王琪 白建明 賈澤龍 楊都

摘要

自然保護(hù)區(qū)是受特殊保護(hù)和管理的一類(lèi)特殊的可靠性系統(tǒng)。本文從可靠性視角出發(fā)，利用沖擊模型方法和MATLAB隨機(jī)模擬技術(shù)，以貴州草海為例分析自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)的壽命行為和失效規(guī)律。分析結(jié)果表明：①20世紀(jì)50年代以前，草海系統(tǒng)受到的人為干預(yù)相對(duì)較少，可靠性長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定。以人類(lèi)活動(dòng)為主的沖擊影響始于20世紀(jì)50年代末，對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)功能產(chǎn)生了強(qiáng)烈干預(yù)。②在1958—1980期間，政府出于防澇減災(zāi)考慮的引流排水行為扮演了系統(tǒng)的主要沖擊，對(duì)其可靠性產(chǎn)生了毀滅性影響。③在1980年之后的30多年里，周邊農(nóng)民出于造田增地需求的排水毀林自發(fā)性活動(dòng)則形成草海保護(hù)區(qū)的新一輪沖擊，并持續(xù)影響著系統(tǒng)的生態(tài)功能。④目前草海在調(diào)節(jié)氣候、緩解災(zāi)害、保持生物多樣性方面的生態(tài)功能已嚴(yán)重弱化。如果最近幾十年的人為沖擊模式不能得到有效緩解，保護(hù)區(qū)系統(tǒng)極有可能在近期內(nèi)再次發(fā)生功能性崩潰。

關(guān)鍵詞自然保護(hù)區(qū)；沖擊模型；可靠性；壽命分布；草海

中圖分類(lèi)號(hào)O213.2；X36文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104（2017）05-0170-07DOI：10.12062/cpre.20170330

中國(guó)是世界上擁有自然保護(hù)區(qū)最多、覆蓋國(guó)土面積最大的國(guó)家之一。我國(guó)于20世紀(jì)50年代中期開(kāi)始建立自然保護(hù)區(qū)，對(duì)具有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動(dòng)植物物種的天然集中分布、有特殊意義的自然遺跡等進(jìn)行特殊保護(hù)和管理，截至2010年，全國(guó)各種類(lèi)型的自然保護(hù)區(qū)達(dá)到2 588個(gè)，總面積達(dá)到14 944萬(wàn)hm2[1]。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，如何協(xié)調(diào)保護(hù)與發(fā)展之間的矛盾，在保護(hù)前提下實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)自然資源的有效管理，并尋求自然保護(hù)區(qū)科學(xué)研究與環(huán)境教育、生產(chǎn)與旅游的有機(jī)結(jié)合，一直是政府、實(shí)踐者及研究者共同關(guān)注的核心問(wèn)題。

1研究背景與文獻(xiàn)綜述

國(guó)內(nèi)自然保護(hù)區(qū)的學(xué)術(shù)研究大致與自然保護(hù)的管理實(shí)踐同步發(fā)展，在經(jīng)歷了傳統(tǒng)研究階段、探索定量研究手段與技術(shù)階段之后，隨著21世紀(jì)之初以社區(qū)共管、協(xié)議保護(hù)等為代表的一些新的國(guó)際模式的引入，不僅為我國(guó)自然資源保護(hù)管理模式的轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)，也為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究提供了新視角?？v觀我國(guó)自然保護(hù)及自然資源管理的定量研究，2000年之前，較為常見(jiàn)的研究視角是以自然保護(hù)區(qū)建立的客觀特征為主進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，主要包括計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)[2]、生態(tài)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[3]等。在此后的大約10年（2000—2010年）內(nèi)，研究者或強(qiáng)調(diào)自然保護(hù)中管理的作用以及保護(hù)的綜合效益，對(duì)保護(hù)區(qū)的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)[4-6]；或關(guān)注自然資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，認(rèn)為人類(lèi)對(duì)自然資源的利用意味著對(duì)自然資源生產(chǎn)的投入[7]，并應(yīng)注意協(xié)調(diào)資源利用與保護(hù)之間的矛盾[8]。2010年之后的研究更為強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)的整體性和系統(tǒng)性，例如，徐志剛等全面梳理了1998年以來(lái)我國(guó)生態(tài)建設(shè)工程及其相關(guān)政策的實(shí)施，并對(duì)其整體效果進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)[9]。

