發布時間：2019-12-16所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：【目的】探討桂林旅游洞穴的現狀及可持續利用方式。【方法】洞穴環境因子的長期監測、分析及實地考察。【結果】桂林市蘆笛巖、七星巖、冠巖、豐魚巖、銀子巖等主要旅游洞穴都不同程度存在鐘乳石脫皮掉塊、砂狀風化、顏色變黑變暗、燈光植物破壞等沉積
摘要：【目的】探討桂林旅游洞穴的現狀及可持續利用方式。【方法】洞穴環境因子的長期監測、分析及實地考察。【結果】桂林市蘆笛巖、七星巖、冠巖、豐魚巖、銀子巖等主要旅游洞穴都不同程度存在鐘乳石脫皮掉塊、砂狀風化、顏色變黑變暗、燈光植物破壞等沉積物老化問題，景觀美學價值大大降低，對洞穴資源的旅游壽命構成較大威脅。同時認為洞穴開發中的施工改道、增加高能光源，以及大量游客涌入等，極大地改變了洞穴的自然環境，鐘乳石化學風化、物理風化和生物風化等綜合作用，加速了洞穴次生化學沉積物景觀的風化速度。【結論】在洞穴系統區域構建良好植被生態環境;減少洞穴與外部空氣交換;減少游人在洞穴中滯留時間;調整、改造燈光系統，使用冷光源，減少開啟時間;預防和控制燈光植物的滋生，及時處理燈光植物;定期用適宜水質的水對洞穴景觀清潔濕潤;開展次生CaCO3的沉積效果試驗與研究;對洞穴空氣環境進行長期、在線觀測和預警;加強旅游管理，控制游客數量，規范游客游覽行為等措施。
關鍵詞：旅游洞穴洞穴環境景觀退化可持續利用廣西桂林
.0引言
【研究意義】旅游洞穴，指已被用于旅游開發，促使區域經濟、社會、生態效益發生改變的洞穴，是眾多、龐大、復雜洞穴體系的重要組成部分[1-2]。中國是旅游洞穴開發數量最多的國家，據統計，已有400多處旅游洞穴，年游客量5000萬人以上，旅游綜合收入達100億元。我國的游覽洞穴中，貴州織金洞、張家界黃龍洞、桂林蘆笛巖、山東沂水地下峽谷等年游客接待量超過100萬人，單個洞穴經營收入超過1億元，產生顯著的經濟和社會效益，同時也存在嚴峻的洞穴環境影響和景觀保護問題[3]。旅游洞穴的保護和可持續利用已成為廣泛關注的課題[4-5]。【前人研究進展】意大利、斯洛文尼亞、西班牙、比利時、美國、澳大利亞、中國等都對洞穴的環境因子，主要包括CO2濃度、溫度、相對濕度、灰塵、氣流等進行了監測，希望能更多地了解旅游活動對洞穴產生的影響程度，找出一個洞穴生態和環境、洞穴碳酸鈣景觀穩定和安全性的預警系統及保護技術[6-7]。【本研究切入點】近年來，旅游洞穴保護主要從洞穴環境變化和建設施工方面研究。對洞穴環境變化主要觀測其溫度、濕度和CO2含量，更多地關注旅游活動對洞穴環境的影響及景觀保護等問題[8-9]。近十多年來，國際上關于洞穴環境監測的主要狀況在2002年出版的《MonitoringofKarstCaves》文集中得到較好的反映。我國洞穴研究者曾經對貴州織金洞、浙江瑤琳洞、北京石花洞作過某些項目的觀測和評述，許多學者討論了旅游洞穴的環境變異與景觀保護、洞穴資源與景觀修復、旅游洞穴環境監測與評價、旅游洞穴持續發展等問題，注意到不合理的洞穴游覽設計、施工(破壞原有封閉環境)，燈光系統和游客活動對洞穴環境的影響以及對景觀的破壞，提出了保護建議[10-12]。【擬解決的關鍵問題】筆者及其研究團隊從2003年開始，對桂林市蘆笛巖、七星巖、冠巖、豐魚巖、銀子巖等旅游洞穴進行了跟蹤調查和洞穴環境監測，對洞穴空氣中的溫度、濕度、二氧化碳、正負離子、氣流、氡以及洞穴中的滴水、池水、流水的溫度、pH值、電導率等進行了現場和在線測定，對游覽過程中出現的洞穴環境變化、鐘乳石景觀退化(風化、變黃、變黑等)等技術問題進行分析研究，從而探討洞穴景觀修復、保護措施，提出可持續利用建議，本文即是該研究成果的一部分。
