福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)模型框架的構(gòu)建一等獎(jiǎng)(內(nèi)附代碼)

1、福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)模型框架的構(gòu)建及應(yīng)用實(shí)例研究摘要福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)面積小，濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康脆弱，迫切需要構(gòu)建濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、生態(tài)健康評(píng)估及預(yù)警系統(tǒng)來(lái)支撐其保護(hù)、管理工作。本文首先在基于PSR模型的基礎(chǔ)上盡可能全面地考慮影響濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的因子后，建立了濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估模型。接著我們通過(guò)分析該模型的求解結(jié)果，找出了影響生態(tài)健康狀況的三大主要方面，并進(jìn)一步建立了濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)管理體系模型。然后我們以前兩個(gè)模型為基礎(chǔ)建立了濕地生態(tài)系統(tǒng)的安全預(yù)警模型，最終構(gòu)成了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警的模型框架。針對(duì)問(wèn)題一，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，在基于PSR模型的基礎(chǔ)上從3

2、個(gè)方面6個(gè)要素27個(gè)指標(biāo)建立了福田濕地健康評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)體系，并使用加權(quán)平均算子降低各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的主觀性。最后求得福田紅樹(shù)林濕地的生態(tài)系統(tǒng)總評(píng)價(jià)值為3.4438，屬于“不健康”狀況，并在模型的求解之后做出了模型的改進(jìn)，通過(guò)專家給出的評(píng)估指標(biāo)比較的AHP矩陣算出各評(píng)估指標(biāo)的主觀權(quán)重，然后通過(guò)熵權(quán)法算出評(píng)估指標(biāo)的客觀權(quán)重，主、客觀權(quán)重通過(guò)乘法合成歸一。所確定的各評(píng)估指標(biāo)的組合權(quán)重又進(jìn)一步提高了各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的精確度。針對(duì)問(wèn)題二，本文在基于模型一的基礎(chǔ)上給出了兩大監(jiān)測(cè)內(nèi)容四大監(jiān)測(cè)指標(biāo)，并使用作圖的方式將其清晰地展現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)問(wèn)題三，本文采用物元分析法求得指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)，并確定了他們的關(guān)聯(lián)度。接著我們結(jié)

3、合模型一中這些指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和安全預(yù)警警度的劃分，建立了濕地生態(tài)安全預(yù)警模型。模型求解結(jié)果表明大部分預(yù)警指標(biāo)為黃色預(yù)警狀態(tài)，且有想法橙色預(yù)警發(fā)展的趨勢(shì)，于此我們通過(guò)分析之一現(xiàn)象的原因，給出了合理的保護(hù)修復(fù)建議。在問(wèn)題的解決過(guò)程中，本文采用大量可行的算法，準(zhǔn)確的確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，并以此作為監(jiān)測(cè)，預(yù)警和預(yù)測(cè)的依據(jù)。此外三個(gè)算法體系環(huán)環(huán)相扣、精密相連，形成了一個(gè)完整的生態(tài)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、預(yù)警模型框架。最后，本文回答了基于模型框架的后續(xù)問(wèn)題，對(duì)福田紅樹(shù)林濕地的生態(tài)安全從三大方面給出了5個(gè)可行措施。并通過(guò)建立GM（1，1）灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)福田紅樹(shù)林未來(lái)12年的生態(tài)系統(tǒng)健康值做出了較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)圖表

4、示福田紅樹(shù)林濕地健康狀況逐年下降，但在人類意識(shí)逐漸加強(qiáng)和對(duì)其保護(hù)下，其下降速度漸趨于平緩，并且在建立模型的過(guò)程中通過(guò)計(jì)算相對(duì)誤差、關(guān)聯(lián)度、均方差比和小誤差概率來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木龋源_保所得模型的精確性，最終我們的出了其生態(tài)安全值預(yù)測(cè)模型為 。本文還對(duì)模型的優(yōu)缺點(diǎn)做出了客觀的評(píng)價(jià)，一定程度上解決了本論文因算法較多而引發(fā)的可操作性降低的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:模糊綜合評(píng)價(jià)，層次分析法，熵權(quán)法，物元分析法，PSR模型，灰色預(yù)測(cè)模型AHP指標(biāo)體系一、問(wèn)題重述1.1問(wèn)題背景深圳福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)位于深圳灣北岸，總面積3.68平方公里，是我國(guó)面積最小的紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)，也是我國(guó)唯一處于城市腹地的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。與國(guó)內(nèi)

5、外其他大規(guī)模濕地生態(tài)系統(tǒng)相比，福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)因其面積小，濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康更加脆弱，迫切需要構(gòu)建濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、生態(tài)健康評(píng)估及預(yù)警系統(tǒng)來(lái)支撐其保護(hù)、管理工作。1.2先前研究情況目前的生態(tài)健康評(píng)價(jià)主要采用基于抽樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)的靜態(tài)方法，僅僅圍繞主要生物因子開(kāi)展調(diào)查而沒(méi)有覆蓋到噪聲、大氣等環(huán)境因子，而且監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的時(shí)間、空間離散度較大（時(shí)間間隔較長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)密度過(guò)于稀疏），致使難以完全滿足福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)科學(xué)管理的實(shí)際需要。因此，保護(hù)區(qū)準(zhǔn)備用三至五年的時(shí)間完成保護(hù)管理數(shù)字化支撐平臺(tái)建設(shè)，其中構(gòu)建新型的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)估及預(yù)警科學(xué)管理支撐體系是重要工作內(nèi)容。1.3我們的工作任務(wù)

6、1.3.1首要工作任務(wù)鑒于上述情況，我們的首要工作任務(wù)是查詢相關(guān)資料，從福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康出發(fā)，為其構(gòu)建一體化生態(tài)系統(tǒng)模型框架，這個(gè)模型框架主要由以下三大部分構(gòu)成：1)為生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估。2)為生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供大數(shù)據(jù)管理支撐平臺(tái)。3)為預(yù)警提供動(dòng)態(tài)模擬分析支撐平臺(tái)。例如，我們的模型框架可由若干生態(tài)場(chǎng)景模型組成，生態(tài)場(chǎng)景模型以量化方式描述紅樹(shù)林濕地中各種生物、生境的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能；模型框架應(yīng)能通過(guò)刻畫(huà)生態(tài)場(chǎng)景模型之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)等物種依存競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的動(dòng)態(tài)描述；依托具體的生態(tài)場(chǎng)景模型可建設(shè)具體的保護(hù)、管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景信息系統(tǒng)；全體保護(hù)、管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景信息

