旅游活动与水环境耦合分析——以玉龙雪山-丽江盆地为例

窦文康， 王泽平， 方金鑫， 韩彤彤， 蒲 焘， 张 鹏

（1.中国科学院西北生态环境与资源研究院玉龙雪山冰川与环境观测研究站，甘肃兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049；3.云南省水文水资源局丽江分局，云南丽江674100；4.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010）

0 引言

冰冻圈是指地球表层连续分布且具一定厚度的负温圈层，冰川、冻土、积雪是其主要要素［1］。冰冻圈为人类社会提供了巨大的物质、文化和环境等服务，其中供给服务包括冰冻圈淡水资源，文化服务包括冰冻圈环境中形成的美学、景观、建筑、旅游、体育、艺术、历史、宗教、旅游等文化服务。依托于冰冻圈的冰川旅游是近年来被大众关注与认可的新兴旅游方式［2］，国内冰川旅游以丽江市玉龙雪山为典型代表。丽江市位于青藏高原东南缘，滇西北高原，金沙江中游，属云南省管辖。2018年，丽江市全年完成地区生产总值（GDP）350.762亿元。其中，第三产业增加值160.28亿元，增长6.7%，第三产业占到总GDP增加值的45.7%。其中全年旅游业接待国内外游客人数4 643.3万人次，比上年增长14.1%。实现旅游总收入998.45亿元，比上年增长21.48%。丽江市的旅游资源主要以玉龙雪山与丽江市古城为主，其中玉龙雪山为典型的冰川旅游景点，近年来世界的冰川旅游得到了快速发展［2］，冰川旅游价值也不断升高［3］。随着丽江市旅游人数的增加，水资源的开发率逐年增大，丽江市城区内及其河流水质逐年下降。丽江市是世界著名的旅游城市、园林城市、卫生城市，环境卫生较好，基本无工业企业，农田范围较少，初期雨水污染程度较低，造成丽江市河道水质恶化的主要原因是点源污染。目前，丽江市面临着水资源利用率低、水污染严重、景观水质差等问题［4］，水环境保护是丽江市作为世界文化遗产地保护生态环境的重要环节，亟需得到关注。

近年来，关于水环境的研究主要集中在概念、模型和评价方法等方面［5］。关于旅游活动与水环境二者之间关系的研究，国内外学者已经进行了大量工作。国内学者对旅游活动引起的水环境变化问题研究主要集中在对不同旅游目的地水环境现状的分析、旅游活动对水质和水量的影响以及旅游目的地水环境的管理等方面［6］。例如，旅游活动对水库水质的干扰因素［7］、不同旅游类型和游客类型对水环境的影响［8］、水体水质超标的旅游原因［9］、公共资源旅游景点的水环境承载力状况［10］、建立旅游区水环境模型［11］、旅游发展对水环境的影响［12］等。国外学者研究旅游活动对水环境的影响起步较早，最早出现在20世纪60年代，主要是针对水质的研究［13］，另外还包括城市活动和旅游活动与水质的关系［14］、沿海旅游业和海洋污染［15］、旅游业用水［16］、旅游活动对海水的影响［17］。国内外对旅游活动和水环境的关系研究总的方向均是研究水质的变化，不同点在于国内是从水质变化的原因出发，重点寻找旅游活动所引起的水质变化；国外是从水质变化的结果出发，探索水质变化以后对旅游的影响和应对措施。

目前，针对丽江市水环境与旅游活动的研究较少，丽江市旅游活动频繁，在进行水环境与旅游活动耦合分析时可以尽可能排除工农业活动带来的水环境变化。影响水环境指标的因素是多方面的，自然地理方面有降雨、径流、流速、气温等，人文社会方面包括污染物的排放、主动的稀释、环境保护政策等。对于自然影响，选择同一采样点，尽量消除该影响；对于人文影响，丽江市主要的人类活动来自于旅游，可以尽可能降低其他影响因素。通过该研究，希望可以揭示丽江市旅游活动对水环境的影响程度，从而寻找合理的旅游活动接待人数阈限，以便更好地指导丽江市旅游活动的规划与管理，更好地保护丽江市水环境。