1材料與方法
1.1桂林旅游洞穴概況
桂林市位于廣西東北部，擁有世界上最典型、發育最完美的濕潤熱帶亞熱帶巖溶峰林地貌，以“秀、奇、美”為主旋律的桂林山水，是巖溶自然景觀美學價值的集中體現，是世界級生態旅游勝地。桂林巖溶地貌中的溶洞更以其獨有的地下景觀，成為一種開發價值很高的旅游資源，亦是桂林旅游資源的重要組成部分。洞穴內部的鐘乳石更是形態奇特，鬼斧神工，吸引著眾多游客前往參觀游覽。
目前，桂林市范圍內有調查記錄的洞穴達100多處，旅游洞穴約10處，包括蘆笛巖、七星巖、冠巖、豐魚巖、銀子巖等著名旅游洞穴。其中，蘆笛巖次生化學沉積物非常發育，石筍、石柱密集成林;七星巖洞穴中波痕、窩穴、角石、邊槽、石龕、弧形壁面等溶蝕形態較為顯著;冠巖和豐魚巖皆為地下河洞穴，洞體宏大，次生沉積物豐富，氣勢雄偉;銀子巖流石類次生沉積物發育，晶瑩潔白。這10處旅游洞穴每年接待游客約500萬人，直接門票收入約3億元/年，經濟和社會效益十分顯著，在桂林市旅游業中占據重要位置。
蘆笛巖是我國開放較早、游客人數最多的旅游洞穴，也是接待境外游客最多的旅游洞穴，在我國旅游洞穴中具有典型性、代表性和不可替代的地位。然而，隨著蘆笛巖50多年的開放游覽，洞穴環境發生了較大的變化，洞內景觀受到不同程度的風化、破壞，產生變色、發黑、表層風化脫落等現象，許多地方長出了青苔、雜草等，與剛開放游覽時純凈潔白的地下世界形成鮮明的對比，對游客的吸引力呈不斷下降的趨勢，面臨著相當嚴重的資源可持續利用問題。從可持續發展眼光看，保護好洞穴旅游資源比單純的商業經營顯得更為重要，洞穴保護已成為當務之急。
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1.2洞穴景觀退化狀況
隨著洞穴開發游覽，不合理的工程建設和大量游客的進入，開發、游覽過程中保護不夠，加上洞穴自身的原因，洞穴環境發生了顯著變化，蘆笛巖等桂林主要旅游洞穴的鐘乳石景觀均受到不同程度破壞，鐘乳石表面成層脫皮掉塊、砂狀風化，顏色變黑、變暗等現象隨處可見。特別是近年來有加速發展的趨勢，其景觀的美學價值降低，對洞穴資源的旅游壽命構成很大的威脅。
1.2.1鐘乳石脫皮掉塊
鐘乳石在高能燈光的照射下，表面溫度升高，干涸失水，質地變得粗糙，色澤暗淡，造成脫水干裂鈣化。同時，在溫差變化迅速及鐘乳石表面受熱不均時，鐘乳石也容易開裂脫皮，在外力作用下常常掉塊(圖1)。
1.2.2鐘乳石砂狀風化
鐘乳石在溫差、干濕交替變化頻繁作用下，具有侵蝕性的水溶液沿著方解石礦物的晶洞、結晶顆粒間界面孔隙和晶體節理，在毛細力作用下進入方解石體內產生溶解作用，造成鐘乳石不斷疏松軟化，失水后成砂狀(圖2)。
1.2.3顏色變黑變暗
洞穴開發施工中產生的粉塵、煙霧，旅游活動中游客攜帶的塵埃、雜物，伴隨空氣流動飄落吸附在鐘乳石表面，使其顏色變黑，變暗(圖3)。而且粉塵和煙霧在水作用下會滲入沉積物一定深度內，或在沉積物結晶作用下被覆蓋在沉積物內部，造成沉積物表面出現無法清除的變色現象。
1.2.4燈光植物破壞
適當濕度條件下，洞穴的弱光帶及燈光照射的地段，非常有利于藻類、地衣和苔鮮等植物生長(圖4)，這些植物覆蓋在鐘乳石的淺表層形成疏松多孔層，會造成鐘乳石等沉積物鉆孔和破碎。另外，當洞穴流水消失和濕度減小時，植物將枯死，這些枯死植物的有機質殘留在沉積物表面，使沉積物變為黑灰色或黃褐色。