7、系統(tǒng)基于一體化生態(tài)系統(tǒng)模型框架，可以形成完整的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)估及預(yù)警科學(xué)管理支撐體系。1.3.2 后續(xù)工作任務(wù)我們的后續(xù)任務(wù)是基于自己構(gòu)建的模型框架完成下述工作：1) 如果福田紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)采用我們?cè)O(shè)計(jì)的模型框架來(lái)構(gòu)建濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)，我們需要根據(jù)模型框架的數(shù)據(jù)構(gòu)成要求設(shè)計(jì)保護(hù)區(qū)未來(lái)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案。并且對(duì)自己模型框架的后續(xù)完善工作給出建議。2) 通過(guò)查閱相關(guān)資料、收集數(shù)據(jù)，選取一個(gè)我們認(rèn)為當(dāng)下福田紅樹(shù)林最迫切需要解決的生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題，基于我們構(gòu)建的模型框架從健康預(yù)警的角度出發(fā)對(duì)其生態(tài)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并給出具體的保護(hù)、管理建議。二、問(wèn)題分析2.1概述 這是一個(gè)涉

8、及模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理與數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的綜合問(wèn)題。根據(jù)影響福田紅樹(shù)林的不同因素來(lái)構(gòu)建濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)，并從x的角度對(duì)其生態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。問(wèn)題的特點(diǎn)在于：這是一個(gè)由多種因素構(gòu)成的復(fù)合模型。問(wèn)題的難點(diǎn)由三個(gè)：影響生態(tài)系統(tǒng)健康的因素雜亂繁多，建立完善的評(píng)價(jià)體系十分困難解模步驟環(huán)環(huán)相扣，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)管理問(wèn)題的解決必須建立在問(wèn)題一解決的前提下才能解決缺乏精準(zhǔn)的紅樹(shù)林多個(gè)年度的生物多樣性數(shù)據(jù)，濕地的預(yù)測(cè)模型難以建立，且建立的模型精度不高。2.2問(wèn)題一 只有明確該濕地各指標(biāo)與整體生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，才能找出影響環(huán)境的重要因子近而在提出保護(hù)管理建議時(shí)才能對(duì)癥下藥，所以在進(jìn)行濕地

9、生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)前必須弄清楚： （1）構(gòu)成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的所有重要的單一指標(biāo)； （2）評(píng)判該濕地生態(tài)系統(tǒng)各指標(biāo)的健康狀況的準(zhǔn)確算法2.3問(wèn)題二 為了解決濕地監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息的時(shí)間、空間離散度較大（時(shí)間間隔較長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)密度過(guò)于稀疏）問(wèn)題問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)濕地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，需要考慮如下幾個(gè)方面： （1）找出影響濕地生態(tài)系統(tǒng)健康并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的因子； （2）對(duì)影響因子經(jīng)行快速的全面的動(dòng)態(tài)監(jiān)控方法； （3）對(duì)監(jiān)測(cè)獲得的數(shù)據(jù)的處理。2.4問(wèn)題三濕地生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)警和生態(tài)系統(tǒng)安全健康評(píng)價(jià)值是分不開(kāi)的，要想進(jìn)行合理的預(yù)測(cè)和準(zhǔn)確的預(yù)警，必須具備： （1）實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確的多個(gè)年段、時(shí)間段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； （2）精度高，可信度高，能提前一

10、定周期做出判斷的預(yù)測(cè)模型。三、模型假設(shè)1. 專家給出的評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)準(zhǔn)確。2. 排除火災(zāi)、洪水地震等自然災(zāi)害的和極端氣候?qū)t樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的影響。3. 整個(gè)紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展在彈性的范圍內(nèi)，即該生態(tài)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的變化（比如完全被破壞）。4. 附錄所給的數(shù)據(jù)真實(shí)有效。四、符號(hào)說(shuō)明模型一的符號(hào)說(shuō)明被評(píng)估對(duì)象的因素論域評(píng)估對(duì)象的第個(gè)因素評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域中的元素，表示第個(gè)等級(jí)模糊關(guān)系矩陣被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度評(píng)估因素的權(quán)向量第個(gè)評(píng)估指標(biāo)隸屬于第等級(jí)的隸屬度模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量被評(píng)事物整體對(duì)不同等級(jí)模糊子集的隸屬程度判斷矩陣判斷矩陣元素判斷矩陣的最大特征根判斷矩陣的特征

11、向量判斷矩陣檢驗(yàn)的一致性指標(biāo)隨機(jī)一致性比率平均隨機(jī)一致性指標(biāo)評(píng)估分值各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)賦值結(jié)果評(píng)估指標(biāo)的值評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域判斷矩陣的特征向量A級(jí)指標(biāo)權(quán)重B級(jí)指標(biāo)權(quán)重C級(jí)指標(biāo)權(quán)重隸屬于第等級(jí)的隸屬度第個(gè)評(píng)估指標(biāo)隸屬于第等級(jí)的隸屬度第級(jí)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估向量第項(xiàng)指標(biāo)健康評(píng)估分值個(gè)評(píng)估指標(biāo)相對(duì)于個(gè)評(píng)估對(duì)象的取值構(gòu)造的判斷矩陣指標(biāo)取值的均值指標(biāo)取值的標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化變換所得值無(wú)量綱化變換值經(jīng)過(guò)坐標(biāo)平移所得的值指標(biāo)差異性系數(shù)坐標(biāo)平移的幅度評(píng)估指標(biāo)的權(quán)值（）評(píng)估指標(biāo)的組合權(quán)重評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域A級(jí)指標(biāo)評(píng)估因子集B級(jí)指標(biāo)評(píng)估因子集C級(jí)指標(biāo)評(píng)估因子集為評(píng)估指標(biāo)的最大值評(píng)估指標(biāo)的最小值評(píng)估對(duì)象集模型三的符號(hào)說(shuō)明區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)

12、生態(tài)安全特征值特征量值生態(tài)安全物元第個(gè)生態(tài)安全等級(jí)安全等級(jí)的特征值，安全等級(jí)關(guān)于特征值所規(guī)定的量值范圍生態(tài)安全的經(jīng)典域生態(tài)安全的經(jīng)典域的節(jié)域生態(tài)安全等級(jí)的全體生態(tài)安全等級(jí)的全體關(guān)于安全等級(jí)特征值的量值范圍表示預(yù)警對(duì)象的名稱預(yù)警對(duì)象關(guān)于安全等級(jí)特征值的量值各個(gè)安全因子關(guān)于安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度各指標(biāo)的權(quán)重預(yù)警對(duì)象灰色系統(tǒng)GM(1,1)預(yù)測(cè)模型的符號(hào)說(shuō)明平均相對(duì)誤差關(guān)聯(lián)度均方差比小誤差概率五、模型建立與求解5.1 模型一：福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估模型（問(wèn)題二）5.1.1 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系的建立本部分在對(duì)自然因素及人類活動(dòng)干擾下濕地生態(tài)系統(tǒng)水文水質(zhì)、濕地土壤、濕地植被和服務(wù)功能