1 材料与方法

1.1 研究区域

丽江市位于中国西南，云南省的西北部，金沙江中游地区（99°23′～101°33′E，25°59′～27°56′N）（图1）。丽江市地处横断山脉向云贵高原过渡的交接地带，区域内包含玉龙雪山和丽江市盆地两个地形单元，属于低纬度内陆地区的高原山区。玉龙雪山是北半球纬度最低的终年积雪山脉，不仅为丽江市提供了淡水资源，同时也是丽江市重要的旅游目的地。丽江市区位于丽江市盆地的正中央，漾弓江自北向南流经市区西缘和南缘。该地区降水主要集中在7—9月，年降水量约为900 mm左右［18］。

图1 丽江市地理位置［19］Fig.1 Location of Lijiang City［19］

1.2 数据获取与分析

旅游活动数据主要来自于丽江市人民政府门户网站（http：//www.lijiang.gov.cn），水环境数据主要通过实地采样分析获得，采样点为三义，位置如图1所示。三义采样点位于漾弓江下游，也是整个丽江市地区的下游，该地受丽江市区内影响较大，可以较好反映丽江市地区的水污染情况，也可以体现出旅游活动对水环境的污染情况。分别在2018年的1月、2月、3月、4月、6月、8月、10月、12月共进行了8次采样，根据《地表水环境质量标准GB 3838—2002基本项目分析方法》对采样样品进行了分析［20］。

1.3 耦合度计算方法

耦合度刻画的是多个不同系统之间互相影响的程度大小［21］，这本来是一个物理学概念，后被引入社会科学领域做广泛研究。通过耦合度的计算可以评估两个及以上的社会经济系统之间互相影响、互相作用的大小，并进一步进行耦合协调分析［22］。

给定n≥2个系统，用Ui≥0表示系统的评价值，则耦合度一般化的计算公式为［23］：

这是耦合度的一般公式表达，由于本文研究对象为旅游活动与水环境，一共两个系统，所以采用当n=2时的公式，表达如下：

式中：C为两个系统的耦合度，U1和U2表示两个系统的评价值。耦合度的评价标准根据已有文献［24］并结合实际情况如表1所示。

表1 耦合度标准数值Table 1 Coupling standard value

1.4 权重的确定

指标的权重确定方法有主观和客观两类，主要包括德尔菲法、熵值法、模糊聚类分析、AHP法等［25］。不同的方法有不同的优劣势，本文采用熵权法确定权重。原因是熵权法中熵值的计算可以判断系统的离散程度与无序程度，可以较好地对系统进行综合评价［26］。熵权法确定权重有一定的客观性，只是通过指标的信息多少来确定权重，避免了主观性影响。

旅游活动主要包括两个指标，接待游客数量与旅游收入，需对其进行权重确定，将二者综合为一个指标。由于丽江市12月份的旅游收入数据存在异常，利用比例相关性通过旅游人数预测出实际的旅游收入，将异常的旅游收入平均分配到其他11个月，最后将无关的月份数据剔除掉。

水环境包括三个指标大类，分别为水体富营养化指标、水体污染指标、水体毒理指标。将三个大类中的两到三个指标通过熵值法综合为一个指标。

在确定指标权重之前，首先对指标进行标准化处理，使得数据无量纲，具有可比性。具体方法如下［27］：

当指标越大对系统发展越有益时，采用正向指标计算方法：

当指标越小对系统发展越有益时，采用负向指标计算方法：

式中：Xmax和Xmin分别是第j个指标下个评价样本值的最大值和最小值。

再计算第j项指标下第i个样本指标值的比重Yij：

计算第j项指标的信息熵公式为：

指标信息有效性和信息熵与1的差值有关，公式为：

第j项的权重为：

2 结果与分析

2.1 旅游活动年内趋势

除去12月的旅游收入外，其他时间的旅游收入与人数基本呈现类正态分布的变化趋势，旅游人数在7—8月最高，在1月、11—12月最低，旅游收入最低为11月，但是12月的旅游收入最高为一个异常值（图2）。7、8月份为旅游旺季，此时间段丽江市气候宜人，学生暑假休息，丽江市的主要旅游景点玉龙雪山在此季节最适宜观赏；冬季为旅游淡季，该季节丽江市气候寒冷，游客倾向于更温暖的旅游目的地。旅游人数与收入也基本呈现正相关关系，即游客人数多的时候旅游收入也多。2月份相较于1、3月份来说旅游收入与人数都较多，主要因为中国的传统节日农历新年通常在2月份，并且有较长的假期，很多人选择此时出游。10月份同样相较于临近的9、11月份来说旅游收入与人数较高，也是由于10月国庆节的原因。而12月份的人数趋势正常，收入趋势存在明显异常，作为一年中游客最少的月份却有最高的旅游收入，主要是因为在12月一些和旅游相关的产业选择将旅游收入的上报集中在这一个月进行，即这个月实际包含了一些旅游产业12月份的旅游收入和另一些旅游产业1年的旅游收入，使数值偏高。