國(guó)外方面，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，自然保護(hù)效果成為自然資源管理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。Norton以森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展概念為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)管理在自然保護(hù)效果中的關(guān)鍵作用[10]；進(jìn)而，一些學(xué)者從森林生態(tài)系統(tǒng)的功能、穩(wěn)定性和管理模式方面分別對(duì)自然保護(hù)效果進(jìn)行了探討[11-15]。Attiwill and Adams肯定了生態(tài)學(xué)家的作用，認(rèn)為生態(tài)學(xué)家的貢獻(xiàn)不僅在于森林知識(shí)推廣與普及的提高，而且表現(xiàn)為對(duì)森林資源可持續(xù)發(fā)展的積極促進(jìn)[16]。Johann、Bolland等人探討了如何基于自然保護(hù)區(qū)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁Y源管理與環(huán)境保護(hù)[17-18]。自2010年以來(lái)，生物多樣性概念在國(guó)際范圍逐步獲得政府及學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，同時(shí)自然保護(hù)及自然資源管理過(guò)程中的公眾參與也得到廣泛認(rèn)同。結(jié)合這一背景，Tian等、Zhang 等分別對(duì)濕地、森林生態(tài)類(lèi)型的自然保護(hù)區(qū)管理效果進(jìn)行了定量討論[19-20]；Garmendia and Stagl從社會(huì)學(xué)習(xí)中的規(guī)模、系統(tǒng)感知及行為模式等維度出發(fā)，分析了公眾參與的社會(huì)學(xué)習(xí)及可持續(xù)性[21]。

本文依據(jù)可靠性理論，在我們近年研究的基礎(chǔ)上[22-23]，以貴州草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例，分析自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)在人類(lèi)行為影響下的可靠性問(wèn)題。若從可靠性視角來(lái)看，自然保護(hù)區(qū)是一個(gè)承受包括人類(lèi)活動(dòng)因素在內(nèi)的各類(lèi)隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，當(dāng)各種干擾影響累積到一定限度時(shí)，系統(tǒng)輕則結(jié)構(gòu)功能受到影響、重則發(fā)生功能性崩潰，表現(xiàn)出可靠性系統(tǒng)的典型特征和演化規(guī)律，因此可利用沖擊模型方法對(duì)其可靠性結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述，并用壽命分布、失效概率等一系列概念揭示其可靠性演變規(guī)律，進(jìn)而從不確定視角對(duì)自然資源管理特征進(jìn)行描述與解釋。

2自然保護(hù)區(qū)可靠性分析

2.1沖擊模型

沖擊模型（shock model）是可靠性理論（reliability theory）的內(nèi)容之一，主要描述可靠性系統(tǒng)在隨機(jī)沖擊條件下的運(yùn)行特征、失效行為、壽命分布規(guī)律等性質(zhì)。所謂可靠性系統(tǒng)，是指在隨機(jī)環(huán)境下運(yùn)行并且承受來(lái)自環(huán)境的隨機(jī)因素影響的一類(lèi)系統(tǒng)，當(dāng)影響效果超過(guò)一定限度時(shí)，系統(tǒng)性能喪失、發(fā)生失效并結(jié)束工作狀態(tài)。這樣的系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中廣泛存在，例如機(jī)械設(shè)備、電子裝置、生命體、工程建筑及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。在可靠性理論中，這些隨機(jī)影響因素被稱(chēng)為“沖擊”，沖擊的發(fā)生時(shí)間和影響效果都是隨機(jī)的。