13、研究的基礎(chǔ)上,基于1990 年聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織創(chuàng)立的“壓力狀態(tài)響應(yīng)”( Pressure-State-Response , PSR) 模型1,從壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)方面6個(gè)要素27個(gè)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的關(guān)鍵在于科學(xué)的建立評(píng)估指標(biāo)體系和確定各指標(biāo)的權(quán)重2，其健康評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖如表5-1所示：表5-1 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)層項(xiàng)目層要素層指標(biāo)層福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)壓力人文社會(huì)壓力人類干擾指數(shù)周邊地區(qū)的生活、工業(yè)污水處理率、狀態(tài)活力紅樹(shù)林覆蓋率初期生產(chǎn)力恢復(fù)力水質(zhì)（DO，COD，BOD，石油類，無(wú)機(jī)

14、氮，活性磷，鎘，鉛，鉻，砷，鋅）土壤（有機(jī)物含量，重金屬含量Pb、Zn、Cu）組織底棲動(dòng)物均勻度昆蟲(chóng)的多樣性指數(shù)浮游植物種類瀕危鳥(niǎo)類種類服務(wù)功能棲息地（陸鳥(niǎo)類的數(shù)量、種類和多樣性，水鳥(niǎo)的最高數(shù)量）響應(yīng)濕地生態(tài)系統(tǒng)功能斑塊破壞度指數(shù)濕地退化指數(shù)5.1.2 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康模糊綜合評(píng)估1. 模糊綜合評(píng)估方法和步驟1) 模糊綜合評(píng)估方法模糊綜合評(píng)估是通過(guò)構(gòu)造等級(jí)模糊子集把反映被評(píng)事物的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化(即確定隸屬度)，然后利用模糊變換原理對(duì)各指標(biāo)綜合3。 2) 評(píng)估步驟（1） 確定評(píng)估對(duì)象的因素論域個(gè)評(píng)估指標(biāo)，。（2） 確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域，即等級(jí)集合。每一個(gè)等級(jí)可對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集。（3） 建

15、立模糊關(guān)系矩陣在構(gòu)造了等級(jí)模糊子集后，要逐個(gè)對(duì)被評(píng)事物從每個(gè)因素上進(jìn)行量化，即確定從單因素來(lái)看被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣： (5.1)矩陣中第行第列元素，表示某個(gè)被評(píng)事物從因素來(lái)看對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度。一個(gè)被評(píng)事物在某個(gè)因素方面的表現(xiàn)，是通過(guò)模糊向量來(lái)刻畫(huà)的，而在其他評(píng)估方法中多是由一個(gè)指標(biāo)實(shí)際值來(lái)刻畫(huà)的，因此，從這個(gè)角度講模糊綜合評(píng)估要求更多的信息4。（4） 確定評(píng)估因素的權(quán)向量在模糊綜合評(píng)估中，確定評(píng)估因素的權(quán)向量：。權(quán)向量中的元素本質(zhì)上是因素對(duì)模糊子集的隸屬度。本論文使用組合權(quán)重法來(lái)確定評(píng)估指標(biāo)間的相對(duì)重要性次序。從而確定權(quán)系數(shù)，并且在合成之前歸一化。即（5）

16、 合成模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量利用合適的算子將與各被評(píng)事物的進(jìn)行合成，得到各被評(píng)事物的模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量。即： (5.2)其中“”為模糊合成算子，是由與的第列運(yùn)算得到的，它表示被評(píng)事物從整體上看對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬程度。（6） 對(duì)模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量進(jìn)行分析實(shí)際中最常用的方法是最大隸屬度原則，但在某些情況下使用有些牽強(qiáng)，損失信息很多，甚至得出不合理的評(píng)估結(jié)果。提出使用加權(quán)平均求隸屬等級(jí)的方法，對(duì)于多個(gè)被評(píng)事物并可以依據(jù)其等級(jí)位置進(jìn)行排序。2. 層次分析法確定權(quán)重1）層次分析法層次分析法是一種行之有效的確定權(quán)系數(shù)的有效方法。特別適宜于那些難以用定量指標(biāo)進(jìn)行分析得復(fù)雜問(wèn)題5。它把復(fù)雜問(wèn)題中的各因素劃

17、分為互相聯(lián)系的有序?qū)邮怪畻l理化，根據(jù)對(duì)客觀實(shí)際的模糊判斷，就每一層次的相對(duì)重要性給出定量的表示，再利用數(shù)學(xué)方法確定全部元素相對(duì)重要性次序的權(quán)系數(shù)。2） 層次分析法的步驟（1）確定目標(biāo)和評(píng)估因素個(gè)評(píng)估指標(biāo)，。（2）構(gòu)造判斷矩陣判斷矩陣元素的值反映了人們對(duì)各元素相對(duì)重要性的認(rèn)識(shí)，一般采用19及其倒數(shù)的標(biāo)度方法。但當(dāng)相互比較因素的重要性能夠用具有實(shí)際意義的比值說(shuō)明時(shí)，判斷矩陣相應(yīng)元素的值則取這個(gè)比值。即得到判斷矩陣。（3）計(jì)算判斷矩陣用Matlab軟件計(jì)算判斷矩陣的最大特征根，及其對(duì)應(yīng)的特征向量，此特征向量就是權(quán)系數(shù)的分配。（4）一致性檢驗(yàn)為進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，需計(jì)算一致性指標(biāo): (5.3)當(dāng)

18、隨機(jī)一致性比率時(shí)，認(rèn)為層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性，即權(quán)系數(shù)的分配是合理的；否則，要調(diào)整判斷矩陣的元素取值，重新分配權(quán)系數(shù)的值。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)見(jiàn)表5-2。表5-2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI矩陣階數(shù)12345678000.520.891.121.261.361.41矩陣階數(shù)91011121314151.461.491.521.541.561.581.595.1.3 模型的求解1. 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康多級(jí)模糊綜合評(píng)估及數(shù)據(jù)來(lái)源在評(píng)估指標(biāo)間的重要性程度有差別的情況下。模糊數(shù)學(xué)的評(píng)估方法很實(shí)用。多級(jí)模糊綜合評(píng)估的方法有兩種： 即一步法(一次性綜合評(píng)估) 和多步法(即逐層進(jìn)行模糊評(píng)估)。本