图2 2018年丽江市旅游人数与收入Fig.2 Number of tourists and income in Lijiang City in 2018

2.2 水体富营养化分析

水体富营养化指数主要包括五日生化需氧量、溶解氧和总磷。五日生化需氧量在3月份最低，为1.7 mg·L-1，10月份最高，为5.3 mg·L-1，极差为3.6。五日生化需氧量并无稳定的变化规律，整体上波动频繁。溶解氧最低在6月份，为6.8 mg·L-1，最高在1、2月份，为10.3 mg·L-1，极差为3.5。溶解氧呈整体下降趋势，但趋势并不显著。总磷在1月份最低，为0.265 mg·L-1，6月份最高，为0.444 mg·L-1。总磷的变化趋势大致呈现先上升再下降（图3）。

图3 2018年丽江市三义采样点水体富营养化指数年内变化Fig.3 Change of water eutrophication index of Sanyi sampling point in Lijiang City in 2018

2.3 水体污染分析

水体污染指标主要包括高锰酸盐指数和氨氮。高锰酸盐指数在3月份最低，为2.4 mg·L-1，6月份最高，为4.4 mg·L-1，极差为2。高锰酸盐指数的变化趋势总体呈现先上升后下降，与旅游活动相似。氨氮在3月份最低，为0.312 mg·L-1，4月份最高，为2.480 mg·L-1，极差为2.168。氨氮变化趋势不明显，整体波动较大（图4）。

图4 2018年丽江市三义采样点水体污染指标变化Fig.4 Change of water pollution index of Sanyi sampling point in Lijiang City in 2018

2.4 水体毒理分析

水体毒理指标主要包括氰化物、砷和氟化物。氰化物在3、10、12月份最低，为0 mg·L-1，代表含量较低，未检测到，2月份最高，为0.0016 mg·L-1，极差为0.0016。氰化物的波动很小，变化趋势不明显。砷含量在2月份最低，为0.0029 mg·L-1，6月份最高，为0.0116 mg·L-1，极差为0.0087。砷的变化趋势大体为先上升再下降，与旅游活动类似。氟化物在1月份最低，为0.081 mg·L-1，3月份最高，为0.5 mg·L-1，极差为0.419。氟化物除去3月份有变化之外，整体变化平稳，这可能是由于3月份的采样时受到当天特殊情况的影响（图5）。

图5 2018年丽江市三义采样点水体毒理指标变化Fig.5 Change of water toxicology index of Sanyi sampling point in Lijiang City in 2018

2.5 旅游活动与水环境耦合性分析

在进行旅游活动与水环境耦合分析时，除了把上述三个水环境指标与旅游活动分别进行耦合计算外，还将每个指标中耦合度最大的小指标单独拿出与旅游活动做耦合分析，结果如表2所示。

表2 旅游活动与水环境平均耦合度值Table 2 Average coupling value between tourism activities and water environment

可以看出，旅游活动与水体污染的耦合度最高，其次是水体污染指标中的高锰酸盐指数。旅游活动与水体污染达到了极度耦合；旅游活动与富营养化指数、水体毒理指数、高锰酸盐指数的耦合度为良好耦合；而旅游活动与水环境的总磷浓度和砷浓度为一般耦合。

3 讨论

冰川与人类生活息息相关，一方面提供了巨大的淡水资源，另一方面具有旅游观赏价值。丽江市玉龙雪山的冰川旅游每年吸引着大量的游客，剧增的游客数量会对丽江市的水环境质量产生难以估量的影响。大多数动植物难以在冰川旅游目的地生存，因此该区域生态环境十分脆弱，极易受到以旅游为主的人类活动影响，冰川旅游需更加关注对周围环境的影响。