面臨沖擊影響，可靠性系統(tǒng)的失效機(jī)制具有不同類(lèi)型。在早期的可靠性理論中，沖擊模型具有兩類(lèi)經(jīng)典的形式，分別稱(chēng)為累積沖擊模型（cumulative shock model）和極端沖擊模型（extreme shock model），用來(lái)描述系統(tǒng)的不同失效機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，一些研究者還依據(jù)各種可靠性現(xiàn)實(shí)背景建立了一些推廣模型，如混合沖擊模型（mixed shock model）、run-沖擊模型及δ-沖擊模型等，其中混合沖擊模型可看作累積沖擊模型與極端沖擊模型兩類(lèi)失效機(jī)制的結(jié)合[24-28]。

具體而言，若用非負(fù)隨機(jī)變量序列X1，X2，…表示逐次沖擊的強(qiáng)度，隨機(jī)計(jì)數(shù)過(guò)程{N（t）；t≥0}表示沖擊發(fā)生過(guò)程；設(shè)系統(tǒng)的承受水平為z>0，系統(tǒng)壽命（即系統(tǒng)失效之前正常運(yùn)行的時(shí)間）為T(mén)。則對(duì)任意給定的某一時(shí)間t>0，累積沖擊模型條件下的系統(tǒng)失效機(jī)制可表示為：

注意到“”左右兩端的隨機(jī)事件之間是等價(jià)關(guān)系，即系統(tǒng)在時(shí)刻t之前失效，當(dāng)且僅當(dāng)t之前發(fā)生的所有沖擊的強(qiáng)度之和超過(guò)系統(tǒng)承受水平。于是在累積沖擊條件下，系統(tǒng)壽命的分布函數(shù)（亦即系統(tǒng)在時(shí)間t前失效的概率）為：

相應(yīng)地，極端沖擊模型條件下的系統(tǒng)失效機(jī)制可表示為：

即系統(tǒng)在時(shí)刻t之前失效，當(dāng)且僅當(dāng)t之前來(lái)到的所有沖擊中的最大強(qiáng)度超過(guò)系統(tǒng)承受能力。相應(yīng)的壽命分布函數(shù)可表示為：

2.2自然保護(hù)區(qū)的可靠性特征

自然保護(hù)區(qū)是具有特定功能和目標(biāo)的一類(lèi)系統(tǒng)，在資源保護(hù)、生態(tài)保持及生物多樣性維持等方面起著重要的作用。相關(guān)文獻(xiàn)表明，影響自然保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)與功能的因素類(lèi)型復(fù)雜，數(shù)量繁多，但主要?dú)w結(jié)為三類(lèi)因素，即自然因素、生物性因素與人類(lèi)行為。如關(guān)于草場(chǎng)類(lèi)型的自然保護(hù)區(qū)，韋麗軍等、董光榮等指出濫采、濫墾及濫牧等人類(lèi)行為是草場(chǎng)退化的主要推動(dòng)因素[29-30]；而針對(duì)我國(guó)東北平原西部荒漠化的擴(kuò)大，裘善文等通過(guò)分析強(qiáng)調(diào)了自然和人為的雙重原因，自然原因包括物源與氣候的變化，人為因素則包括超載過(guò)牧、濫墾濫伐及修建水庫(kù)等[31]。森林類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)也具有類(lèi)似結(jié)論，眾多研究認(rèn)為，起到關(guān)鍵影響作用的自然因素有氣候、地形、光照等，生物性因素有外來(lái)物種、植物降解能力、植被退化、各類(lèi)病蟲(chóng)害等，而人類(lèi)因素則包括林木砍伐、林地開(kāi)墾與林間采集、森林土地的不合理利用以及由工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的大氣污染及酸雨等[32-36]。

