基于盲數(shù)模型的上海共青森林公園水環(huán)境評價

基于盲數(shù)模型的上海共青森林公園水環(huán)境評價

隨著城市化的快速擴張，城市森林除了改善城市生態(tài)、豐富城市景觀外，還發(fā)揮著休閑娛樂的作用。作為城市森林的集中地,森林公園吸引了眾多渴望回歸自然的游客,但與此同時,公園的環(huán)境也受到了旅游活動不同程度的干擾。為了揭示旅游活動對環(huán)境的影響,國內(nèi)學(xué)者自80年代末90年代初就著手對這一現(xiàn)象進行研究。目前這一領(lǐng)域的研究成果層出不窮,其中以在張家界國家森林公園進行的研究最具代表性。然而,通過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn),有關(guān)森林公園的研究體系依然有所欠缺,對于所選擇的研究區(qū)域,前人重視了位于城市腹地的森林公園,卻忽視了另一類特殊的森林公園,即城市建成區(qū)的森林公園。這類森林公園原位于城市腹地,其位置隨著城區(qū)的拓展由郊區(qū)變?yōu)槭袇^(qū),周圍的環(huán)境發(fā)生了巨大的改變。城區(qū)便捷的交通與密集的人口使得公園的使用頻率陡增,導(dǎo)致公園的環(huán)境受到了前所未有的干擾。因此,研究旅游活動對這類森林公園的影響仍十分必要。在諸多反映環(huán)境變化的因子中,水體作為敏感的環(huán)境因子,能較好的反映旅游活動對環(huán)境的影響。基于此,以上海共青森林公園為例,通過探討旅游活動對水環(huán)境的影響,進一步完善城市森林公園環(huán)境影響的研究,以期對城市化進程中轉(zhuǎn)型的森林公園的環(huán)境保護和管理起到一定的指導(dǎo)作用。1公園水域分布共青森林公園為國家4A景區(qū),地處上海市楊浦區(qū),東瀕黃浦江,地理位置為121°32′~121°33′E、31°18′~31°19′N。公園占地面積約132hm2,其中水域面積達12.67hm2,是上海市最大的城市森林公園。目前公園已是上海城市綠地建設(shè)的重要組成部分,近年來更是以稀缺的城市森林景觀、優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境、便捷的通達條件吸引了大量游客,取得了良好的經(jīng)濟效益(圖1)。2學(xué)習(xí)方法2.1資料與數(shù)據(jù)在廣泛收集前人研究成果的基礎(chǔ)上,通過對公園管理部門的走訪、實地采樣、實驗室分析獲取研究資料與數(shù)據(jù)。之后運用水質(zhì)綜合評價盲數(shù)模型判定公園水質(zhì),并結(jié)合影響源分析,揭示旅游活動對城市森林公園水環(huán)境的影響。2.2評估指標和試驗數(shù)據(jù)2.2.1水質(zhì)評價指標依據(jù)《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002),選擇pH、氨氮(NH3-N)、化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)作為水質(zhì)評價指標,其中TP為湖、庫指標(表1)。2.2.2水樣采集及分析方法水體采樣于2007年11月進行。通過實地勘察,依據(jù)游客在公園內(nèi)涉足范圍和活動頻率的差異,從空間上將公園劃分為活動區(qū)、緩沖區(qū)、背景區(qū)3個樣區(qū)。根據(jù)采樣點水域面積,按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002),利用典型采樣法在3個樣區(qū)內(nèi)布設(shè)樣點7個,采得水樣16個,并轉(zhuǎn)入實驗室分析,每個樣品測定2次。樣區(qū)劃分及樣點分布如下(圖2)。水樣分析方法如下:pH——玻璃電極法(GB6920-86);NH3-N——納氏試劑分光光度法(GB7479-87);COD——重鉻酸鹽法(GB11914-89);TP——鉬酸銨分光光度法(GB11893-89)。