发布时间：2019-12-16所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：【目的】探讨桂林旅游洞穴的现状及可持续利用方式。【方法】洞穴环境因子的长期监测、分析及实地考察。【结果】桂林市芦笛岩、七星岩、冠岩、丰鱼岩、银子岩等主要旅游洞穴都不同程度存在钟乳石脱皮掉块、砂状风化、颜色变黑变暗、灯光植物破坏等沉积
摘要：【目的】探讨桂林旅游洞穴的现状及可持续利用方式。【方法】洞穴环境因子的长期监测、分析及实地考察。【结果】桂林市芦笛岩、七星岩、冠岩、丰鱼岩、银子岩等主要旅游洞穴都不同程度存在钟乳石脱皮掉块、砂状风化、颜色变黑变暗、灯光植物破坏等沉积物老化问题，景观美学价值大大降低，对洞穴资源的旅游寿命构成较大威胁。同时认为洞穴开发中的施工改道、增加高能光源，以及大量游客涌入等，极大地改变了洞穴的自然环境，钟乳石化学风化、物理风化和生物风化等综合作用，加速了洞穴次生化学沉积物景观的风化速度。【结论】在洞穴系统区域构建良好植被生态环境;减少洞穴与外部空气交换;减少游人在洞穴中滞留时间;调整、改造灯光系统，使用冷光源，减少开启时间;预防和控制灯光植物的滋生，及时处理灯光植物;定期用适宜水质的水对洞穴景观清洁湿润;开展次生CaCO3的沉积效果试验与研究;对洞穴空气环境进行长期、在线观测和预警;加强旅游管理，控制游客数量，规范游客游览行为等措施。
关键词：旅游洞穴洞穴环境景观退化可持续利用广西桂林
.0引言
【研究意义】旅游洞穴，指已被用于旅游开发，促使区域经济、社会、生态效益发生改变的洞穴，是众多、庞大、复杂洞穴体系的重要组成部分[1-2]。中国是旅游洞穴开发数量最多的国家，据统计，已有400多处旅游洞穴，年游客量5000万人以上，旅游综合收入达100亿元。我国的游览洞穴中，贵州织金洞、张家界黄龙洞、桂林芦笛岩、山东沂水地下峡谷等年游客接待量超过100万人，单个洞穴经营收入超过1亿元，产生显著的经济和社会效益，同时也存在严峻的洞穴环境影响和景观保护问题[3]。旅游洞穴的保护和可持续利用已成为广泛关注的课题[4-5]。【前人研究进展】意大利、斯洛文尼亚、西班牙、比利时、美国、澳大利亚、中国等都对洞穴的环境因子，主要包括CO2浓度、温度、相对湿度、灰尘、气流等进行了监测，希望能更多地了解旅游活动对洞穴产生的影响程度，找出一个洞穴生态和环境、洞穴碳酸钙景观稳定和安全性的预警系统及保护技术[6-7]。【本研究切入点】近年来，旅游洞穴保护主要从洞穴环境变化和建设施工方面研究。对洞穴环境变化主要观测其温度、湿度和CO2含量，更多地关注旅游活动对洞穴环境的影响及景观保护等问题[8-9]。近十多年来，国际上关于洞穴环境监测的主要状况在2002年出版的《MonitoringofKarstCaves》文集中得到较好的反映。我国洞穴研究者曾经对贵州织金洞、浙江瑶琳洞、北京石花洞作过某些项目的观测和评述，许多学者讨论了旅游洞穴的环境变异与景观保护、洞穴资源与景观修复、旅游洞穴环境监测与评价、旅游洞穴持续发展等问题，注意到不合理的洞穴游览设计、施工(破坏原有封闭环境)，灯光系统和游客活动对洞穴环境的影响以及对景观的破坏，提出了保护建议[10-12]。【拟解决的关键问题】笔者及其研究团队从2003年开始，对桂林市芦笛岩、七星岩、冠岩、丰鱼岩、银子岩等旅游洞穴进行了跟踪调查和洞穴环境监测，对洞穴空气中的温度、湿度、二氧化碳、正负离子、气流、氡以及洞穴中的滴水、池水、流水的温度、pH值、电导率等进行了现场和在线测定，对游览过程中出现的洞穴环境变化、钟乳石景观退化(风化、变黄、变黑等)等技术问题进行分析研究，从而探讨洞穴景观修复、保护措施，提出可持续利用建议，本文即是该研究成果的一部分。