1.3研究方法
為了研究洞穴環境特征以及旅游活動對洞穴影響，本研究團隊選擇了旅游洞穴的溫度、濕度、CO2以及游客人數作為重點參數，監測研究洞穴環境要素的時、空變化及相互關系，分析旅游活動對洞穴環境的影響及系統的穩定性，探討洞穴景觀修復、保護措施，提出洞穴可持續利用建議。圖4銀子巖和蘆笛巖內的燈光植物Fig.4LightplantintheYinziyancaveandtheLudiyancave
研究工作從2003年9月開始，在蘆笛巖不同部位共設置了8處監測點，分別為監測點①，監測點②，……，監測點⑧，對應的位置及正文描述是：洞口外、洞門內、射影平臺、鳥語花香、大廳、花樹臺階、裂縫欄桿、出洞臺階(圖5)。工作中使用空氣溫濕度計(CENT313)、二氧化碳測試儀(TEL7001)、數字微風溫濕一體機(BYWF-2001)、負離子測試儀(ITC-201A)、氧氣測試儀(SA1000)、照度計(TES-1336)等，采用人工巡回監測方法，對蘆笛巖洞穴空氣環境主要要素進行了為期一個周期年的定時、定位觀測，監測空氣的溫度、濕度、CO2、氣流(風速)、景燈照度等要素，每5d測量一次。同時，為了對比開放游覽洞穴和未開發洞穴在空氣溫度、濕度和CO2等方面的變化差異，對相距不足1000m且處于相似地質環境背景的茅茅頭大巖(未開放游覽的洞穴)進行同步對照監測，設置了8處監測點，分別為監測點①，監測點②，……，監測點⑧，對應的位置及正文描述是：洞門外、洞門內、門廳里面、區調不遠、大廳末、蓮花盆處、頭頂鐘乳、中間大石(圖6)。
研究團隊在2007年1月又重新啟動該項監測工作，對蘆笛巖、茅茅頭大巖、冠巖、豐魚巖等洞穴進行了不定期監測。根據研究工作的需要，2008年1月開始在蘆笛巖安裝了洞穴空氣環境自動監測系統(VAISALA)一套共3組，分別安裝在蘆笛巖的洞口外、洞穴中部和洞穴末端大廳，自動采集洞穴空氣的溫度、濕度、二氧化碳、氧氣等數據，取樣及記錄間隔為30min，監測周期為2008年1月至2009年12月，共獲取了42萬個數據單元。
洞穴空氣環境自動監測系統(VAISALA)為多個儀器和配件組合套裝，包括氣體傳感器、數據采集器、傳輸電纜、無線通訊模塊、計算機報表系統等。在洞內不同地方放置多組氣體傳感器，包括溫度、濕度、二氧化碳、氧氣等;洞外設中央控制室，安置數據采集器、無線傳輸裝置和不間斷供電系統。各氣體傳感器分別通過數據線連接到數據采集器上，通過GPRS或CDMA無線網絡，從遠程基站(巖溶所辦公室機房)，對監測數據進行自動采集、指令傳輸、處理和分析。全天24h在線，數據取樣間隔可任意設定。
2洞穴環境變化特征
2.1洞穴環境因子日變化特征
2.1.1洞穴溫度日變化特征
蘆笛巖洞穴溫度的日變化具有較相似的一致性(圖7)。觀測期內(2008年7月23日至10月23日，下同)，9：00-12：00，受洞內游客增多，燈光使用較多，熱源釋放量增大等影響，氣溫明顯升高;12：00-21：00溫度趨于穩定，主要是由于洞內游客數量和燈光釋放能量與洞外能量交換達到了一種平衡;雖然在18：00以后基本上沒有游客和燈光熱能釋放，但是之前產生的熱能還聚集于洞內，緩慢釋放;21：00至次日9：00，由于洞內、外能量得到充分交換，溫度基本下降至原值，洞內氣溫變化趨于平穩。
2.1.2洞穴濕度日變化特征
觀測期內，0：00-9：00，外界干擾較小，洞內濕度趨于平穩，變化較小;9：00-18：00，洞門打開，空氣與外界流通，旅游活動強度增大，洞內游客較多，熱源釋放，使得濕度明顯降低;18：00-24：00，由于沒有游客的進入，洞口關閉，空氣流通減少，濕度逐漸恢復到穩定的范圍(圖8)。