經(jīng)試驗分析,取2次測定數(shù)據(jù)的平均值,所得數(shù)據(jù)如下(表2)。2.3水質(zhì)綜合評價計算水體中的污染物因水體流動在空間上表現(xiàn)出非均勻性,且水樣采集及分析過程中由于點位及監(jiān)測指標的不足,使得水質(zhì)信息具有部分已知、部分未知的灰性特征。因此,在水質(zhì)評價的過程中需要面對多種不確定性共存的問題,而李如忠等所提出的水質(zhì)綜合評價的盲數(shù)模型則較好的處理了該問題,為水質(zhì)的評價提供了一種新的方法。本研究即采取該方法對共青森林公園的水質(zhì)進行評價,因pH不存在確切的分類值,對水質(zhì)綜合評價的作用并不明顯,故不納入評價模型,另作單指標分析。水質(zhì)綜合評價盲數(shù)模型表達式如下:R=∑niwi×{[ci1,cip],gi(x)}C0i(1)R=∑inwi×{[ci1,cip],gi(x)}C0i(1)式中{[ci1,cip],gi(x)}為水質(zhì)綜合評價模型中污染物實測值ci的盲數(shù)表達,稱為污染物濃度盲數(shù),運算法則見劉開第等。C0i為對照評價標準中選取的某一級的評價標準值。R為綜合指數(shù)盲數(shù),由一系列區(qū)間型可能值及其相應(yīng)的可信度構(gòu)成。wi為評價指標的權(quán)重,3個評價指標NH3-N、COD、TP皆為負向一致性指標,本研究采用平均標準法進行計算。另外,水質(zhì)的表現(xiàn)往往因水域面積而異,故計算樣點、樣區(qū)、公園整體的指標權(quán)重,以進行不同空間尺度上的水質(zhì)綜合評價。平均標準法計算式如下:wi=(ci/si)/∑i=1m(ci/si)(2)wi=(ci/si)/∑i=1m(ci/si)(2)其中,wi為第i種評價因子的權(quán)重;ci為第i種評價因子實測值;si為第i種評價因子分級標準平均值;m為評價因子個數(shù)。得到權(quán)重值后,構(gòu)建水質(zhì)分級域值(表3)進行水質(zhì)識別。通過R值中所占某一級別水質(zhì)的區(qū)間長度比來確定R值歸屬該水質(zhì)級別的可信度。對可信度進行累加后,根據(jù)最大隸屬度原則識別水質(zhì)等級。計算式如下:θM=∑i=kj=k+1nK?rirj?ri×θRθΜ=∑i=kj=k+1nΚ-rirj-ri×θRθN=∑i=kj=k+1nrj?Krj?ri×θR(3)θΝ=∑i=kj=k+1nrj-Κrj-ri×θR(3)其中,K為水質(zhì)等級M、N的分級域值,[ri,rj]∈R,θR為R的可信度,θM為M級水質(zhì)的總可信度,θN為N級水質(zhì)的可信度。3結(jié)果與分析3.1水景總參數(shù)的變化以背景區(qū)樣點作為對照,計算活動區(qū)、緩沖區(qū)各樣點監(jiān)測指標的變化率,得到各監(jiān)測指標變率圖(圖3)。從圖3中可以發(fā)現(xiàn),(1)pH減小的現(xiàn)象在活動區(qū)與緩沖區(qū)均有所表現(xiàn),但主要體現(xiàn)在活動區(qū)燒烤點與別墅點。2處樣點減幅均超過20%,水質(zhì)呈明顯酸性。另外,位于緩沖區(qū)的游船區(qū)部分水體pH也出現(xiàn)減幅,變化幅度稍小于活動區(qū)。(2)整體上看,COD變化相對緩和,但活動區(qū)較緩沖區(qū)而言,COD變化仍表現(xiàn)出波狀起伏。其中,最高值出現(xiàn)在別墅點,COD增幅達到110.5%,最低值在游樂園C-3,減幅達到24.8%。緩沖區(qū)COD較對照點均有所增長,變化幅度處于3.6%~53.1%之間,最高值出現(xiàn)在垂釣點F-3。(3)TP在2個樣區(qū)中的變化表現(xiàn)出較強的一致性,活動區(qū)變化均為增幅,緩沖區(qū)均為減幅。變化的最大峰值出現(xiàn)在燒烤點A-3,增幅達到299.2%,而最低值則出現(xiàn)在緩沖區(qū)的游船區(qū)E-4,減幅達到34.7%。