19、論文采用多步法6。 本論文的數(shù)據(jù)主要來(lái)自2012.4-2013.4福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)報(bào)告，以及福田紅樹(shù)林濕地自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察及福田紅樹(shù)林濕地自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃等文獻(xiàn)資料。2. 確定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化1）評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)直接影響到評(píng)估結(jié)果的合理性結(jié)合福田紅樹(shù)林濕地的實(shí)際情況,評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)分為“嚴(yán)重病態(tài)、病態(tài)、不健康、亞健康、健康、很健康”6 個(gè)級(jí)別,我們將主觀評(píng)估的語(yǔ)義學(xué)標(biāo)度進(jìn)行量化，并依次賦值為1、2、3、4、5、6。主觀測(cè)量是用六級(jí)語(yǔ)義學(xué)標(biāo)度。福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估定量標(biāo)準(zhǔn)如表5-3所示：表5-3 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估定量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估分值評(píng)語(yǔ)定級(jí)很健康I健康II亞健

20、康III不健康IV病態(tài)V嚴(yán)重病態(tài)VI借助2012.4-2013.4福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)，基于PSR模型確定評(píng)估對(duì)象的因素集即確定評(píng)估指標(biāo)。現(xiàn)從福田紅樹(shù)林的以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：人文社會(huì)壓力、活力、恢復(fù)力、組織、服務(wù)功能和響應(yīng)，設(shè)定3個(gè)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)，6個(gè)二級(jí)評(píng)估指標(biāo)以及27個(gè)三級(jí)評(píng)估指標(biāo)構(gòu)成福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系7。所構(gòu)成的福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系A(chǔ)HP圖見(jiàn)圖1。人類干擾指數(shù)(C1)周邊地區(qū)的生活、工業(yè)污水處理率(C2)紅樹(shù)林覆蓋率(C3)初期生產(chǎn)力(C4)DO (C5)COD (C6)石油類(C7)無(wú)機(jī)氮(C8)活性磷C9鎘C10鉛C11鉻C12砷

21、C13有機(jī)物含量C14Pb C15Zn C16Cu C17底棲動(dòng)物均勻度C18昆蟲(chóng)的多樣性指數(shù)C19浮游植物種類C20瀕危鳥(niǎo)類種類C21陸鳥(niǎo)類的數(shù)量C22陸鳥(niǎo)的種類C23陸鳥(niǎo)的多樣性C24水鳥(niǎo)的最高數(shù)量C25斑塊破壞度指數(shù)C26濕地退化指數(shù)C27土壤水質(zhì)棲息地濕地生態(tài)系統(tǒng)功能B6服務(wù)功能B5恢復(fù)力B3組織B4人文社會(huì)壓力B1活力B2狀態(tài)A2福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估(O)響應(yīng)A3壓力A1圖1 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)體系A(chǔ)HP圖2）評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化采用極差法計(jì)算評(píng)估指標(biāo)的無(wú)量綱值當(dāng)評(píng)估指標(biāo)為正指標(biāo)時(shí): (5.4)當(dāng)評(píng)估指標(biāo)為負(fù)指標(biāo)時(shí): (5.5)式中:為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)賦值結(jié)果；為評(píng)估指

22、標(biāo)的值; 為某指標(biāo)的最大值; 為某指標(biāo)的最小值.3. 層次分析法求解各指標(biāo)權(quán)重1）確定評(píng)估對(duì)象集2）構(gòu)造評(píng)估因子集3）確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域，即建立評(píng)估集。4）一級(jí)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算3個(gè)一級(jí)指標(biāo)因子權(quán)重，我們采用層次分析的方法求出指標(biāo)權(quán)重。構(gòu)造判斷矩陣即： 用Matlab軟件8計(jì)算判斷矩陣的最大特征根得。為進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)，需計(jì)算一致性指標(biāo)： (5.6)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。隨機(jī)一致性比率： (5.7)因此認(rèn)為層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性，即權(quán)系數(shù)的分配是非常合理的。其對(duì)應(yīng)的特征向量為：再作歸一化處理得：5）計(jì)算二級(jí)和三級(jí)指標(biāo)權(quán)重同理，我們?nèi)圆捎脤哟畏治龅姆椒▉?lái)求出指標(biāo)權(quán)重。分

23、別對(duì)各個(gè)二級(jí)和三級(jí)指標(biāo)構(gòu)造其各自的判斷矩陣，再用 Matlab 軟件計(jì)算最大特征根和一致性檢驗(yàn)。最終得出福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)權(quán)重表，見(jiàn)表5-4表5-4 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)權(quán)重表目標(biāo)層(O層)項(xiàng)目層(A層)權(quán)重要素層(B層)權(quán)重指標(biāo)層(C層)權(quán)重福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)體系壓力0.1097人文社會(huì)壓力0.2070人類干擾指數(shù)0.2448周邊地區(qū)的生活、工業(yè)污水處理率0.2827狀態(tài)0.5202活力0.1410紅樹(shù)林覆蓋率0.0411初期生產(chǎn)力0.0291恢復(fù)力0.2050DO 0.0054COD0.0067石油類0.0061無(wú)機(jī)氮0.0045活性磷0.0047鎘0.0

24、051鉛0.0067鉻0.0059砷0.0091有機(jī)物含量0.0099Pb 0.0091Zn 0.0088Cu 0.0072組織0.1290底棲動(dòng)物均勻度0.0103昆蟲(chóng)的多樣性指數(shù)0.0111浮游植物種類0.0123服務(wù)功能0.1280瀕危鳥(niǎo)類種類0.0125陸鳥(niǎo)類的數(shù)量0.0137陸鳥(niǎo)的種類0.0099陸鳥(niǎo)的多樣性0.0091水鳥(niǎo)的最高數(shù)量0.0202響應(yīng)0.3701濕地生態(tài)系統(tǒng)功能0.1900斑塊破壞度指數(shù)0.0108濕地退化指數(shù)0.20324. 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)的加權(quán)平均模糊合成綜合評(píng)估利用加權(quán)平均模糊合成算子將與足合成得到模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量。模糊綜合評(píng)估中常用的取大取小算法，