顯然，自然保護(hù)區(qū)功能及目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，受到上述三類(lèi)因素的強(qiáng)烈影響，并且三類(lèi)影響都具有不確定性特征，其發(fā)生時(shí)間及影響程度都表現(xiàn)出明顯的隨機(jī)性。因此，如果將自然保護(hù)區(qū)看作一個(gè)具有特定結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，將其改善環(huán)境、保持生態(tài)及維持生物多樣性的能力看作系統(tǒng)的性能，而將三類(lèi)影響因素看作是對(duì)系統(tǒng)的沖擊，那么，自然保護(hù)區(qū)就是一類(lèi)十分典型的可靠性系統(tǒng)，各類(lèi)因素的干擾不僅導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能受損，嚴(yán)重時(shí)甚至可能引發(fā)系統(tǒng)崩潰。從而，我們可以從可靠性這一新的視角出發(fā)，借用成熟的沖擊模型方法描述自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)，以分析其失效機(jī)制和壽命特征，并獲得有別于傳統(tǒng)研究的啟示與結(jié)論。

3草海自然保護(hù)區(qū)可靠性建模與分析

3.1背景分析

草海是貴州最大的高原天然淡水湖，中國(guó)著名的三大高原湖泊之一，位于云貴高原東部的烏蒙山麓、貴州西部的威寧彝族苗族回族自治縣境內(nèi)，由巖溶堰塞形成，是貴州草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)域，湖盆面積約45 km2，湖水補(bǔ)給主要為天然降水和地下水。湖區(qū)擁有豐富的生物資源，包括高等水生植物37種、魚(yú)類(lèi)10余種、鳥(niǎo)類(lèi)178種，其中包含國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物27種，是國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物黑頸鶴的主要越冬地。草海區(qū)域內(nèi)的農(nóng)戶(hù)收入低、耕地少，長(zhǎng)期以來(lái)主要靠捕撈水產(chǎn)、開(kāi)墾湖區(qū)周邊耕地維持生計(jì)。

上世紀(jì)50年代及以前，草海的水域面積長(zhǎng)期保持在45 km2的規(guī)模，生態(tài)功能較為穩(wěn)定。1958年，受?chē)?guó)家政策和人口壓力影響，貴州省威寧縣政府決定實(shí)施大規(guī)模排水開(kāi)墾和農(nóng)田改造運(yùn)動(dòng)，使草海湖區(qū)面積急劇縮小到31 km2。1970年，當(dāng)?shù)貫樵黾痈卦俅芜M(jìn)行大規(guī)模排水，致使草海水面銳減，僅兩年即僅存5 km2。1980年，以糧食生產(chǎn)為中心的國(guó)家政策發(fā)生改變，政府決定實(shí)施引水蓄湖，恢復(fù)草海水域，1982年水域面積恢復(fù)到25 km2。隨后，草海被列入貴州省自然保護(hù)區(qū)（1985年）并進(jìn)而升級(jí)為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（1992年）。1994年，針對(duì)草海自然保護(hù)區(qū)的國(guó)際開(kāi)發(fā)計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施，該計(jì)劃由貴州省環(huán)保局、草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)管理局聯(lián)合負(fù)責(zé)，并有多個(gè)國(guó)際保護(hù)組織參與。但是，在自然環(huán)境復(fù)原的過(guò)程中，隨著人口的增加，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民出于生存與發(fā)展需要的過(guò)量漁業(yè)開(kāi)發(fā)、濕地違法開(kāi)墾等問(wèn)題持續(xù)存在并更為嚴(yán)峻，生計(jì)、發(fā)展與保護(hù)之間的矛盾進(jìn)一步尖銳化。在這種情況下，草海水域面積持續(xù)在20 km2的水平上徘徊（2010年為20.98 km2，2014年為19.80 km2），一直未能恢復(fù)到歷史原有水平，草海自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)的生態(tài)功能則一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)[37-41]。

