基于主層次分析法的卡里巴大壩修建方案選取問題

王齊悅

卡里巴水壩位于贊比亞與津巴布韋之間的贊比西河的卡里巴峽谷。該水壩如今面臨崩塌危險(xiǎn)。本文建立綜合評(píng)價(jià)模型。依據(jù)水力學(xué)知識(shí)結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)學(xué)理論確立指標(biāo)。運(yùn)用熵權(quán)法、層次分析法進(jìn)而進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。分短期、中期、長期三種情況評(píng)價(jià)三種修建水壩的效益與成本。

一、模型假設(shè)

為簡化問題，本文提出如下三條假設(shè)：

1.假設(shè)在研究發(fā)電、旅游、旅游蓄水效益等指標(biāo)時(shí)都是竣工后的情況不考慮施工時(shí)間等其他因素的影響。

2.假設(shè)短期內(nèi)新修建的小水壩與重新修建的大水壩不需要修復(fù)。

3.假設(shè)中長期小水壩維護(hù)費(fèi)用總和與重新修建的大水壩修復(fù)費(fèi)用相等。

二、短期中期長期的評(píng)價(jià)模型與層次分析法

當(dāng)前，有修復(fù)原先水壩、重建水壩和用小水壩替換大水壩三種可能的方案。

評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立：

根據(jù)卡里巴水壩的作用，綜合考慮，本文利用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)理論分效益和成本兩個(gè)角度，總共建立了發(fā)電效益、旅游效益、蓄水效益、建設(shè)成本、時(shí)間成本、生態(tài)成本、修復(fù)成本7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.考慮發(fā)電效益

經(jīng)查閱修復(fù)、重建、替換三種方式的發(fā)電功率數(shù)據(jù)：1707.5、1830、3294對(duì)齊做歸一化處理。確定權(quán)重。

2.考慮旅游效益

將卡里巴水壩年游覽人數(shù)作為旅游效益指標(biāo)。假設(shè)重建完工后的大壩旅游效益不受影響，改建小壩后旅游效益大大減小。而分析修復(fù)后的大壩由于維修等因素，會(huì)制定限制旅游人次或減少開放時(shí)間等政策，旅游效益相較于重建大壩有所減少。查閱贊比亞旅游局?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行合理估算得到結(jié)果如下表所示。

3.考慮蓄水效應(yīng)

將三種建設(shè)方案下竣工后的水庫總庫容設(shè)為蓄水效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。尋找調(diào)查研究結(jié)果1840、1880、2474.6，并做歸一化處理確定權(quán)值。

4.考慮建設(shè)成本（包括維護(hù)成本）

建造直接成本有勞動(dòng)力、原材料、設(shè)備，間接成本考慮生態(tài)效應(yīng)、翻新連帶項(xiàng)目以及貸款利息等。除了重建費(fèi)用，還要包括拆遷費(fèi)用。依據(jù)一些現(xiàn)存大壩的造價(jià)，可以得到結(jié)果三種方案的建設(shè)成本分別為：0.5365、3.42、2.9615億美元。

5.考慮時(shí)間成本

由于修復(fù)與重建的使用周期不同，而施工造成的各方面損失不可忽視，修復(fù)，重建大水壩、重建小水壩周期分別為2、10、4年，將其歸一化處理確定權(quán)值。

6.考慮生態(tài)成本

修建大壩對(duì)于生態(tài)的影響從三個(gè)生態(tài)效應(yīng)來討論。首先是泥沙的截留效應(yīng).所有的河流都能輸送泥沙，而所有的大壩和水庫可以截留部分泥沙。其結(jié)果嚴(yán)重威脅岸堤道路和防洪堤安全并影響生物分布。其次，考慮邊緣效應(yīng)。蓄水后，河岸帶的長度一般會(huì)增加數(shù)倍，老河岸帶被新的河岸所替代，而且范圍穩(wěn)定，基本不受年季降水的影響。第三，考慮水溫效應(yīng)。建設(shè)大壩改變了流域水量的分布和受影響河段的水位，引起了水溫在流域沿程和水深上的梯度變化。人們研究水溫變化發(fā)現(xiàn)，水溫變化會(huì)對(duì)溶解氧的量和懸浮物產(chǎn)生效應(yīng)，并影晌水化學(xué)特性，最終影響水生生物的繁殖、生長和發(fā)育以及物種的分布、河流水文特性、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。綜合上述因素依次給出三個(gè)選項(xiàng)生態(tài)成本指標(biāo)值1、0.9、0.6。依據(jù)上述所定的指標(biāo)采取較客觀的熵權(quán)法和較主觀的層次分析法相結(jié)合的方法對(duì)六個(gè)指標(biāo)定權(quán)，進(jìn)而進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。層次分析的權(quán)重結(jié)果為：

發(fā)電效益、環(huán)境效益、旅游效益、建設(shè)成本、時(shí)間成本、生態(tài)成本短期0.7235061 0.083308 0.193186 0.73695260.186279 0.076768中期0.6767715 0.192497 0.130731 0.68529410.221324 0.093382長期0.5939686 0.296755 0.109276 0.51194670.127913 0.36014

將熵權(quán)法與層次分析法權(quán)重各取0.5的權(quán)重得到最終權(quán)重。經(jīng)過一致性檢驗(yàn)CR小于0.1，結(jié)果合理。

短期效益、短期成本、中期效益、中期成本、長期效益、長期成本的權(quán)值分別為：修復(fù)0.6712 0.5068 0.6337 0.9019 0.64750.6618重建0.7290 0.9138 0.6796 0.9163 0.69020.5463替換0.6459 0.9073 0.8021 0.9014 0.82140.3695

可見，短期內(nèi)（約6年內(nèi)）收益情況是：重建大壩>修復(fù)原大壩>小水壩替換，而成本消耗：修復(fù)大壩<小水壩替換<重建大壩。中期內(nèi)（6-15年內(nèi)）收益情況是：小水壩替換>重建大水壩>修復(fù)原水壩，成本消耗：三者沒有明顯差別，重建大水壩稍大。長期內(nèi)（15年以上）收益情況：明顯小水壩替換最大，修復(fù)大水壩最低。而成本上修復(fù)水壩方案由于維護(hù)費(fèi)用高所以成本最高，建立小水壩最低。

綜上所述，短期內(nèi)采取修復(fù)原水壩的方案收益損失不大且成本更低，但是考慮中長期的維護(hù)與發(fā)展，應(yīng)選擇用多個(gè)小水壩替換原先的大水壩或許是更經(jīng)濟(jì)的選擇。

三、模型的評(píng)價(jià)與推廣

綜合評(píng)價(jià)模型綜合了三個(gè)收益指標(biāo)以及三個(gè)成本指標(biāo)，從各個(gè)不同的方面加權(quán)分析比較了三個(gè)選項(xiàng)的利弊分成長中短三個(gè)時(shí)期分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免了評(píng)價(jià)的片面性，最終的結(jié)果更加具有科學(xué)性以及說服力。此外，在確定權(quán)重系數(shù)時(shí)，運(yùn)用加法集成賦權(quán)法，包含了主觀和客觀兩個(gè)角度，增加評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信性。不足之處是由于數(shù)據(jù)的缺乏，有部分選項(xiàng)的收益以及成本情況沒有加入到模型的考慮范圍之內(nèi)，若有更多的數(shù)據(jù)可以豐富模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)，使得預(yù)測更加合理。

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