25、在因素較多時(shí)，每一因素所分得的權(quán)重常常很小。在模糊合成運(yùn)算中，信息丟失很多，常導(dǎo)致結(jié)果不易分辨和不合理(即模型失效)的情況9。所以，針對(duì)上述問(wèn)題，本論文采用加權(quán)平均型的模糊合成算子。計(jì)算公式為： (5.8)式中，分別為隸屬于第等級(jí)的隸屬度、第個(gè)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重和第個(gè)評(píng)估指標(biāo)隸屬于第等級(jí)的隸屬度。5 確定多級(jí)模糊綜合評(píng)估結(jié)果向量模糊綜合評(píng)估向量計(jì)算公式為： (5.9)用此公式來(lái)計(jì)算福田紅樹(shù)林濕地各項(xiàng)指標(biāo)健康評(píng)估向量采用Matlab編程計(jì)算得如下結(jié)果：1）人文社會(huì)壓力評(píng)估向量： 2） 活力評(píng)估向量：3) 恢復(fù)力評(píng)估向量：3） 4) 組織評(píng)估向量：5） 服務(wù)功能評(píng)估向量：6） 濕地生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)估向量

26、：7） 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)估向量： 5.1.4 結(jié)果分析福田紅樹(shù)林濕地各項(xiàng)指標(biāo)健康評(píng)估分值計(jì)算公式為： (5.10)采用Matlab編程計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)表5-5表5-5 福田紅樹(shù)林濕地各項(xiàng)指標(biāo)健康評(píng)估分值評(píng)估指標(biāo)健康評(píng)估分值健康等級(jí)人文社會(huì)壓力3.1310不健康IV活力3.8358亞健康III恢復(fù)力2.6873不健康IV組織3.8373亞健康III服務(wù)功能3.5920亞健康III系統(tǒng)功能2.8760不健康IV綜合評(píng)估分值3.4438不健康IV由表5-5可知，整個(gè)福田紅樹(shù)林濕地的恢復(fù)力和生態(tài)系統(tǒng)功能呈現(xiàn)“不健康”狀態(tài)，說(shuō)明福田紅樹(shù)林已遭到嚴(yán)重的破壞，覆蓋率降低，濕地面積銳減。福田紅樹(shù)

27、林濕地的人文壓力評(píng)估分值為3.1310，屬于“不健康”狀態(tài)，說(shuō)明深圳近30年的快速發(fā)展，已經(jīng)給福田紅樹(shù)林濕地造成了巨大的壓力，且已經(jīng)超出目前福田紅樹(shù)林濕地承載的理論值，但是由于近年來(lái)采取了截污措施,深圳河河口濕地生態(tài)系統(tǒng)所受的壓力相對(duì)前些年減小。然而，評(píng)估結(jié)果表明濕地生態(tài)環(huán)境已經(jīng)惡化,生態(tài)系統(tǒng)功能已嚴(yán)重衰退。福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)估分值為3.4438在“”的區(qū)間內(nèi)，健康狀況為“不健康”狀況，為“”級(jí)，且呈惡化態(tài)勢(shì)，表明濕地收到進(jìn)一步的破壞，雖整體結(jié)構(gòu)尚算完整，但面積持續(xù)減少,水位持續(xù)下降,水域富營(yíng)養(yǎng)化加重,優(yōu)勢(shì)濕地植物種群分布面積開(kāi)始縮減,特有生物數(shù)量減少,生物和棲息地鳥(niǎo)類逐漸減少,

28、部分濕地功能已喪失。5.1.5 模型改進(jìn)模型一福田紅樹(shù)林濕地模糊綜合評(píng)估的權(quán)重系數(shù)確定采用了層次分析法的加權(quán)平均法則來(lái)求得，求解得到的權(quán)系數(shù)值比一般的求解辦法更加準(zhǔn)確，但是由于層次分析法確定權(quán)重系數(shù)帶有較多的主觀思想，所以求得的數(shù)值仍然存在一定的出入，為了降低誤差，得到更加準(zhǔn)確的權(quán)系數(shù)值，我們將進(jìn)一步改進(jìn)模型，采用AHP主觀賦權(quán)與熵權(quán)的組合權(quán)重法來(lái)求解綜合評(píng)估的權(quán)重系數(shù)。通過(guò)專家給出的評(píng)估指標(biāo)比較的AHP矩陣算出各評(píng)估指標(biāo)的主觀權(quán)重，然后通過(guò)熵權(quán)法算出評(píng)估指標(biāo)的客觀權(quán)重，主、客觀權(quán)重通過(guò)乘法合成歸一，確定各評(píng)估指標(biāo)的組合權(quán)重10。其求解步驟如下：1）以個(gè)評(píng)估指標(biāo)相對(duì)于個(gè)評(píng)估對(duì)象的取值構(gòu)造判斷矩

29、陣： (5.11)2）標(biāo)準(zhǔn)化法變換不同的指標(biāo)具有不同的量綱和單位，為使指標(biāo)間更具可比性，利用標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化變換，如下式： (5.12)其中,為指標(biāo)取值的均值,為指標(biāo)取值的標(biāo)準(zhǔn)差。為了消除負(fù)值，可以將坐標(biāo)進(jìn)行平移。指標(biāo)值經(jīng)過(guò)坐標(biāo)平移之后變?yōu)椤?）確定評(píng)估指標(biāo)的熵值及指標(biāo)差異性系數(shù)： (5.13)其中，式中為坐標(biāo)平移的幅度。, (5.14)則, (5.15)當(dāng)值越大，指標(biāo)在綜合評(píng)估中越重要。4）確定評(píng)估指標(biāo)的權(quán)值： (5.16)且滿足5）確定各評(píng)估指標(biāo)的組合權(quán)重（） (5.17) 5.2 模型二:福田紅樹(shù)林濕地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)模型（問(wèn)題1）5.2.1 福田紅樹(shù)林濕地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系

30、統(tǒng)1. 福田紅樹(shù)林濕地監(jiān)測(cè)內(nèi)容由本文模型一的福田紅樹(shù)林濕地各指標(biāo)健康綜合評(píng)價(jià)分值可分析得到，目前福田紅樹(shù)林濕地所面臨的最大問(wèn)題是其紅樹(shù)林覆蓋率和濕地面積在大幅縮減。從而導(dǎo)致灘涂和生物棲息地被大面積破壞，濕地生態(tài)濕地系統(tǒng)的自凈能力、自我恢復(fù)能力大大消弱。從模型一可推得導(dǎo)致這一現(xiàn)象連鎖產(chǎn)生的原因主要來(lái)自三大方面：人文社會(huì)的壓力，外來(lái)物種的入侵和病蟲(chóng)害的蔓延擴(kuò)散。因此為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減低工作量提高工作效率且能盡早解決福田紅樹(shù)林濕地的主要問(wèn)題我們給出福田紅樹(shù)林濕地的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容： 濕地水質(zhì)狀況和土質(zhì)狀況的監(jiān)測(cè)； 影響濕地生態(tài)系統(tǒng)變化的主要環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)。2. 福田紅樹(shù)林濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)指標(biāo)是表達(dá)