1材料与方法
1.1桂林旅游洞穴概况
桂林市位于广西东北部，拥有世界上最典型、发育最完美的湿润热带亚热带岩溶峰林地貌，以“秀、奇、美”为主旋律的桂林山水，是岩溶自然景观美学价值的集中体现，是世界级生态旅游胜地。桂林岩溶地貌中的溶洞更以其独有的地下景观，成为一种开发价值很高的旅游资源，亦是桂林旅游资源的重要组成部分。洞穴内部的钟乳石更是形态奇特，鬼斧神工，吸引着众多游客前往参观游览。
目前，桂林市范围内有调查记录的洞穴达100多处，旅游洞穴约10处，包括芦笛岩、七星岩、冠岩、丰鱼岩、银子岩等著名旅游洞穴。其中，芦笛岩次生化学沉积物非常发育，石笋、石柱密集成林;七星岩洞穴中波痕、窝穴、角石、边槽、石龛、弧形壁面等溶蚀形态较为显著;冠岩和丰鱼岩皆为地下河洞穴，洞体宏大，次生沉积物丰富，气势雄伟;银子岩流石类次生沉积物发育，晶莹洁白。这10处旅游洞穴每年接待游客约500万人，直接门票收入约3亿元/年，经济和社会效益十分显著，在桂林市旅游业中占据重要位置。
芦笛岩是我国开放较早、游客人数最多的旅游洞穴，也是接待境外游客最多的旅游洞穴，在我国旅游洞穴中具有典型性、代表性和不可替代的地位。然而，随着芦笛岩50多年的开放游览，洞穴环境发生了较大的变化，洞内景观受到不同程度的风化、破坏，产生变色、发黑、表层风化脱落等现象，许多地方长出了青苔、杂草等，与刚开放游览时纯净洁白的地下世界形成鲜明的对比，对游客的吸引力呈不断下降的趋势，面临着相当严重的资源可持续利用问题。从可持续发展眼光看，保护好洞穴旅游资源比单纯的商业经营显得更为重要，洞穴保护已成为当务之急。
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1.2洞穴景观退化状况
随着洞穴开发游览，不合理的工程建设和大量游客的进入，开发、游览过程中保护不够，加上洞穴自身的原因，洞穴环境发生了显著变化，芦笛岩等桂林主要旅游洞穴的钟乳石景观均受到不同程度破坏，钟乳石表面成层脱皮掉块、砂状风化，颜色变黑、变暗等现象随处可见。特别是近年来有加速发展的趋势，其景观的美学价值降低，对洞穴资源的旅游寿命构成很大的威胁。
1.2.1钟乳石脱皮掉块
钟乳石在高能灯光的照射下，表面温度升高，干涸失水，质地变得粗糙，色泽暗淡，造成脱水干裂钙化。同时，在温差变化迅速及钟乳石表面受热不均时，钟乳石也容易开裂脱皮，在外力作用下常常掉块(图1)。
1.2.2钟乳石砂状风化
钟乳石在温差、干湿交替变化频繁作用下，具有侵蚀性的水溶液沿着方解石矿物的晶洞、结晶颗粒间界面孔隙和晶体节理，在毛细力作用下进入方解石体内产生溶解作用，造成钟乳石不断疏松软化，失水后成砂状(图2)。
1.2.3颜色变黑变暗
洞穴开发施工中产生的粉尘、烟雾，旅游活动中游客携带的尘埃、杂物，伴随空气流动飘落吸附在钟乳石表面，使其颜色变黑，变暗(图3)。而且粉尘和烟雾在水作用下会渗入沉积物一定深度内，或在沉积物结晶作用下被覆盖在沉积物内部，造成沉积物表面出现无法清除的变色现象。
1.2.4灯光植物破坏
适当湿度条件下，洞穴的弱光带及灯光照射的地段，非常有利于藻类、地衣和苔鲜等植物生长(图4)，这些植物覆盖在钟乳石的浅表层形成疏松多孔层，会造成钟乳石等沉积物钻孔和破碎。另外，当洞穴流水消失和湿度减小时，植物将枯死，这些枯死植物的有机质残留在沉积物表面，使沉积物变为黑灰色或黄褐色。
1.3研究方法