3.2沖擊模型建模

縱觀草海湖區(qū)的歷史和功能變遷，人類(lèi)行為扮演著重要的角色，成為系統(tǒng)面臨的主要威脅，如政府不當(dāng)決策下的引流排水（1958—1980年期間）以及反思之后的蓄水復(fù)湖（1980年以后）、農(nóng)民出于擴(kuò)大耕地需求的自發(fā)排水及毀林造田（1980年至今）等，在這一進(jìn)程中，隨著草海水域面積的變化，其生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行及在調(diào)節(jié)氣候、緩解災(zāi)害、保持生物多樣性等功能的實(shí)現(xiàn)不斷受到影響，草海生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯的“引流排水→水域面積減少→湖泊功能喪失→生態(tài)功能退化”的演化規(guī)律，因此可將之看作一個(gè)可靠性系統(tǒng)，其中以排水為主的人類(lèi)活動(dòng)構(gòu)成了系統(tǒng)承受的關(guān)鍵沖擊。

根據(jù)水域面積變化，草海生態(tài)系統(tǒng)的演化可分為三個(gè)階段。第一階段是上世紀(jì)50年代中期及以前，水域面積長(zhǎng)期保持45 km2的水平，系統(tǒng)生態(tài)功能相對(duì)完整；第二階段是50年代后期至70年代，系統(tǒng)遭受較強(qiáng)沖擊，水域先是減少到31 km2（1958年），后再次減少到5 km2（1972年），湖區(qū)基本不復(fù)存在，草海生態(tài)功能喪失，系統(tǒng)處于崩潰狀態(tài)；第三階段是80年代以來(lái)，農(nóng)民自發(fā)排水造田形成系統(tǒng)持續(xù)遭受中度沖擊的局面，水域面積一直在20 km2的水平上徘徊（見(jiàn)表1）。

作為一個(gè)典型的湖泊-濕地類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)，草海的生態(tài)功能依賴(lài)于蓄水量的大小。若將排水行為看作對(duì)系統(tǒng)的沖擊，則排水量自然可以表示沖擊強(qiáng)度（即沖擊對(duì)系統(tǒng)的影響程度）；由于現(xiàn)實(shí)中排水量無(wú)法精確測(cè)算，本文考慮用水域面積的減少量來(lái)代替。另一方面，上世紀(jì)50年代末至70年代，政府不當(dāng)決策下的大規(guī)模排水曾一度導(dǎo)致草海系統(tǒng)發(fā)生崩潰。自80年代起，政府成立自然保護(hù)區(qū)并實(shí)施引水蓄湖，而農(nóng)民排水造田的自發(fā)行為形成抗衡；在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)承受的沖擊即為農(nóng)民的排水行為，若排水量較小，其作用將被蓄水所抵消，從而對(duì)系統(tǒng)的影響不大。這意味著，只有很大規(guī)模的排水才可能造成系統(tǒng)生態(tài)功能的強(qiáng)烈破壞?；谶@一特點(diǎn)，本文選取極端沖擊模型來(lái)描述草海生態(tài)系統(tǒng)的可靠性機(jī)制；根據(jù)可靠性研究的思路，以下利用隨機(jī)模擬技術(shù)來(lái)分析草海系統(tǒng)在人類(lèi)排水干預(yù)下的可靠性特征，核心問(wèn)題為系統(tǒng)壽命的分布規(guī)律。

根據(jù)極端沖擊模型的結(jié)構(gòu) （3）、（4），結(jié)合文獻(xiàn) [24]，以下對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行選取：

（1）沖擊過(guò)程。可靠性理論中的沖擊過(guò)程是一個(gè)隨機(jī)計(jì)數(shù)過(guò)程，一般假設(shè)為Poisson過(guò)程；本文用來(lái)描述排水行為的時(shí)間規(guī)律?？紤]到實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以年為單位，故將沖擊過(guò)程的時(shí)間單位定為年；若現(xiàn)實(shí)中一年發(fā)生多次排水事件，可將之合并為一次，并將一年當(dāng)中水域面積的總減少量處理為當(dāng)年的沖擊強(qiáng)度。這樣，沖擊來(lái)到過(guò)程{N（t）；t≥0}可處理為發(fā)生速率μ=1的齊次Poisson過(guò)程。