(4)NH3-N變化極為劇烈,變率大幅度起落,峰值與谷值之間差值最高達到1350%。活動區(qū)水樣NH3-N增幅均超過600%,最高達到1324%,至緩沖區(qū)則出現(xiàn)拐點,變率大幅度下降,在垂釣點F-2出現(xiàn)全園最低值,較對照點NH3-N減少36%?？偟膩碚f,NH3-N、TP、COD的變化趨勢基本一致,即從活動區(qū)到緩沖區(qū),變率逐漸減小,表明這3個監(jiān)測指標變率與公園旅游活動強度存在正相關(guān)。pH雖然不具有嚴格的正或負向一致性,但在所采樣點水體都為酸性的情況下,活動區(qū)至緩沖區(qū)水體的變率有所增加并趨于平穩(wěn),整體上呈現(xiàn)出了一定的負相關(guān)。同時,從單個樣區(qū)來看,各指標大致具有如下變化規(guī)律:NH3-N波動最大,TP次之,COD與pH居后。這表明在相同旅游強度的干擾下,監(jiān)測指標響應(yīng)具有差異性,相比之下,NH3-N較其他3個指標更為敏感。此外,不同類型的旅游活動對監(jiān)測指標的影響也存在著差異性:餐飲、住宿類旅游活動與行為極易引起NH3-N變化,而與娛樂活動相比,觀賞休閑類旅游活動與行為則較易引起NH3-N與COD變化。3.2綜合評價的結(jié)果從空間視角出發(fā),依據(jù)試驗數(shù)據(jù),運用水質(zhì)綜合評價盲數(shù)模型對公園水體進行評價,得到小、中、大3種空間尺度上的水質(zhì)綜合評價結(jié)果(表4)。3.2.1水質(zhì)評價結(jié)果一方面,從水質(zhì)綜合評價結(jié)果來看,燒烤點、別墅點、游樂園、荷花池水質(zhì)都劣于Ⅴ類,4個樣點的水體已不適于作為一般景觀水體。游船區(qū)與垂釣點雖然都位于緩沖區(qū),但前者水質(zhì)為Ⅳ類,后者水質(zhì)為Ⅴ類。另一方面,從結(jié)果的可信度來看,水質(zhì)都為劣Ⅴ類的4個樣點的可信度基本接近100%,但仍有細微差別。而游船區(qū)與垂釣點水質(zhì)屬于Ⅳ類的可信度分別為98.44%與33.71%,屬于Ⅴ類的可信度分別為1.56%與67.29%,差別明顯。以上小尺度的水質(zhì)評價結(jié)果與可信度表明了不同類型的旅游活動對水質(zhì)影響的差異,即餐飲、住宿類旅游活動與行為對公園水環(huán)境影響,比其他休閑娛樂類的旅游活動與行為更為顯著。這與全華在張家界國家森林公園的研究結(jié)論一致。3.2.2是否可以作為人體接觸娛樂水活動區(qū)的水質(zhì)為劣Ⅴ類,可信度達到93.01%,說明活動區(qū)的水體已嚴重惡化,不適宜繼續(xù)作為景觀用水。緩沖區(qū)的水質(zhì)識別結(jié)果為Ⅳ類,可信度為77.23%,說明緩沖區(qū)的水體目前仍可作為人體非直接接觸娛樂用水,但部分水體已不具備此功能。背景區(qū)的水質(zhì)識別結(jié)果為Ⅳ類,水質(zhì)尚可。對比3個樣區(qū)的水質(zhì)評價結(jié)果,可發(fā)現(xiàn)活動區(qū)的旅游活動強度最大,其水體受到的影響也最大,而緩沖區(qū)和背景區(qū)旅游活動強度較小,其水體所受影響也相對較小,這表明了樣區(qū)水質(zhì)與旅游活動強度存在著正相關(guān),同時也佐證了本研究樣區(qū)劃分的科學(xué)性。3.2.3水質(zhì)分布特征公園水質(zhì)識別結(jié)果為Ⅴ類,可信度為44.60%,而屬于Ⅳ類、劣Ⅴ類的可信度分別為20.51%、34.89%,表明公園當(dāng)前多種水質(zhì)并存、整體水質(zhì)不佳。可信度的分布不僅從整體上反映了公園的水質(zhì)面貌,而且也從側(cè)面反映了公園水質(zhì)未來可能的發(fā)展趨勢。如不進行嚴格的監(jiān)控與治理,公園的水質(zhì)將會繼續(xù)惡化。3.3水環(huán)境惡化,管理體系不健全,浮游客入園后多集中于活動區(qū),因而該樣區(qū)水環(huán)境問題最為嚴重,特別是燒烤點與別墅點。燒烤點為橢圓狀小島,四面環(huán)水,是上海市區(qū)最大的戶外燒烤場所,游人絡(luò)繹不絕。