31、福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)特征的可以度量的變量，我們基于本文的模型一以及福田紅樹(shù)林濕地的生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀選擇了一下幾個(gè)主要指標(biāo)： 土壤理化指標(biāo)：包括土壤中重金屬Pb、Zn、Cu的含量； 水體理化指標(biāo)：包括重金屬鎘、鉛、鉻、砷與鋅的含量； 薇甘菊與無(wú)瓣海桑幼苗株數(shù)； 鱗翅目和粉蝶科昆蟲(chóng)數(shù)目。3. 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系 根據(jù)濕地監(jiān)測(cè)的典型性、重點(diǎn)性、科學(xué)性三項(xiàng)原則和福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀我們建立了如圖2所示的福田紅樹(shù)林濕地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)福田紅樹(shù)林基本狀況基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)往年鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往年昆蟲(chóng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖2 福田紅樹(shù)林濕地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系5.2.2福田紅樹(shù)林濕地的

32、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 福田紅樹(shù)林濕地的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其中：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖福田紅樹(shù)林空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)地圖功能圖庫(kù)管理專題應(yīng)用分析數(shù)據(jù)處理查詢統(tǒng)計(jì)地形管理排版制圖風(fēng)格符號(hào)管理人員管理系統(tǒng)設(shè)置圖例管理圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)組織結(jié)構(gòu)5.3 模型三：福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警模型（問(wèn)題3）5.3.1 物元分析法確定關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)函數(shù)1. 物元分析法介紹參考物元分析理論與方法11，由區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)，生態(tài)安全特征和特征量值共同構(gòu)成生態(tài)安全物元。2. 物元分析模型的主要步驟：1）確定生態(tài)安全物元2）確定生態(tài)安全的經(jīng)典域、節(jié)域

33、和預(yù)警對(duì)象設(shè)有m個(gè)生態(tài)安全等級(jí),建立相應(yīng)的物元 （5.18）其中，表示所劃分的個(gè)生態(tài)安全等級(jí),表示安全等級(jí)的特征, 分別為關(guān)于所規(guī)定的量值范圍，即各生態(tài)安全等級(jí)關(guān)于對(duì)應(yīng)特征所取的數(shù)值范圍，為生態(tài)安全的經(jīng)典域。對(duì)于經(jīng)典域，構(gòu)造其節(jié)域，且 （5.19）其中，其中表示生態(tài)安全等級(jí)的全體，為關(guān)于所取的量值范圍。對(duì)于待預(yù)警對(duì)象，將預(yù)警指標(biāo)信息用物元: （5.20） 其中，表示預(yù)警對(duì)象的名稱，為關(guān)于的量值。3.確定關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)函數(shù)1)關(guān)聯(lián)度: （5.21） 式中，為各個(gè)安全因子關(guān)于安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。2)關(guān)聯(lián)函數(shù): （5.22） 式中，為點(diǎn)與有限區(qū)間的距離；其中為評(píng)價(jià)因子的實(shí)際值，為經(jīng)典域，為節(jié)域。 3)預(yù)

34、警對(duì)象關(guān)于安全等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度： （5.23） 式中，為各指標(biāo)的權(quán)重，為各個(gè)安全因子關(guān)于安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。5.3.2 預(yù)警體系的構(gòu)建福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全系統(tǒng)是一個(gè)受人口壓力、外來(lái)物種入侵，病蟲(chóng)害等多方面因素的共同作用復(fù)合系統(tǒng),其預(yù)警指標(biāo)的選取不僅需要結(jié)合該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全的特征,同時(shí)還能反映出對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全具有潛在影響的重要因素和人類活動(dòng)的影響。我們基于模型一中的的PSR模型更好地從動(dòng)態(tài)的角度,全面客觀地詮釋生態(tài)系統(tǒng)安全的演變過(guò)程,滿足對(duì)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警要求。1.預(yù)警指標(biāo)選取基于模型一中的PSR框架模型原理，本文對(duì)影響福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全的相關(guān)指標(biāo)運(yùn)用層次分析法進(jìn)行了分析，并

35、獲得了想應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。我們?cè)谝罁?jù)指標(biāo)選擇的科學(xué)性、實(shí)用性和可操作三項(xiàng)基本原則下，并結(jié)合福田紅樹(shù)林濕地目前所面臨的最大問(wèn)題，最終選取了重要的11個(gè)指標(biāo)作為預(yù)警評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表5-6）。表5-6 福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警體系目標(biāo)層（O層）項(xiàng)目層（A層）要素層（B層）指標(biāo)層（C層）巨警（紅色）重警（橙色）中警（黃色）輕警（藍(lán)色）無(wú)警（綠色）福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)健康預(yù)警體系壓力人文社會(huì)壓力人類干擾指數(shù)（%）C1(60,100(45,60(30,45(15,30(0,15生活、工業(yè)污水處理率（%）C2(35,45(45,55(55,65(65,75(75,85狀態(tài)活力紅樹(shù)林覆蓋率(%)C3(5,1

36、0(10,30(30,40(40,50(50,60恢復(fù)力Cd （g/L）C4(15,20(10,15(5,10(1,5(0,1Cr（g/L）C5(300,500(200,300(100,200(50,100(0,50As（g/L）C6(60,80(50,60(30,50(20,30(0,20Pb（g/L）C7(30,50(10,30(5,10(1,5(0,1Cu （g/L）C8(40,50(30,40(10,30(5,10(0,5組織浮游植物種類C9(0,25(25,50(50,100(100,150(150,200服務(wù)功能鳥(niǎo)類種類C10(0,50(50,100(100,150(150,200

37、(200,250響應(yīng)濕地生態(tài)系統(tǒng)功能濕地退化指數(shù)（%）C11(50,60(40,50(30,40(10,30(5,102.警度的確定在確定濕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系和安全等級(jí)基礎(chǔ)上，我們參考國(guó)家、行業(yè)和地方的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、背景和類比標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)福田紅樹(shù)林濕地2012年保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)報(bào)的分析，確定預(yù)警指標(biāo)對(duì)飲的各生態(tài)安全級(jí)別的預(yù)警度。（見(jiàn)表5-7）表5-7 福田紅樹(shù)林濕地安全等級(jí)劃分安全等級(jí)生態(tài)安全表征狀態(tài)安全預(yù)警I區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)脆弱,結(jié)構(gòu)破碎,服務(wù)功能嚴(yán)重退化,生態(tài)恢復(fù)與重建很困難,資源消耗過(guò)度,環(huán)境污染嚴(yán)重,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平落后,難以實(shí)現(xiàn)人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展

