基于盲數(shù)模型的上海共青森林公園水環(huán)境評(píng)價(jià)

基于盲數(shù)模型的上海共青森林公園水環(huán)境評(píng)價(jià)

隨著城市化的快速擴(kuò)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(shí),公園的環(huán)境也受到了旅游活動(dòng)不同程度的干擾。為了揭示旅游活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響,國(guó)內(nèi)學(xué)者自80年代末90年代初就著手對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)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(guó)家森林公園進(jìn)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(duì)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(dòng)對(duì)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(dòng)對(duì)環(huán)境的影響?；诖?以上海共青森林公園為例,通過探討旅游活動(dòng)對(duì)水環(huán)境的影響,進(jìn)一步完善城市森林公園環(huán)境影響的研究,以期對(duì)城市化進(jìn)程中轉(zhuǎn)型的森林公園的環(huán)境保護(hù)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(guó)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(dá)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(dá)條件吸引了大量游客,取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(duì)公園管理部門的走訪、實(shí)地采樣、實(shí)驗(yàn)室分析獲取研究資料與數(shù)據(jù)。之后運(yùn)用水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)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(dòng)對(duì)城市森林公園水環(huán)境的影響。2.2評(píng)估指標(biāo)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)2.2.1水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(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(píng)價(jià)指標(biāo),其中TP為湖、庫(kù)指標(biāo)(表1)。2.2.2水樣采集及分析方法水體采樣于2007年11月進(jìn)行。通過實(shí)地勘察,依據(jù)游客在公園內(nèi)涉足范圍和活動(dòng)頻率的差異,從空間上將公園劃分為活動(dòng)區(qū)、緩沖區(qū)、背景區(qū)3個(gè)樣區(qū)。根據(jù)采樣點(diǎn)水域面積,按照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002),利用典型采樣法在3個(gè)樣區(qū)內(nèi)布設(shè)樣點(diǎn)7個(gè),采得水樣16個(gè),并轉(zhuǎn)入實(shí)驗(yàn)室分析,每個(gè)樣品測(cè)定2次。樣區(qū)劃分及樣點(diǎn)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(yàn)分析,取2次測(cè)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(píng)價(jià)計(jì)算水體中的污染物因水體流動(dòng)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(diǎn)位及監(jiān)測(cè)指標(biāo)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(píng)價(jià)的過程中需要面對(duì)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(píng)價(jià)的盲數(shù)模型則較好的處理了該問題,為水質(zhì)的評(píng)價(jià)提供了一種新的方法。本研究即采取該方法對(duì)共青森林公園的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),因pH不存在確切的分類值,對(duì)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的作用并不明顯,故不納入評(píng)價(jià)模型,另作單指標(biāo)分析。水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)盲數(shù)模型表達(dá)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(píng)價(jià)模型中污染物實(shí)測(cè)值ci的盲數(shù)表達(dá),稱為污染物濃度盲數(shù),運(yùn)算法則見劉開第等。C0i為對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中選取的某一級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)NH3-N、COD、TP皆為負(fù)向一致性指標(biāo),本研究采用平均標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行計(jì)算。另外,水質(zhì)的表現(xiàn)往往因水域面積而異,故計(jì)算樣點(diǎn)、樣區(qū)、公園整體的指標(biāo)權(quán)重,以進(jìn)行不同空間尺度上的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。平均標(biāo)準(zhǔn)法計(jì)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(píng)價(jià)因子的權(quán)重;ci為第i種評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值;si為第i種評(píng)價(jià)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)平均值;m為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。得到權(quán)重值后,構(gòu)建水質(zhì)分級(jí)域值(表3)進(jìn)行水質(zhì)識(shí)別。通過R值中所占某一級(jí)別水質(zhì)的區(qū)間長(zhǎng)度比來確定R值歸屬該水質(zhì)級(jí)別的可信度。對(duì)可信度進(jìn)行累加后,根據(jù)最大隸屬度原則識(shí)別水質(zhì)等級(jí)。計(jì)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(jí)M、N的分級(jí)域值,[ri,rj]∈R,θR為R的可信度,θM為M級(jí)水質(zhì)的總可信度,θN為N級(jí)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(diǎn)作為對(duì)照,計(jì)算活動(dòng)區(qū)、緩沖區(qū)各樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的變化率,得到各監(jiān)測(cè)指標(biāo)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(dòng)區(qū)與緩沖區(qū)均有所表現(xiàn),但主要體現(xiàn)在活動(dòng)區(qū)燒烤點(diǎn)與別墅點(diǎn)。2處樣點(diǎn)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(dòng)區(qū)。(2)整體上看,COD變化相對(duì)緩和,但活動(dòng)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(diǎn),COD增幅達(dá)到110.5%,最低值在游樂園C-3,減幅達(dá)到24.8%。緩沖區(qū)COD較對(duì)照點(diǎn)均有所增長(zhǎng),變化幅度處于3.6%~53.1%之間,最高值出現(xiàn)在垂釣點(diǎn)F-3。(3)TP在2個(gè)樣區(qū)中的變化表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性,活動(dòng)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(diǎn)A-3,增幅達(dá)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(dá)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(dá)到1350%?