2.1.3洞穴CO2日變化特征
觀測期內，每日0：00-6：00，洞內CO2逐漸降低;6：00-9：00趨于一個穩定范圍，約500～600ppm;在9：00-18：00CO2逐漸增加，大約18：00達到最大，最高達2000ppm;然后開始下降，至24：00，CO2量又恢復至原有水平(圖9)。
2.2洞穴環境因子年際變化特征
2.2.1洞穴溫度年變化特征
觀測期內，從蘆笛巖洞外、洞門內、洞中大廳3個測點(分別為監測點①、②、⑤，見圖5，下同)監測結果看，洞外測點(監測點①)年變化曲線大致相當于當地年溫度變化曲線，1月平均最低，為4.03℃;最高為9月30.95℃。而洞門內(監測點②)、洞中大廳(監測點⑤)，處于相對封閉的環境，溫度變化曲線幾乎一致，最低17.6℃，最高24.74℃，變幅7.14℃(圖10)。
2.2.2洞穴濕度年變化特征
觀測期內，從蘆笛巖洞外、洞門內、洞中大廳3個監測點監測曲線可見，洞外(監測點①)濕度主要在50%左右變化;相比較而言，洞門內(監測點②)、洞中大廳(監測點⑤)濕度變化較一致，濕度變化都在70%～90%左右，夏季濕度最高(圖11)。
2.2.3洞穴CO2年變化特征
從蘆笛巖觀測期內從洞外、洞門內、洞中大廳3個測點監測曲線可見(圖12)，洞外(監測點①)CO2比較穩定，基本上反映當地大氣二氧化碳水平。
洞門內(監測點②)與洞中大廳(監測點⑤)在1-5月份CO2處于增長階段，究其原因，主要是這一階段植被緩慢復蘇和游客數量穩步增加所致，特別是“五一”假期更為突出;5-10月比較平穩，這段時間植被生長穩定，游客量也較平穩;在年內的最后2個月(11-12月)，植被干枯、游客數量減少，CO2趨于降低，但洞中大廳(監測點⑤)呈累積滯后。當然，還疊加了由于季節氣候變化所帶來的降雨、洞頂滴水、植物生長、土壤CO2變化等因素對洞內CO2的影響。
2.3洞穴環境因子空間變化特征
為了研究蘆笛巖洞穴環境空間變化，取2008年11月各點測量數據的平均值(表1、圖13，監測點位置見圖5)進行對比分析，得出以下認識：
(1)從洞口(監測點①)到洞內大廳(監測點⑤)，CO2濃度總體呈上升趨勢，即洞口CO2濃度最低，越往洞內CO2濃度越高。洞口CO2平均值為507ppm;最高值出現在洞內“裂縫欄桿”測點(監測點⑥)，月平均值為718ppm。
(2)從曲線形態變化來看(圖13)，開放游覽洞段由于離洞口近，與外界溝通順暢，空氣擴散與交換速度快，CO2雖有積累，但累積效應不明顯，濃度較低。而距離洞口越遠，空氣交換越少，造成CO2積累相對明顯。
(3)從監測結果來看，洞內各觀測點11月氣溫均高于洞外，而且隨著距離洞口的增大，洞內大部測點氣溫不斷升高。
(4)從測點氣溫變化幅度來看，近洞口變化幅度較大，從洞口到“鳥語花香”測點(監測點④)相差了0.6℃，而“鳥語花香”與“大廳”相差0.2℃，與“花樹臺階”相差0.1℃，可見洞內溫度較為恒定，而“裂縫欄桿”較其他測點高出許多，主要因為此處地勢低、狹窄、封閉，游客及燈光在此處釋放的能量容易產生累積效應。
(5)從濕度曲線形態變化來看，濕度從洞口向里逐漸增加，開放洞段由于離洞口近，與外界溝通順暢，空氣擴散與交換速度快，造成在洞口濕度為63.7%、門內66.7%，較其他點低了10多個百分點;“裂縫欄桿”與其他觀測點相比，地勢低、狹窄、封閉的特點決定了其濕度相對較高;其余測點由于與洞外空氣交換小，濕度相差不大。
SCISSCIAHCI