（2）沖擊分布。即沖擊量的概率分布，描述排水行為導(dǎo)致水域面積減少的規(guī)律。由表1可見(jiàn)，上世紀(jì)80年代以來(lái)，草海水域面積一直保持在20 km2左右；與歷史水平相比，相當(dāng)于減少約25 km2。參照文獻(xiàn) [24]，我們假設(shè)沖擊強(qiáng)度X1，X2，…為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，共同服從于均值為λ=25的指數(shù)分布。

（3）系統(tǒng)承受水平。即系統(tǒng)對(duì)沖擊的最大承受限度?？紤]到草海水域面積的歷史記錄為45 km2左右，大規(guī)模排水曾使水域減少至5 km2（1972年），導(dǎo)致生態(tài)功能喪失，環(huán)境瀕臨崩潰；相應(yīng)的凈排水量為40 km2，故將系統(tǒng)維持正常功能的最大承受水平定為z=40。

3.3隨機(jī)模擬結(jié)果與分析

根據(jù)模型結(jié)構(gòu) （3）、（4），利用MATLAB軟件對(duì)草海生態(tài)系統(tǒng)的極端沖擊模型進(jìn)行隨機(jī)模擬運(yùn)算，模擬時(shí)間長(zhǎng)度為10 000年（從2014年開(kāi)始），模擬次數(shù)為10 000次。系統(tǒng)壽命分布的模擬結(jié)果及主要數(shù)字特征分別如圖1、表2和表3所示。

由模擬結(jié)果可見(jiàn)：

第一，圖1顯示了模擬結(jié)果的頻次分布，其中橫軸表示時(shí)間（年），縱軸表示頻次（次）。由于模擬次數(shù)很大，因此該圖可作為系統(tǒng)壽命的近似分布。圖中曲線的變化特征十分類(lèi)似指數(shù)分布，與可靠性理論中極端沖擊模型的壽命特征相當(dāng)吻合。

第二，表2顯示，10 000次模擬運(yùn)算中，系統(tǒng)在未來(lái)5年內(nèi)失效的模擬結(jié)果為4 927次，占49.27%；系統(tǒng)在未來(lái)〖CM（81.5mm〗5—10年內(nèi)失效的模擬結(jié)果有2 477次，占24.77%。這兩

種情況合計(jì)占到74.04%。目前條件下，系統(tǒng)能維持10—20年的頻率為19.46%，維持20年以上的頻率僅為6.50%。

第三，由系統(tǒng)壽命的隨機(jī)特征所致，無(wú)法精確估計(jì)其失效時(shí)間，但由表3可見(jiàn)，系統(tǒng)壽命的均值和中位數(shù)均很小，分別為7.90年和6.00年。

綜上，在人類(lèi)活動(dòng)干預(yù)下，目前草海系統(tǒng)的部分功能已經(jīng)喪失，系統(tǒng)可靠性十分脆弱，形式極其嚴(yán)峻。如果80年代以來(lái)人類(lèi)行為的沖擊模式延續(xù)下去，那么草海水域面積將以大約74%的可能在未來(lái)10年內(nèi)（2024年之前）縮減至極限，并使生態(tài)系統(tǒng)再次崩潰；而在當(dāng)前沖擊模式下，草海系統(tǒng)在未來(lái)20年內(nèi)（2034年之前）保持相對(duì)穩(wěn)定的可能性只有6.50%，維持30年（至2044年）的機(jī)會(huì)則微乎其微。