38、。紅色預(yù)警II區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到較大破壞,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)比較脆弱,結(jié)構(gòu)破壞較大,服務(wù)功能較大退化,生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建比較困難,資源消耗與環(huán)境污染比較嚴(yán)重,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后,阻礙了人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。橙色預(yù)警III區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到一定程度的破壞,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)相對(duì)脆弱,結(jié)構(gòu)已開(kāi)始被破壞,服務(wù)功能已有退化,但尚能維持基本功能,生態(tài)系統(tǒng)受干擾后易惡化,資源消耗與環(huán)境污染較為明顯,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。黃色預(yù)警IV區(qū)域生態(tài)環(huán)境較少受到破壞,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本完善,服務(wù)功能良好,生態(tài)系統(tǒng)一般干擾后可恢復(fù),資源消耗與環(huán)境污染不明顯,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高,環(huán)境管理響應(yīng)程度高,人口、資源和環(huán)境

39、的基本協(xié)調(diào)發(fā)展。藍(lán)色預(yù)警V區(qū)域生態(tài)環(huán)境基本未受干擾破壞,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整,服務(wù)功能完善,系統(tǒng)恢復(fù)再生能力強(qiáng),具有較強(qiáng)的抵御和恢復(fù)能力,資源充足,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高,社會(huì)經(jīng)濟(jì)政策能有效地保護(hù)資源和環(huán)境,實(shí)現(xiàn)人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。綠色預(yù)警5.3.5 模型的求解與分析 利用2012.4-2013.4福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)作為計(jì)算樣本，將個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；然后將預(yù)警指標(biāo)輸入關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算2012.4-2013.4福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警指標(biāo)的對(duì)不同預(yù)警及標(biāo)的關(guān)聯(lián)度；最后，利用公式（5.1.6）和模型一中求得的相關(guān)生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算2012年對(duì)不同預(yù)警級(jí)別的綜合安全關(guān)聯(lián)度，

40、并判定濕地生態(tài)系統(tǒng)安全的警度等級(jí)。（見(jiàn)表5-8）表5-8 2012年福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全預(yù)警指標(biāo)關(guān)聯(lián)度與等級(jí)預(yù)警指標(biāo)IIIIIIIVV安全預(yù)警發(fā)展趨勢(shì)-1.03-1.080.21364-0.33974-1.23094黃色藍(lán)色-0.44444-0.3750.66667-0.28571-0.58333黃色藍(lán)色-1.305940.78852-0.62353-1.25402-1.42775橙色黃色-1.45455-0.34286-0.2121-0.154550.1253綠色藍(lán)色-1.3588-0.2667-0.160.54286-0.06444藍(lán)色綠色-1.25962-0.158420.0523

41、1-0.02384-0.52615黃色藍(lán)色-0.33630.0845-0.0801-0.3531-0.5748橙色黃色-0.44231-0.23684-0.3412-0.171430.26087綠色藍(lán)色-0.8263-0.7292-0.56550.101-0.5512黃色藍(lán)色-1.41374-0.260610.05405-0.34545-0.70085黃色橙色-0.5441-0.4951-0.37210.2399-0.2392黃色藍(lán)色由上述結(jié)果表明，在民間紅樹(shù)林基金會(huì)的成立與官方政府的強(qiáng)制保護(hù)發(fā)展下（參考附件），福田紅樹(shù)林濕地面積的縮減狀況雖得到了有效的控制，但是仍然處于黃色預(yù)警狀況。由于福田

42、紅樹(shù)林濕地保護(hù)區(qū)外圍人口密度大，生活污水排放量大，以及有汽車維修廠、電子產(chǎn)品加工廠、包裝印刷廠和精密機(jī)械廠等工業(yè)廠房12，水體中重金屬Hg、Cr、Cd、As均超出一類海水標(biāo)準(zhǔn)且已經(jīng)達(dá)到黃色預(yù)警程度，并有向橙色預(yù)警程度發(fā)展的趨勢(shì)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)匡蘇發(fā)揮在那干不斷推進(jìn)的背景下，福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)依然嚴(yán)峻。六、基于模型框架的后續(xù)工作6.1 關(guān)于附加問(wèn)題（1）的解答6.1.1 福田紅樹(shù)林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案基于我們?cè)O(shè)計(jì)的濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、預(yù)警系統(tǒng)的模型框架，我們從 福田紅樹(shù)林生態(tài)環(huán)境最迫切解決的問(wèn)題出發(fā)，根據(jù)模型框架的數(shù)據(jù)構(gòu)成，設(shè)計(jì)了保護(hù)區(qū)未來(lái)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案。方案如圖5所示：福田紅樹(shù)林生態(tài)

43、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案濕地生態(tài)系統(tǒng)狀況三項(xiàng)基本原則“12369”環(huán)保熱線人工調(diào)查公眾監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)站定點(diǎn)監(jiān)測(cè)圖5 福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)未來(lái)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案圖6.1.2 關(guān)于模型框架完善工作的建議首先，可以采用多種方法相結(jié)合來(lái)確定生態(tài)系統(tǒng)健康模糊評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；其次，及早的建立濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)管理體系，為濕地的健康預(yù)測(cè)、安全預(yù)警提供精確的數(shù)據(jù)。最后，需要加強(qiáng)各部門(mén)的協(xié)調(diào)與合作，解決信息不流通，濕地生態(tài)問(wèn)題不能被及時(shí)處理的現(xiàn)狀。6.2 關(guān)于附加問(wèn)題（2）的解答6.2.1 生態(tài)系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析灰色系統(tǒng)的GM(1,1)模型1.預(yù)測(cè)模型構(gòu)建為了對(duì)未來(lái)幾年福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全值做出合理的預(yù)測(cè)，我們采用了朱衛(wèi)紅1

44、3對(duì)圖們江流域濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)研究的GM(1,1)灰色預(yù)測(cè)模型，并依據(jù)本文模型一中所求得的福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全值和查閱相關(guān)資料計(jì)算整理得到的往年的生態(tài)安全值，建立求解福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)模型。其原始模型為： （6.1）此公式的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為： （6.2）式中均為待定系數(shù)。選取本文模型一中所求得的福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全值和查閱相關(guān)資料計(jì)算整理得到的往年的五組生態(tài)安全值，即2000年、2003年、2006年、2009年、2012年的生態(tài)安全值(見(jiàn)表6-1)，這里我們?nèi)∧攴莸拈g隔為三年。表6-1 福田紅樹(shù)林往年的生態(tài)安全值數(shù)據(jù)表年份（年）20002003200620092012生態(tài)安全值4.0