由于游客自律程度不夠及公園管理水平的欠缺,一方面燒烤過程中產(chǎn)生的部分垃圾直接入水污染水體,如食品包裝袋、燒烤中使用的固、液調(diào)味用品、水果殘渣等,這些垃圾使水體中的有機質(zhì)大量增加,并且在分解過程中將消耗水中的溶解氧,而水面油污所形成的油膜使得水體的復(fù)氧作用降低,導(dǎo)致水環(huán)境較易惡化;另一方面,戶外場所的密集使用致使地表植被嚴重受損,表土大面積裸露板結(jié),造成隨地表徑流而入水的營養(yǎng)元素增多。別墅點緊靠燒烤點,生活污水的直接排放導(dǎo)致該處NH3-N含量最高,因此未經(jīng)處理的生活污水是水質(zhì)的主要影響源。水體面積狹小、水環(huán)境郁閉及挺水植物死亡分解后有機物的積累則是荷花池水環(huán)境問題的主因,而游樂區(qū)水質(zhì)問題則是大型游樂設(shè)施油污與垃圾污染所致。相比活動區(qū),緩沖區(qū)水體面積較大,因擴散作用,污染物濃度相對較低。其中游船區(qū)水體主要來自于濱水商業(yè)建筑的直接污染。經(jīng)統(tǒng)計,在該樣區(qū)共有3個茶室、1個售品部位于濱水區(qū)且集中分布在E-3樣點以北。受這些商業(yè)設(shè)施影響,E-1、E-2與同一樣區(qū)其他水樣相比變化要大,這與寧寶英等在麗江古城的研究結(jié)論類似。垂釣點為濱水垂釣,水岸垂向1m內(nèi)的護岸植被幾乎消失,土壤中流失入水的營養(yǎng)元素增多,因此部分監(jiān)測指標含量較游船區(qū)有所增加。此外據(jù)公園反映,不少垂釣者喜歡大面積使用有機質(zhì)魚餌,這可能也是造成垂釣點COD偏高的原因之一。背景區(qū)地處密林,游人稀少,旅游活動對水質(zhì)影響也相對要小,但水體中有較多的枯枝落葉沉積,且部分已經(jīng)發(fā)生分解,因此各監(jiān)測指標含量并非全園最低值。除旅游活動造成的影響外,公園早期建設(shè)也為水環(huán)境問題的產(chǎn)生埋下了隱患,如大部分水域使用了硬質(zhì)護岸,擾亂了水、陸間物質(zhì)的交換循環(huán),且水域生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性欠佳,從而導(dǎo)致水體的自凈能力不強。4旅游活動與行為的影響及對策共青森林公園作為上海市的4A景區(qū)與5星公園,產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益不言而喻,但園內(nèi)的水環(huán)境現(xiàn)狀卻不容樂觀。通過監(jiān)測指標變率及水質(zhì)綜合評價盲數(shù)模型從空間上對公園水體進行了評價分析,結(jié)果表明旅游活動強度及活動類型對水環(huán)境的影響具有差異性。NH3-N、COD、TP的變率、公園的水質(zhì)與園內(nèi)旅游活動強度正相關(guān),且在相同旅游強度的干擾下,監(jiān)測指標中NH3-N響應(yīng)最為敏感;餐飲、住宿類旅游活動與行為極易引起NH3-N變化,而與娛樂活動相比,觀賞休閑活動與行為則較易引起NH3-N、COD變化。另外,餐飲、住宿類旅游活動與行為對公園水質(zhì)的影響,比其他休閑娛樂類的旅游活動與行為更為顯著。針對公園水質(zhì)現(xiàn)狀,提出如下建議:(1)為游客提供環(huán)保餐具等,加強垃圾的回收及處理,并依據(jù)游客消費量調(diào)整垃圾桶等環(huán)衛(wèi)設(shè)施的數(shù)量與布局。另外也可采用生物化學(xué)等水處理方法或配備小型水處理設(shè)施,對燒烤區(qū)、別墅區(qū)等重點污染水域進行專門處理;(2)可與有關(guān)部門進行協(xié)調(diào),加大城市再生用水的調(diào)度量以凈化水體,并適當(dāng)縮短換水時間,從而通過人工補、換水實現(xiàn)水體的循環(huán)流動;(3)設(shè)立提示牌、聘用環(huán)境巡視員等提醒游客注意自身