丽江市旅游活动与水环境存在较强的关联，尤其是与高锰酸盐指数。高锰酸盐指数代表了水体的污染程度，作用机理是生活与工业污水带来有机物污染，而有机物分解时破坏水体的氧平衡，高锰酸盐用来监测水中的有机物［28］。高锰酸盐指数常被作为水体受还原性有机（和无机）物质污染程度的综合指标，这些污染产生的主要原因是生活污水等未经处理人为排放所导致。旅游活动的剧增会带来大量的生活污水排放，游客数量的增加可导致污水排放的增加，进而导致水环境的恶化。水污染的源头主要有自然污染和人为污染两种，自然污染包括雨水冲刷地面的污染物进入河流导致水污染；人为污染主要是生活污水和工业污水的排放［29］。丽江市雨季为5—10月，占全年降水量的85%以上，尤其集中于7、8月。该地区一年中高锰酸盐指数最高值出现于6月，为雨季开始之时，除此之外4月与8月高锰酸盐含量也较高。对于工业污水排放，在丽江市人民政府门户网站找到了丽江市环境监测信息公开重点排污单位名录，与丽江市区相关的排污单位包括丽江市供排水有限公司（第一污水处理厂）、丽江市供排水有限公司（第二污水处理厂）和云南省丽江市水泥有限责任公司。云南省丽江市水泥有限责任公司在市区的西边，距离市区较远，对市区水环境影响较小。根据丽江市环境保护局发布的丽江市重点污染源监督性监测情况公示，在2018年两个污水厂的污水排放全部达标，污水厂排污季节变化不明显。因此，引起水质变化特别是高锰酸盐指数较高的原因，一方面是自然降雨携带和雨水冲刷地面，另一方面是旅游活动和游客的增加导致人为污染增加。

同时，本文存在着一些不足。对于影响水环境的因素，包括自然与人文方面，并未做到完全剔除。关于自然影响，需要对水文水动力条件做详细分析才可确定关键因素与非关键因素，本文仅仅选择相同的采样点来减少自然因素的影响，未来还需做更多工作。人文影响方面，旅游活动是一个宏观数据，无法剔除特异性影响。具体到每个人的旅游行为，再加之本地居民的个人行为都可能对水环境产生影响，但本文仅能从宏观层面分析。本文仅对旅游活动与水环境数据进行了数学分析，得出二者有耦合关系的结论，耦合关系为一种相关性分析并非因果性分析，对于影响水环境的某一具体旅游行为并未进行深入分析，还需要进一步深入研究。

4 结论

（1）丽江市旅游收入与人数基本呈现类正态分布的变化趋势。7、8月份为旅游旺季，丽江市主要景点适宜观赏且旅行者中教师学生居多。冬季丽江市气温较低，为旅游淡季。旅游人数与收入呈现正相关关系，游客人数的增多带来旅游收益的增加。

（2）五日生化需氧量在3月份最低，10月份最高，整体上波动频繁。溶解氧有一个整体下降趋势。最低在6月份，为6.8 mg·L-1，最高在1、2月份，为10.3 mg·L-1。总磷在1月份最低为0.265 mg·L-1，6月份最高为0.444 mg·L-1。高锰酸盐指数的变化趋势总体呈现先上升后下降，在3月份最低为2.4 mg·L-1，6月份最高为4.4 mg·L-1。氨氮在3月份最低为0.312 mg·L-1，4月份最高为2.48 mg·L-1。氰化物波动较小，在3、10、12月份最低为0 mg·L-1，代表含量较低，未检测到，2月份最高为0.0016 mg·L-1。砷的变化趋势大体为先上升再下降，在2月份最低为0.0029 mg·L-1，6月份最高为0.0116 mg·L-1。氟化物整体变化平稳，在1月份最低为0.081 mg·L-1，3月份最高为0.5 mg·L-1。

（3）旅游活动与水体污染的耦合度最高，达到了极度耦合；旅游活动与富营养化指数、水体毒理指数、高锰酸盐指数为良好耦合；旅游活动与水环境的总磷浓度和砷浓度为一般耦合关系。因此，可以得出，旅游活动与水环境存在较强的关联，特别是与水环境指标中的高锰酸盐指数，存在强烈的耦合关系。冰川旅游目的地环境脆弱，过量的旅游活动会对当地环境造成不可逆的影响。对于未来冰川旅游活动开发与水环境保护，应建立完善的监测机制，确定环境容量，加大科研投入，全社会共同维护冰川旅游环境，使得冰川旅游与环境保护良性发展。