45、5043.61983.53593.43593.4438由表6-1得到原始數(shù)列為: （6.3）在獲取5個(gè)年份的濕地生態(tài)安全值的基礎(chǔ)上，基于GM(1,1)模型公式（6.1），經(jīng)過(guò)MATLAB編程求解運(yùn)算得到,則最終的濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)模型方程為： （6.4）其時(shí)間響應(yīng)式為： （6.5）2.預(yù)測(cè)模型精度檢驗(yàn)為了判定該預(yù)測(cè)模型公式（6.4）是否合理,是否有效，我們需要對(duì)它進(jìn)行檢驗(yàn)，并確定灰色預(yù)測(cè)的精度，其等級(jí)劃分按預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)等級(jí)表（表6-2）。檢驗(yàn)時(shí)采用Matlab編程來(lái)輔助計(jì)算。表6-2 預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)等級(jí)表精度等級(jí)指標(biāo)臨界值相對(duì)誤差關(guān)聯(lián)度均方差比小誤差概率一級(jí)0.010.900.350.95二級(jí)0.

46、050.800.500.80三級(jí)0.100.700.650.70四級(jí)0.200.600.800.601）相對(duì)誤差由預(yù)測(cè)模型得原始數(shù)列的模擬序列:平均相對(duì)誤差: （6.6）根據(jù)表(6-2)可知,精度為一級(jí)。2)關(guān)聯(lián)度 （6.7）關(guān)聯(lián)度精度為一級(jí)。3)均方差比 （6.8）均方差比精度為一級(jí)。4）小誤差概率小誤差概率精度為一級(jí)。經(jīng)過(guò)模型的精度檢驗(yàn)，相對(duì)誤差為，精度為一級(jí)；關(guān)聯(lián)度為,關(guān)聯(lián)度為一級(jí)；均方差比為，均方差比為一級(jí)；小誤差概率為，小誤差概率為一級(jí)。由此可見(jiàn)，模型的精度較高，可以作為福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)模型。3.福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)預(yù)測(cè)分析根據(jù)預(yù)測(cè)模型，采用Matlab編程計(jì)算得出未來(lái)1

47、2年間（包含2015年）福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)值。（見(jiàn)表6-3）表6-3 福田紅樹(shù)林生態(tài)安全預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)表年份（年）20152018202120242027生態(tài)安全值3.35383.29403.23523.17763.1209由上表可知它們的預(yù)測(cè)值分別是：2015年為3.3538，2018年為3.2940，2021年為3.2352，2024年為3.1776，2027年為3.1209，它們的預(yù)測(cè)值均在“”的區(qū)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)均為不健康。Matlab中福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)安全值的相關(guān)曲線圖如圖5所示。圖5 （2000-2027年）福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)安全值趨勢(shì)圖由圖5，從2015年-202

48、7年雖曲線下降速度緩慢，當(dāng)福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)仍面臨者嚴(yán)峻的考驗(yàn)。6.2.2 保護(hù)管理建議根據(jù)表5-5和表5-8進(jìn)行多角度比較分析，我們觀察到福田紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)人文社會(huì)壓力過(guò)大，恢復(fù)力不足，系統(tǒng)功能紊亂，服務(wù)功能衰退，濕地保護(hù)區(qū)類鳥(niǎo)類種類急劇減少。同時(shí)，因?yàn)榧t樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的衰退，其他物種的入侵，以及病蟲(chóng)害的蔓延、擴(kuò)散，紅樹(shù)林的覆蓋率出現(xiàn)較大程度的降低。綜上所述，我們從減輕人文社會(huì)壓力、抵御生物入侵、控制病蟲(chóng)害蔓延擴(kuò)散三個(gè)方面系統(tǒng)的對(duì)福田紅樹(shù)林濕地加以保護(hù)。具體措施如下： 完善法律制度體系，明確規(guī)定生活污水及工業(yè)廢水集中處理達(dá)標(biāo)后排放； 政府立法限制高樓層建筑物的建設(shè)、限制漁民濕地捕撈作業(yè)

49、； 加強(qiáng)對(duì)像薇甘菊這一類有害的入侵植物的連續(xù)性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，關(guān)注其幼苗的擴(kuò)散動(dòng)態(tài)并做出及時(shí)的清理； 改善濕地保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，利用生物技術(shù)開(kāi)展病蟲(chóng)害防治工作，阻止蟲(chóng)害的繼續(xù)擴(kuò)散； 政府應(yīng)及早的建立濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)管理體系，滿足各管理部門(mén)信息互通、攜手合作、共同治理的需求。七模型綜合評(píng)價(jià)與推廣7.1 模型的優(yōu)點(diǎn)：1.模型考慮的相關(guān)因素豐富，且能通過(guò)較多的的有效的算法進(jìn)行準(zhǔn)確的模型求解2.所建的模型體系完善，且能通過(guò)一些必要的方法進(jìn)行模型精度檢驗(yàn)，大大提高了模型求解值的準(zhǔn)確性，可信性和對(duì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用。7.2 模型的缺點(diǎn)：1.算法較多，模型的可操作性降低；2.模型求解值的準(zhǔn)確性對(duì)原始數(shù)據(jù)的依耐性較強(qiáng)

50、，模型的容忍度不夠高；3.權(quán)重系數(shù)的確定過(guò)多的依賴人的主觀因素。7.3 模型的推廣：1.本文對(duì)福田紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，并為其動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估及預(yù)警分析分別進(jìn)行了模型的建立，并最終形成一個(gè)框架，能夠方便我們對(duì)福田紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和管理。因而，本文所建立的模型可以推廣到其他與生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)估、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警的框架構(gòu)建案例中。2.本文的模型一是關(guān)于評(píng)估體系的模型，其中考慮了許多的相關(guān)因素，應(yīng)用了很多算法進(jìn)行處理并最終得到評(píng)估的體系，可以推廣到其他有關(guān)多因素問(wèn)題評(píng)估的研究案例中。八、參考文獻(xiàn)1 左偉，周慧珍，等區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選取的概念框架研究J土壤，2003 （1）.2 張軍以，蘇維詞，張鳳太基于PSR模型的三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安 全評(píng)價(jià)J中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2011，31(6)：1039104.3 王新洲.模糊空間信息處理M. 武漢：武漢大學(xué)出版社，2003：130-1314 李士勇.工程模糊數(shù)學(xué)及應(yīng)用M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2