为了研究洞穴环境特征以及旅游活动对洞穴影响，本研究团队选择了旅游洞穴的温度、湿度、CO2以及游客人数作为重点参数，监测研究洞穴环境要素的时、空变化及相互关系，分析旅游活动对洞穴环境的影响及系统的稳定性，探讨洞穴景观修复、保护措施，提出洞穴可持续利用建议。图4银子岩和芦笛岩内的灯光植物Fig.4LightplantintheYinziyancaveandtheLudiyancave
研究工作从2003年9月开始，在芦笛岩不同部位共设置了8处监测点，分别为监测点①，监测点②，……，监测点⑧，对应的位置及正文描述是：洞口外、洞门内、射影平台、鸟语花香、大厅、花树台阶、裂缝栏杆、出洞台阶(图5)。工作中使用空气温湿度计(CENT313)、二氧化碳测试仪(TEL7001)、数字微风温湿一体机(BYWF-2001)、负离子测试仪(ITC-201A)、氧气测试仪(SA1000)、照度计(TES-1336)等，采用人工巡回监测方法，对芦笛岩洞穴空气环境主要要素进行了为期一个周期年的定时、定位观测，监测空气的温度、湿度、CO2、气流(风速)、景灯照度等要素，每5d测量一次。同时，为了对比开放游览洞穴和未开发洞穴在空气温度、湿度和CO2等方面的变化差异，对相距不足1000m且处于相似地质环境背景的茅茅头大岩(未开放游览的洞穴)进行同步对照监测，设置了8处监测点，分别为监测点①，监测点②，……，监测点⑧，对应的位置及正文描述是：洞门外、洞门内、门厅里面、区调不远、大厅末、莲花盆处、头顶钟乳、中间大石(图6)。
研究团队在2007年1月又重新启动该项监测工作，对芦笛岩、茅茅头大岩、冠岩、丰鱼岩等洞穴进行了不定期监测。根据研究工作的需要，2008年1月开始在芦笛岩安装了洞穴空气环境自动监测系统(VAISALA)一套共3组，分别安装在芦笛岩的洞口外、洞穴中部和洞穴末端大厅，自动采集洞穴空气的温度、湿度、二氧化碳、氧气等数据，取样及记录间隔为30min，监测周期为2008年1月至2009年12月，共获取了42万个数据单元。
洞穴空气环境自动监测系统(VAISALA)为多个仪器和配件组合套装，包括气体传感器、数据采集器、传输电缆、无线通讯模块、计算机报表系统等。在洞内不同地方放置多组气体传感器，包括温度、湿度、二氧化碳、氧气等;洞外设中央控制室，安置数据采集器、无线传输装置和不间断供电系统。各气体传感器分别通过数据线连接到数据采集器上，通过GPRS或CDMA无线网络，从远程基站(岩溶所办公室机房)，对监测数据进行自动采集、指令传输、处理和分析。全天24h在线，数据取样间隔可任意设定。
2洞穴环境变化特征
2.1洞穴环境因子日变化特征
2.1.1洞穴温度日变化特征
芦笛岩洞穴温度的日变化具有较相似的一致性(图7)。观测期内(2008年7月23日至10月23日，下同)，9：00-12：00，受洞内游客增多，灯光使用较多，热源释放量增大等影响，气温明显升高;12：00-21：00温度趋于稳定，主要是由于洞内游客数量和灯光释放能量与洞外能量交换达到了一种平衡;虽然在18：00以后基本上没有游客和灯光热能释放，但是之前产生的热能还聚集于洞内，缓慢释放;21：00至次日9：00，由于洞内、外能量得到充分交换，温度基本下降至原值，洞内气温变化趋于平稳。
2.1.2洞穴湿度日变化特征
观测期内，0：00-9：00，外界干扰较小，洞内湿度趋于平稳，变化较小;9：00-18：00，洞门打开，空气与外界流通，旅游活动强度增大，洞内游客较多，热源释放，使得湿度明显降低;18：00-24：00，由于没有游客的进入，洞口关闭，空气流通减少，湿度逐渐恢复到稳定的范围(图8)。
