如下：
[0031]
[0032] 其中，
[0033] Bj为第j个二级指标；
[0034] bj为第j个二级指标分值；
[0035] Di为Bj对于第i个选址方案的二级指标权重；
[0036] 经过一致性检验后，获得不同方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序：
[0037]
[0038] 其中，
[0039] i＝1,2,…,m，m为二级指标数目；
[0040] pij为第j个选址方案对应的第i个二级指标的权重；
[0041] 构建不同选址方案相对于一级指标的综合判断矩阵：
[0042]
[0043] 其中，
[0044] Pi为第i个选址方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序判断矩阵；
[0045] Cj为第j个一级指标；
[0046] cj为第j个一级指标的权重；
[0047] 经过一致性检验后，获得不同选址方案相对于选址准则一级指标的综合排序：
[0048]
[0049] 其中，di为第i个选址方案的权重值。
[0050] 本发明的有益效果为：
[0051] (1)本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，解决了高放废物地质处置库场址适宜性定量评价的难题，适用于高放废物地质处置库等大型、复杂且安全评价周期超长(1万年以上)的场址适宜性定量化评价；
[0052] (2)本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，建立的不同阶段高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型，实现了将场址适宜性评价问题分解为不同的指标，并将这些指标归并为不同的层次，从而简化了各类指标的权重比较，解决了层次分析法理论应用于高放废物地质处置库场址适宜性定量评价存在的难题之一——如何构建层次结构模型；
[0053] (3)本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，建立的高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型判断矩阵，解决了层次分析法理论应用于高放废物地质处置库场址适宜性定量评价存在的难题之一——如何构建判断矩阵；
[0054] (4)本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，建立的不同选址方案综合排序方法，解决了层次分析法理论应用于高放废物地质处置库场址适宜性定量评价存在的难题之一——如何综合定量判断不同选址方案的优劣性；
[0055] (5)采用本发明的方法已经完成了对高放废物地质处置新疆预选区雅满苏和天湖地段候选场址筛选与评价研究项目中重点地段的适宜性评价和候选场址推选，经过评价，雅满苏地段的综合排序权重为0.475，天湖地段的综合排序权重为0.45，综合排序值越大代表场址适宜性越好，因此雅满苏地段的适宜性优于天湖地段。
附图说明
[0056] 图1为本发明的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价通用层次结构模型；
[0057] 图2为本发明的规划选址阶段场址适宜性评价层次结构模型；
[0058] 图3为本发明的区域调查阶段场址适宜性评价层次结构模型；
[0059] 图4为本发明的场址评价和确认阶段场址适宜性评价层次结构模型。
具体实施方式
[0060] 下面结合附图和
实施例对本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法进行详细说明。
[0061] 本发明的一种基于AHP的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价方法，包括以下步骤：
[0062] 步骤1.确定高放废物地质处置库场址适宜性定量评价的指标
[0063] 确定高放废物地质处置库场址适宜性定量评价的指标是本发明的基础。针对高放废物地质处置库场址筛选和评价的法规要求，本步操作设计出一套与研究对象特征相符的、可定量化描述的指标。
[0064] 本步操作参考《世界核地质科学》期刊论文“高放废物地质处置库场址适宜性定量化评价的指标体系初探”中确定的原则和提出的指标体系，确定高放废物地质处置库场址适宜性定量评价的指标。指标分为规划选址阶段、区域调查阶段、场址评价和确认阶段共三个阶段，由10个一级指标和59个二级指标按照一定逻辑关系组合而成。其中，规划选址阶段的场址适宜性定量化评价指标由地质条件、未来自然变化条件、地球化学条件、环境保护条件以及社会经济和人文条件等5个一级指标和15个二级指标构成；区域调查阶段的场址适宜性定量化评价指标由地质条件、水文地质条件、地球化学条件、环境保护条件以及社会经济和人文条件等5个一级指标和19个二级指标构成；场址评价和确认阶段的场址适宜性定量化评价指标由地质条件、未来自然变化、水文地质、地球化学、建造和工程条件、人类活动、废物运输、环境保护、土地使用、社会经济和人文条件等10个一级指标和43个二级指标构成。各阶段的一级指标和二级指标组合关系如表1所示。
[0065] 表1高放废物地质处置库场址适宜性定量评价指标列表
[0066]
[0067]
[0068]
[0069] 步骤2.建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型
[0070] 建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型，其目的是通过分析高放废物地质处置库场址适宜性评价这一复杂问题所包含的指标及其相互联系，将场址适宜性评价问题分解为不同的指标，并将这些指标归并为不同的层次，从而形成多层次结构，即高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型。