4結(jié)論與啟示

自然保護(hù)區(qū)具有十分明確的可靠性特征，是一類(lèi)典型的可靠性系統(tǒng)。通常情況下，自然因素、生物性因素與人類(lèi)行為等幾類(lèi)要素以隨機(jī)方式影響系統(tǒng)的運(yùn)行，構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的沖擊?；谶@一視角，本文以貴州草海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例，將對(duì)草海生態(tài)系統(tǒng)已到關(guān)鍵影響作用的人類(lèi)活動(dòng)作為主要沖擊，利用極端沖擊模型方法進(jìn)行隨機(jī)建模，結(jié)合現(xiàn)實(shí)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行MATLAB隨機(jī)模擬，分析了自然保護(hù)區(qū)的壽命分布及可靠性演化規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)里，出于防澇增地的政府行為（1958—1980年）和排水造田的農(nóng)民自發(fā)活動(dòng)（1980年以來(lái)）對(duì)草海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響，并一度導(dǎo)致生態(tài)功能喪失、生態(tài)系統(tǒng)崩潰。由此所致，目前草海處于生態(tài)功能不夠健全的脆弱狀態(tài)；如果上述沖擊模式延續(xù)下去，系統(tǒng)近期內(nèi)發(fā)生功能性崩潰將是無(wú)法避免的結(jié)局（系統(tǒng)將以3/4的概率在10年內(nèi)崩潰，維持20年的可能性極?。?。

將自然保護(hù)區(qū)的運(yùn)行于管理置于隨機(jī)環(huán)境之下，引入可靠性理論與方法對(duì)其可靠性規(guī)律進(jìn)行研究，體現(xiàn)了新視角、新方法、新結(jié)論的特點(diǎn)，并有助于拓展可靠性理論的應(yīng)用領(lǐng)域?；诓莺Ｗ匀槐Ｗo(hù)區(qū)最近幾十年來(lái)人類(lèi)行為影響的具體特征，本文嘗試使用極端沖擊模型描述其失效機(jī)制。在另一些條件下，其他模型可能更為合理。例如，若將人類(lèi)砍伐行為考慮為森林生態(tài)類(lèi)自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)的沖擊因素，由于砍伐量在時(shí)間上具有累加性，且持續(xù)累加到一定程度可能導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此時(shí)累積沖擊模型將是合適的選擇。又如考慮湖泊類(lèi)自然保護(hù)區(qū)的排放污染問(wèn)題，由于在一定時(shí)間內(nèi)，多次較小規(guī)模排放的累加效應(yīng)和一次大規(guī)模排放的單獨(dú)效應(yīng)均可能造成湖泊系統(tǒng)的失態(tài)惡化，故可選用混合沖擊模型進(jìn)行描述。另一方面，由于沖擊模型關(guān)注的核心問(wèn)題為系統(tǒng)的壽命行為，故使用該方法只能對(duì)自然保護(hù)區(qū)在一定沖擊模式下的失效行為及壽命分布提供解釋。若想獲得現(xiàn)實(shí)的管理對(duì)策結(jié)論，則需要引入可靠性中的其他理論（如維修理論與方法）。這些方面將是我們?cè)诒疚幕A(chǔ)上繼續(xù)探索的方向。

（編輯：王愛(ài)萍）

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作者簡(jiǎn)介：王琪，碩士，講師，主要研究方向?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)管理。Email：wangqi@bistu.edu.cn。

通訊作者：白建明，博士，教授，主要研究方向?yàn)榭煽啃耘c風(fēng)險(xiǎn)管理。Email：baijm@lzu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于沖擊模型方法的保險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)可靠性研究”（批準(zhǔn)號(hào)：71171103）；教育部哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究重大課題攻關(guān)項(xiàng)目“大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市公共安全風(fēng)險(xiǎn)研究”（批準(zhǔn)號(hào)：16JZD023）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目“車(chē)險(xiǎn)欺詐的識(shí)別、檢查與控制策略研究”（批準(zhǔn)號(hào)：16LZUJBWZD002）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目“保險(xiǎn)欺詐的識(shí)別與應(yīng)對(duì)研究”（批準(zhǔn)號(hào)：15LZUJBWYJ036）。