2.1.3洞穴CO2日变化特征
观测期内，每日0：00-6：00，洞内CO2逐渐降低;6：00-9：00趋于一个稳定范围，约500～600ppm;在9：00-18：00CO2逐渐增加，大约18：00达到最大，最高达2000ppm;然后开始下降，至24：00，CO2量又恢复至原有水平(图9)。
2.2洞穴环境因子年际变化特征
2.2.1洞穴温度年变化特征
观测期内，从芦笛岩洞外、洞门内、洞中大厅3个测点(分别为监测点①、②、⑤，见图5，下同)监测结果看，洞外测点(监测点①)年变化曲线大致相当于当地年温度变化曲线，1月平均最低，为4.03℃;最高为9月30.95℃。而洞门内(监测点②)、洞中大厅(监测点⑤)，处于相对封闭的环境，温度变化曲线几乎一致，最低17.6℃，最高24.74℃，变幅7.14℃(图10)。
2.2.2洞穴湿度年变化特征
观测期内，从芦笛岩洞外、洞门内、洞中大厅3个监测点监测曲线可见，洞外(监测点①)湿度主要在50%左右变化;相比较而言，洞门内(监测点②)、洞中大厅(监测点⑤)湿度变化较一致，湿度变化都在70%～90%左右，夏季湿度最高(图11)。
2.2.3洞穴CO2年变化特征
从芦笛岩观测期内从洞外、洞门内、洞中大厅3个测点监测曲线可见(图12)，洞外(监测点①)CO2比较稳定，基本上反映当地大气二氧化碳水平。
洞门内(监测点②)与洞中大厅(监测点⑤)在1-5月份CO2处于增长阶段，究其原因，主要是这一阶段植被缓慢复苏和游客数量稳步增加所致，特别是“五一”假期更为突出;5-10月比较平稳，这段时间植被生长稳定，游客量也较平稳;在年内的最后2个月(11-12月)，植被干枯、游客数量减少，CO2趋于降低，但洞中大厅(监测点⑤)呈累积滞后。当然，还叠加了由于季节气候变化所带来的降雨、洞顶滴水、植物生长、土壤CO2变化等因素对洞内CO2的影响。
2.3洞穴环境因子空间变化特征
为了研究芦笛岩洞穴环境空间变化，取2008年11月各点测量数据的平均值(表1、图13，监测点位置见图5)进行对比分析，得出以下认识：
(1)从洞口(监测点①)到洞内大厅(监测点⑤)，CO2浓度总体呈上升趋势，即洞口CO2浓度最低，越往洞内CO2浓度越高。洞口CO2平均值为507ppm;最高值出现在洞内“裂缝栏杆”测点(监测点⑥)，月平均值为718ppm。
(2)从曲线形态变化来看(图13)，开放游览洞段由于离洞口近，与外界沟通顺畅，空气扩散与交换速度快，CO2虽有积累，但累积效应不明显，浓度较低。而距离洞口越远，空气交换越少，造成CO2积累相对明显。
(3)从监测结果来看，洞内各观测点11月气温均高于洞外，而且随着距离洞口的增大，洞内大部测点气温不断升高。
(4)从测点气温变化幅度来看，近洞口变化幅度较大，从洞口到“鸟语花香”测点(监测点④)相差了0.6℃，而“鸟语花香”与“大厅”相差0.2℃，与“花树台阶”相差0.1℃，可见洞内温度较为恒定，而“裂缝栏杆”较其他测点高出许多，主要因为此处地势低、狭窄、封闭，游客及灯光在此处释放的能量容易产生累积效应。
(5)从湿度曲线形态变化来看，湿度从洞口向里逐渐增加，开放洞段由于离洞口近，与外界沟通顺畅，空气扩散与交换速度快，造成在洞口湿度为63.7%、门内66.7%，较其他点低了10多个百分点;“裂缝栏杆”与其他观测点相比，地势低、狭窄、封闭的特点决定了其湿度相对较高;其余测点由于与洞外空气交换小，湿度相差不大。
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