[0071] 根据本发明步骤1确定的高放废物地质处置库场址适宜性定量评价分阶段指标，构建各阶段场址适宜性定量评价层次结构模型，包括目标层、准则层和方案层。高放废物地质处置库场址适宜性定量评价通用层次结构模型如图1所示，目标层为场址筛选；准则层分为两层，上层为步骤1所述一级指标的一级指标准则层，下层为步骤1所述二级指标的二级指标准则层；方案层为若干个选址方案。
[0072] 具体而言，规划选址阶段、区域调查阶段、场址评价和确认阶段的场址适宜性定量评价层次结构模型分别如图2、图3、图4所示。
[0073] 步骤2.1.规划选址阶段场址适宜性评价层次结构模型
[0074] 规划选址阶段场址适宜性评价层次结构模型如图2所示。其中，目标层为推荐适宜的处置库场址预选区；准则层分为两层，即一级指标准则层、二级指标准则层；方案层为重点预选区筛选方案，本实施例中包括新疆预选区、甘肃北山预选区、内蒙古预选区、华东预选区、华南预选区、西南预选区共六大预选区。
[0075] 步骤2.2.区域调查阶段场址适宜性评价层次结构模型
[0076] 区域调查阶段场址适宜性评价层次结构模型如图3所示。其中，目标层为推荐适宜的预选地段；准则层分为两层，即一级指标准则层、二级指标准则层；方案层为从六大预选区筛选出的若干预选地段。
[0077] 步骤2.3.场址评价和确认阶段场址适宜性评价层次结构模型
[0078] 场址评价和确认阶段场址适宜性评价层次结构模型如图4所示。其中，目标层为推荐适宜的场址；准则层分为两层，即一级指标准则层、二级指标准则层；方案层为从预选地段筛选出的若干候选场址。
[0079] 步骤3.建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型判断矩阵[0080] 建立高放废物地质处置库场址适宜性评价层次结构模型判断矩阵，其目的是在每一层次对该层要素进行两两比较，建立判断矩阵。
[0081] 如图1所示，以一级指标要素C作为评价准则，对二级指标要素进行两两比较确定判断矩阵的相关要素，则生成的判断矩阵形式如下：
[0082]
[0083]
[0084] 其中，判断矩阵B中的元素bij表示依据评价准则C，要素Bi对Bj的相对重要性。本发明中bij的值是根据资料数据和以及专家主观判定确定的。其取值规则如下：
[0085] 1)对C而言，Bi比Bj极为重要，则bij＝9；
[0086] 2)对C而言，Bi比Bj重要很多，则bij＝7；
[0087] 3)对C而言，Bi比Bj重要，则bij＝5；
[0088] 4)对C而言，Bi比Bj稍重要，则bij＝3；
[0089] 5)对C而言，Bi与Bj同样重要，则bij＝1；
[0090] 6)对C而言，Bi比Bj稍次要，则bij＝1/3；
[0091] 7)对C而言，Bi比Bj次要，则bij＝1/5；
[0092] 8)对C而言，Bi比Bj次要很多，则bij＝1/7；
[0093] 9)对C而言，Bi比Bj极为次要，则bij＝1/9；
[0094] 10)如果Bi比Bj的重要性介于上述相邻标准之间，则bij取值分别为8、6、4、2、1/2、1/4、1/6和1/8。
[0095] 步骤4.不同选址方案综合排序
[0096] 不同选址方案综合排序，其目的是在各级指标权重计算结果以及不同方案的二级指标参数基础上构建判断矩阵，即以二级指标为准则比较不同选址方案基础上构建判断矩阵。其计算过程可以分为两步：第一步，以二级指标为准则计算不同选址方案的综合排序；第二步，比较一级指标条件下不同选址方案的综合排序，如果某一选址方案的权重值越大，则表明该选址方案越有利，场址的适宜性越好。
[0097] 以图1中的选址准则m一级指标Cm为例，计算相对于各二级指标的K个选址方案的权重。不同方案的两两比较依据是实测的数据，则以各二级指标为准则的不同方案权重用以下矩阵表示。
[0098]
[0099] 其中，dij为第i个二级指标对于第j个选址方案的分值。
[0100] 不同选址方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序判断矩阵表示如下：
[0101]
[0102] 其中，Bj为第j个二级指标，bj为第j个二级指标分值，Di为Bj对于第i个选址方案的二级指标权重。
[0103] 由于客观因素的复杂性或者对因素分析的片面性，需要进行一致性检验，从而保证评价者在同一思想逻辑下对多种因素进行评判，使得各评判之间协调一致。一致性检验方法详见
电子工业出版社出版的《层次分析法及其应用案例》，经过一致性检验后，如果满足一致性条件，则可以获得不同方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序，假设上面的判断矩阵计算结果为：
[0104]
[0105] 其中，
[0106] i＝1,2,…,m，m为二级指标数目；
[0107] pij为第j个选址方案对应的第i个二级指标的权重。
[0108] 在此基础上，构建不同选址方案相对于一级指标的综合判断矩阵如下。
[0109]
[0110] 其中，
[0111] Pi为第i个选址方案相对于选址准则m的各二级指标的综合排序判断矩阵；
[0112] Cj为第j个一级指标；
[0113] cj为第j个一级指标的权重。
[0114] 经过一致性检验后，如果满足一致性条件，则可以获得不同选址方案相对于选址准则一级指标的综合排序，假设为：
[0115]
[0116] 其中，di为第i个选址方案的权重值。
[0117] 上述不同方案的权重即为不同方案适宜性优先排序，某一选址方案的权重值越大表明该选址方案越有利，场址的适宜性越好。
