5.5.1 綜合指數預警法
指數法和綜合指數法是常用的評價方法，可將其用於區域生態安全預警評價中，在應用時必須要解決預警評價標準、權重、量化等問題。單指數預警法是利用預警指標的某種反映警情的指數來進行預警，通過預警指標可以分析警情和預報警度。區域生態安全預警的每個子系統預警可以利用若幹個預警指標進行綜合預警。
綜合指數預警指將區域生態安全預警指標以某種數學方法合成，結合警度區間進行警度判定。區域生態安全預警評價值為:
河南省土地資源生態安全理論、方法與實踐
式中:n為預警指標或子系統的數量;Wi(t)為第i個預警指標或子系統權重;Ei(t)為第i個預警指標或子系統在t時刻區域生態安全預警值;Ci(t)為第i個預警指標在t時刻的值;Csi(t)為第i個預警指標的預警標準。
假定在t時刻對某壹時間內的生態與環境進行預警，則預警時段為Δt=T－t;再以E(t)表示生態安全預警警度;以參數EP表示不良狀態預警時生態安全預警的警戒值;以參數ΔEPt和ΔEPs分別表示惡化趨勢預警和惡化速度預警，是預警在Δt時段內變化速率的警戒值;當預警評價對象的變化具有隨機不確定性時，即以保證率為a的參數作為預警評價的約束條件，這樣在給定保證率a、參數EP和ΔEPt、ΔEPs的情況下，預警評價與確定數學模型表達如下:
(1)不良狀態預警
W{EP1<E(t)<EP2}>a
式中:EP1=2，EP2=4表示較差狀態預警;EP1=0，EP2=2表示惡劣狀態預警。
(2)緩慢惡化預警
W{E(T)<E(t)，E(T)－E(t)>ΔEPt}>a
(3)惡化速度預警
W{E(T)<E(t)<EP，E(T)－E(t)/(T－t)>ΔEPS}≥a
ΔEPS可根據規劃的時段來確定，如5年計劃是:
ΔEPS=1/5(1/a)
根據第四章生態環境質量評價的研究，可以劃分生態環境預警警度區間(表5.1)。
表5.1 生態環境預警警度區間劃分
5.5.2 層次分析法
區域生態安全系統是由多種因子組成的多層次的復雜體系和開放系統，其系統內部各因子和系統與外部環境之間有著密不可分的聯系和相互作用，層次分析法采用定性和定量相結合的方法認識和評價這壹復雜系統。
此次研究采用層次分析法和綜合指數模型對水源區生態環境質量的未來狀態進行預測。基本思路是: 通過層次分析法構建判斷矩陣，得到各環境因子的權重; 根據歷年統計數據的變化趨勢和各生態因子的取值標準預測出未來各時段的分值，采用綜合指數模型計算公式計算出總系統的綜合得分值，預測值與現狀值比較得出是否需要預警。
5.5.3 模型預警法
采用壹定數學、生物、專家評分等方法建立模型預警，這種模型可以是有明確的數學函數關系，也可以是黑箱模型，如可采用模糊判定模型。模糊判定模型是借助模糊數學的壹些概念，對實際的綜合判定問題提供判定的方法，與概率、統計的方法是不同的，因為客觀事物的不確定性有兩大類: 壹類事物對象是明確的，但出現的規律不確定，例如晴天、下雨、下雪是明確的，但出現的規律是不確定的; 另壹類事物對象本身不明確，如年輕、年老，高個、矮個等這壹類程度上的差別沒有截然的分界線，後壹類事物的不確定性是與分類的不確定性有關，也就是說，後壹類可以屬於某壹集合，也可以不屬於，在這裏就引入模糊集合的概念，隸屬度-隸屬函數，這壹工作最早是美國控制論專家 L.A.Zadeh於1965年開展的，自此，模糊數學得以迅速發展。模糊判定模型是以模糊數學為基礎的，應用模糊關系合成的原理，將壹些邊界不清、不易定量的因素定量化並進行綜合判定，通過構造等級模糊子集把反映被判定事物的模糊指標量化(用隸屬度表示)，然後利用模糊變換的原理對各指標進行綜合，壹般來說，模糊判定模型步驟如下:
(1)確定判定對象的因素域:U={u1，u2，…，un}，這是判定因子構成的指標體系。
(2)確定判定等級域:V={v1，v2，…，vn}，這是用語言變量描述的判定等級評語，每壹個等級對應壹個模糊子集，壹般情況下，評語等級m取［3，7］中的整數，如果m過大，那麽語言難以描述而且不易判定等級歸屬，如果m過小又不符合模糊判定的質量要求，m取奇數的情況居多，因為這樣便於判定事物的等級歸屬，具體等級可以依據判定內容用適當的語言描述，如本文研究的區域生態環境預警的綜合判定等級可取V={安全區(無警)、較安全區(輕警)、較危險區(中警)、危險區(重警)、非常危險區(巨警)}。
(3)進行單指標判定:通過某種函數或關系建立模糊矩陣。構造了判定等級域可對因素域進行量化，確定各因子的隸屬度，從而獲得模糊矩陣。
(4)確定待判定因素的模糊權向量:W={w1，w2，…，wn}T，壹般情況下，因素域的各指標對等級域的各等級來說並非是同等重要的，各指標對總體指標貢獻大小也是不同的，因此在決定前要確定模糊權向量。利用合適的合成算子對待判定事物合成可得到模糊判定的結果向量。