；顒?dòng)區(qū)水樣NH3-N增幅均超過600%,最高達(dá)到1324%,至緩沖區(qū)則出現(xiàn)拐點(diǎn),變率大幅度下降,在垂釣點(diǎn)F-2出現(xiàn)全園最低值,較對(duì)照點(diǎn)NH3-N減少36%?？偟膩碚f,NH3-N、TP、COD的變化趨勢(shì)基本一致,即從活動(dòng)區(qū)到緩沖區(qū),變率逐漸減小,表明這3個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)變率與公園旅游活動(dòng)強(qiáng)度存在正相關(guān)。pH雖然不具有嚴(yán)格的正或負(fù)向一致性,但在所采樣點(diǎn)水體都為酸性的情況下,活動(dòng)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(fù)相關(guān)。同時(shí),從單個(gè)樣區(qū)來看,各指標(biāo)大致具有如下變化規(guī)律:NH3-N波動(dòng)最大,TP次之,COD與pH居后。這表明在相同旅游強(qiáng)度的干擾下,監(jiān)測(cè)指標(biāo)響應(yīng)具有差異性,相比之下,NH3-N較其他3個(gè)指標(biāo)更為敏感。此外,不同類型的旅游活動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的影響也存在著差異性:餐飲、住宿類旅游活動(dòng)與行為極易引起NH3-N變化,而與娛樂活動(dòng)相比,觀賞休閑類旅游活動(dòng)與行為則較易引起NH3-N與COD變化。3.2綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果從空間視角出發(fā),依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)盲數(shù)模型對(duì)公園水體進(jìn)行評(píng)價(jià),得到小、中、大3種空間尺度上的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(表4)。3.2.1水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果一方面,從水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來看,燒烤點(diǎn)、別墅點(diǎn)、游樂園、荷花池水質(zhì)都劣于Ⅴ類,4個(gè)樣點(diǎn)的水體已不適于作為一般景觀水體。游船區(qū)與垂釣點(diǎn)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(gè)樣點(diǎn)的可信度基本接近100%,但仍有細(xì)微差別。而游船區(qū)與垂釣點(diǎn)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(píng)價(jià)結(jié)果與可信度表明了不同類型的旅游活動(dòng)對(duì)水質(zhì)影響的差異,即餐飲、住宿類旅游活動(dòng)與行為對(duì)公園水環(huán)境影響,比其他休閑娛樂類的旅游活動(dòng)與行為更為顯著。這與全華在張家界國(guó)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(dòng)區(qū)的水質(zhì)為劣Ⅴ類,可信度達(dá)到93.01%,說明活動(dòng)區(qū)的水體已嚴(yán)重惡化,不適宜繼續(xù)作為景觀用水。緩沖區(qū)的水質(zhì)識(shí)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(shí)別結(jié)果為Ⅳ類,水質(zhì)尚可。對(duì)比3個(gè)樣區(qū)的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果,可發(fā)現(xiàn)活動(dòng)區(qū)的旅游活動(dòng)強(qiáng)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(dòng)強(qiáng)度較小,其水體所受影響也相對(duì)較小,這表明了樣區(qū)水質(zhì)與旅游活動(dòng)強(qiáng)度存在著正相關(guān),同時(shí)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(shí)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?？尚哦鹊姆植疾粌H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(shì)。如不進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控與治理,公園的水質(zhì)將會(huì)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(dòng)區(qū),因而該樣區(qū)水環(huán)境問題最為嚴(yán)重,特別是燒烤點(diǎn)與別墅點(diǎn)。燒烤點(diǎn)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(chǎng)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?jiān)?這些垃圾使水體中的有機(jī)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(chǎng)所的密集使用致使地表植被嚴(yán)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(yíng)養(yǎng)元素增多。別墅點(diǎn)緊靠燒烤點(diǎn),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(jī)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(dòng)區(qū),緩沖區(qū)水體面積較大,因擴(kuò)散作用,污染物濃度相對(duì)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(jì),在該樣區(qū)共有3個(gè)茶室、1個(gè)售品部位于濱水區(qū)且集中分布在E-3樣點(diǎn)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(diǎn)為濱水垂釣,水岸垂向1m內(nèi)的護(hù)岸植被幾乎消失,土壤中流失入水的營(yíng)養(yǎng)元素增多,因此部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)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(jī)質(zhì)魚餌,這可能也是造成垂釣點(diǎn)COD偏高的原因之一。背景區(qū)地處密林,游人稀少,旅游活動(dòng)對(duì)水質(zhì)影響也相對(duì)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(cè)指標(biāo)含量并非全園最低值。除旅游活動(dòng)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(hù)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(qiáng)。4旅游活動(dòng)與行為的影響及對(duì)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(jì)、社會(huì)、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(cè)指標(biāo)變率及水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)盲數(shù)模型從空間上對(duì)公園水體進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,結(jié)果表明旅游活動(dòng)強(qiáng)度及活動(dòng)類型對(duì)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(dòng)強(qiáng)度正相關(guān),且在相同旅游強(qiáng)度的干擾下,監(jiān)測(cè)指標(biāo)中NH3-N響應(yīng)最為敏感;餐飲、住宿類旅游活動(dòng)與行為極易引起NH3-N變化,而與娛樂活動(dòng)相比,觀賞休閑活動(dòng)與行為則較易引起NH3-N、COD變化。另外,餐飲、住宿類旅游活動(dòng)與行為對(duì)公園水質(zhì)的影響,比其他休閑娛樂類的旅游活動(dòng)與行為更為顯著。針對(duì)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(qiáng)垃圾的回收及處理,并依據(jù)游客消費(fèi)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(duì)燒烤區(qū)、別墅區(qū)等重點(diǎn)污染水域進(jìn)行專門處理;(2)可與有關(guān)部門進(jìn)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(shí)間,從而通過人工補(bǔ)、換水實(shí)現(xiàn)水體的循環(huán)流動(dòng);(3)設(shè)立提示牌、聘用環(huán)境巡視員等提醒游客注意自身